Санкт-Петербургский государственный университет
Опубликован: 05.09.2014 | Доступ: свободный | Студентов: 632 / 109 | Длительность: 06:58:00
Лекция 2:

Методологический базис и эталонные системы

< Лекция 1 || Лекция 2: 12 || Лекция 3 >
Аннотация: Методологическое обоснование открытых систем как совокупности концепций и основанных на них эталонных моделей. Модель OSI.

2.1. Методологический базис открытых систем

Процесс стандартизации информационных технологий должен иметь методологическое основание, которое позволило бы обоснованно определять объекты, методы и инструменты стандартизации. При этом понятие информационные технологии трактуется следующим образом: "Информационные технологии включают в себя спецификацию, проектирование и разработку программно-аппаратных и телекоммуникационных систем и средств, имеющих дело с поиском и сбором информации, представлением, организацией, обработкой, безопасностью, хранением, передачей, а также обменом и управлением информацией". Такое толкование и единая методологическая база реализована в виде методологического базиса открытых систем [4].

Методологически базис открытых систем состоит из совокупности концепций и основанных на них эталонных моделей:

  • концептуальная основа и принципы построения открытых систем;
  • эталонная модель окружений открытых систем (Open System Environment Reference Model - OSE RM);
  • эталонная модель взаимосвязи открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model - OSI RM);
  • аппарат разработки и использования профилей ИТ/ИС, предназначенный для создания открытых систем в пространстве стандартизованных решений;
  • таксономия профилей;
  • концепция тестирования конформности систем ИТ исходным стандартам и профилям.

Наиболее весомыми результатами в становлении методологии базиса открытых систем сегодня являются:

  • создание системы специализированных международных организаций по целостной разработке и стандартизации открытых систем;
  • разработка эталонных моделей и соответствующих им базовых спецификаций для важнейших разделов области ИТ, что позволило сформировать концептуальный и функциональный базис пространства для создания информационных технологий и систем (ИТ/ИС);
  • разработка и широкое использование концепции профиля, предоставляющей аппарат для специфицирования и документирования сложных и многопрофильных открытых ИТ/ИС, задающих функциональности базовых спецификаций и/или профилей;
  • разработка таксономии профилей, представляющей собой классификационную систему ИТ/ИС и обеспечивающую систематическую идентификацию профилей в пространстве ИТ/ИС;
  • разработка концепции и методологии соответствия реализаций ИТ/ИС тем спецификациям, которые ими реализуются.

Методологический базис информационных технологий, основную часть которого составляют спецификации ИТ различных уровней абстракции, формируется на основе иерархического подхода, что способствует анализу его структуры с помощью некоторой многоуровневой модели.

Многоуровневая модель пространства спецификаций ИТ

Рис. 2.1. Многоуровневая модель пространства спецификаций ИТ

На рис. 2.1 показана модель, представляющая собой достаточно полную классификационную схему спецификаций ИТ. В модели выделены следующие уровни спецификаций информационных технологий:

Концептуальный уровень (уровень метазнаний) состоит из архитектурных спецификаций, называемых эталонными моделями (Reference Model). Архитектурные спецификации предназначены для структуризации спецификаций функций, определяющих семантику конкретных областей информационных технологий.

Функциональный уровень или уровень базовых спецификаций (базовых стандартов), включающий также PAS и предназначенный для определения индивидуальных функций или наборов функций, описанных в эталонных моделях.

Предметные или локальные профили ИТ (например, OSI-профили, API-профили), т.е. профили, разрабатываемые на основе использования базовых спецификаций, которые относятся к предметной области, описанной одной эталонной моделью (возможно вместе с профилями форматов данных, т.е. F-профилями).

OSE-профили - спецификации поведения открытых систем на их границах (интерфейсах), объединяющие базовые спецификации и/или профили, базирующиеся на различных эталонных моделях в целевые комплексы.

Полные OSE-профили открытых платформ и систем - спецификации, предназначенные для описания поведения ИТ-систем на всех их интерфейсах.

OSE-профили прикладных технологий. Полная спецификация окружений прикладных технологий обработки данных (например, банковских систем, распределенных офисных приложений и т.п.), построенных на принципах открытости, т.е. удовлетворяющих условиям переносимости, интероперабельности, масштабируемости.

Стратегические профили (например, International Standardized Profiles - IPS, Government Open System Interconnection Profile - GOSIP), т.е. профили, рассматриваемые в данном случае не как спецификации одной технологии, а как совокупности стандартов, определяющих техническую политику в области телекоммуникации и открытых технологий крупной организации или даже государства.

В настоящее время базовыми документами, определяющими методологическую основу концепции открытых систем, являются:

  1. Технический отчет ISO/IEC TR 10000:1998(E). Основы и таксономия международных стандартизованных профилей (Framework and Taxonomy of International Standardized Profiles) в трех частях:
    • Часть 1. Общие принципы и основы документирования (General Principles and Documentation Framework).
    • Часть 2. Принципы и таксономия профилей взаимосвязи открытых систем (Principles and Taxonomy for OSI Profiles).
    • Часть 3. Принципы и таксономия профилей окружений открытых систем (Principles and Taxonomy for Open System Environment Profiles).
  2. Эталонная модель окружения (среды) открытых систем (Basic Reference Model for Open System Environment - RM OSE). Стандарты: ISO/IEC DTR 14252, Portable Operating System Interface for Computer Environments - POSIX IEEE, P1003.0, Draft Guide to the POSIX Open System Environment).
  3. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем (Basic Reference Model for Open Systems Interconnection - RM OSI.). Стандарты: ISO 7498:1996, Information processing systems - Open Systems Interconnection, Basic Reference Model; (ITU-T Rec. X.200).

Построенный таким образом методологический базис информационных технологий представляет собой основу для создания экономически рентабельных программных и информационных систем, удовлетворяющих свойствам открытости. Из описания модели и спецификаций ( рис. 2.1) видно, что нижние два уровня ("Архитектурные спецификации (эталонные модели)" и "Базовые спецификации"), соответственно, исполняют роль концептуального и функционального базиса области ИТ.

2.2. Эталонные модели среды и взаимосвязи открытых систем

Эталонная модель среды открытых систем (модель OSE)

Требование совместимости и взаимодействия прикладных программ привело к разработке системы стандартов "Интерфейс переносимой операционной системы" (свод POSIX-стандартов) и стандартов коммуникаций. Однако эти стандарты не охватывали требуемый спектр потребностей даже в рамках установленной для них области распространения.

Дальнейшее развитие стандартизации в области информационных технологий и формирования принципа открытых систем нашло выражение в создании функциональной среды открытых систем (Open Systems Environment - OSE) и построении соответствующей модели, которая охватывала бы стандарты и спецификации по обеспечению возможностей ИТ [6].

Модель ориентирована на руководителей ИТ-служб и менеджеров проектов, ответственных за приобретение/разработку, внедрение, эксплуатацию и развитие информационных систем, состоящих их неоднородных программно-аппаратных и коммуникационных средств. Прикладные программы в среде OSE могут включать:

  • системы реального времени (Real Time System - RTS) и встроенные системы (Embedded System - ES);
  • системы обработки транзакций (Transaction Processing System - TPS);
  • системы управления базами данных (DataBase Management System - DBMS);
  • разнообразные системы поддержки принятия решения (Decision Support System - DSS);
  • управленческие информационные системы административного (Executive Information System - EIS) и производственного (Enterprise Resource Planning - ERP) назначения;
  • географические информационные системы (Geographic Information System - GIS);
  • другие специализированные системы, в которых могут применяться спецификации, рекомендуемые международными организациями.

С точки зрения производителей и пользователей среда OSE является достаточно универсальной функциональной инфраструктурой, регламентирующей и облегчающей разработку или приобретение, эксплуатацию и сопровождение прикладных защищенных систем, которые:

  • выполняются на любой используемой платформе поставщика или пользователя;
  • используют любую операционную систему;
  • обеспечивают доступ к базе данных и управление данными;
  • обмениваются данными и взаимодействуют через сети любых поставщиков и в локальных сетях потребителей;
  • взаимодействуют с пользователями через стандартные интерфейсы в системе общего интерфейса "пользователь - компьютер".

Таким образом, среда OSE поддерживает "переносимые, масштабируемые и взаимодействующие прикладные компьютерные программы через стандартные функциональности, интерфейсы, форматы данных, протоколы обмена и доступа".

Стандартами могут быть международные, национальные и другие общедоступные спецификации и соглашения. Эти стандарты и спецификации доступны любому разработчику, поставщику и пользователю вычислительного и коммуникационного программного обеспечения и оборудования при построении систем и средств, удовлетворяющих критериям OSE.

Прикладные программы и средства OSE переносимы, если они реализованы на стандартных платформах и написаны на стандартизованных языках программирования. Они работают со стандартными интерфейсами, которые связывают их с вычислительной средой, читают и создают данные в стандартных форматах и передают их в соответствии со стандартными протоколами, выполняющимися в различных вычислительных средах.

Прикладные программы и средства OSE масштабируемы в среде различных платформ и сетевых конфигураций - от персональных компьютеров до мощных серверов, от локальных систем для распараллеленных вычислений до крупных GRID-систем. Разницу в объемах вычислительных ресурсов на любой платформе пользователь может заметить по некоторым косвенным признакам, например по скорости выполнения прикладной программы, но никогда - по отказам работы системы.

Прикладные программы и средства OSE взаимодействуют друг с другом, если они предоставляют услуги пользователю, используя стандартные протоколы, форматы обмена данными и интерфейсы систем совместной или распределенной обработки данных для целенаправленного использования информации. Процесс передачи информации с одной платформы на другую через локальную вычислительную сеть или комбинацию любых сетей (вплоть до глобальных) должен быть абсолютно прозрачен для прикладных программ и пользователей и не вызывать технических трудностей при использовании. При этом местонахождение и расположение других платформ, операционных систем, баз данных, программ и пользователей не должно иметь значения для используемого прикладного средства.

Эталонная модель среды взаимодействия открытых систем

увеличить изображение
Рис. 2.2. Эталонная модель среды взаимодействия открытых систем

Рабочая группа 1003.0 POSIX IEEE разработала эталонную модель OSE (Open Systems Environment / Reference Model - OSE/RM). Эта модель описана на международном уровне в техническом отчете TR 14250 комитета JTC1 ( рис. 2.2).

В описании модели используется два типа элементов:

  • логические объекты, включающие в себя прикладное программное обеспечение (ППО), прикладные платформы и внешнюю функциональную среду;
  • интерфейсы, содержащие интерфейс прикладной системы и интерфейс обмена с внешней средой.

Логические объекты представлены тремя классами, интерфейсы - двумя. В контексте эталонной модели OSE прикладное программное обеспечение включает в себя непосредственно коды программ, данные, документацию, тестирующие, вспомогательные и обучающие средства ( рис. 2.3).

Обобщенная среда прикладных программ

Рис. 2.3. Обобщенная среда прикладных программ

Прикладная платформа состоит из совокупности программно-аппаратных компонентов, реализующих системные услуги, которые используются ППО. Понятие прикладной платформы не включает конкретной реализации функциональных возможностей. Например, платформа может представлять собой как процессор, используемый несколькими приложениями, так и большую распределенную систему.

Внешняя среда платформ состоит из элементов, внешних по отношению к ППО и прикладной платформе (рабочие станции, внешние периферийные устройства сбора, обработки и передачи данных, объекты коммуникационной инфраструктуры, услуги других платформ, операционных систем или сетевых устройств).

Интерфейс прикладной программы (Application Program Interface - API) является интерфейсом между ППО и прикладной платформой. Основная функция API - поддержка переносимости ППО. Классификация API производится в зависимости от типа реализуемых услуг: взаимодействие в системе "пользователь - компьютер", обмен информацией между приложениями, внутренние услуги системы, коммуникационные услуги.

Интерфейс обмена с внешней средой (External Environment Interface - EEI) обеспечивает передачу информации между прикладной платформой и внешней средой, а также между прикладными программами, которые выполняются на одной платформе.

Базовая модель POSIX OSE - интерфейсы

Рис. 2.4. Базовая модель POSIX OSE - интерфейсы

Эталонная модель OSE/RM реализует и регулирует взаимоотношения "поставщик - пользователь". Логические объекты прикладной платформы и внешней среды являются поставщиком услуг, ППО - пользователем. Они взаимодействуют с помощью набора API и EEI интерфейсов, определенных моделью POSIX OSE ( рис. 2.4) [6].

Интерфейс EEI представляет собой совокупность всех трёх интерфейсов (CSI, HCI, ISI), каждый из которых имеет характеристики, определяемые внешним устройством ( рис. 2.5):

  • интерфейс коммуникационных сервисов (Communication Service Interface - CSI) - интерфейс, который обеспечивает сервис для реализации взаимодействия с внешними системами. Реализация взаимодействия осуществляется с помощью стандартизации протоколов и форматов данных, которыми можно обмениваться по установленным протоколам
  • человеко-машинный интерфейс (Human Computer Interface - HCI) - интерфейс, через который осуществляется физическое взаимодействие пользователя и системы программного обеспечения
  • интерфейс информационных сервисов (Information Service Interface - ISI) - граница взаимодействия с внешней памятью долговременного хранения данных. Обеспечивается стандартизацией форматов и синтаксиса представления данных.
Интерфейсы обмена с внешней средой

Рис. 2.5. Интерфейсы обмена с внешней средой

Прикладная платформа через оба основных интерфейса к платформе предоставляет сервисы для различных применений.

Среда OSE обеспечивает функционирование ППО, используя определенные правила, компоненты, методы сопряжения элементов системы (Plug Compatibility) и модульный подход к разработке программных и информационных систем. Достоинствами модели являются выделение внешней среды в самостоятельный элемент, имеющий определенные функции и соответствующий интерфейс, и возможность ее применения для описания систем, построенных на основе архитектуры "клиент-сервер". Относительный недостаток - еще не все требуемые спецификации представлены на уровне международных гармонизированных стандартов.

< Лекция 1 || Лекция 2: 12 || Лекция 3 >
Ольга Мизина
Ольга Мизина
Россия
Екатерина Фадеева
Екатерина Фадеева
Россия, Калининград