CC BY
35
78
А. В. Николаенков
УДК 004.2
А. В. Николаенков
АСПЕКТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМАХ С ПРЕОБЛАДАЮЩЕЙ ПРОГРАММНОЙ КОМПОНЕНТОЙ
Понятие аспекта положено в основу ряда подходов к разработке вычислительных систем, от технологии к технологии его трактовка различается. Проведен анализ использования понятия аспекта в технологиях создания программного обеспечения и в аспектной технологии проектирования встраиваемых систем.
Ключевые слова: аспектная технология, аспектно-ориентированное программирование, субъектно-ориентированное программирование, композиционные фильтры, адаптивное программирование.
Введение. Аспектные технологии [1] позволяют решать задачу проектирования встраиваемых систем (ВсС) на абстрактном уровне. Аспект используется для декомпозиции задачи проектирования и контроля качества ее решения. Схожие идеи положены в основу аспектных подходов к разработке программных систем. В настоящей работе анализируется трактовка аспекта в технологиях создания программного обеспечения (ПО) и аспектного проектирования ВсС.
Несмотря на значительные различия между ВсС и системами с доминирующей программной компонентой, на концептуальном уровне возможно использование схожих подходов к работе с аспектами. Сопоставление и анализ способов использования аспектов в области разработки программных систем будут полезны два развития аспектной технологий.
Сопоставление аспектной технологии проектирования и аспектных технологий программирования выполнялось в рамках работы [1], в настоящей статье приводится более детальный анализ.
Аспектные технологии программирования. Технология объектно-ориентированного проектирования (ООП) программных систем основана на принципах иерархической декомпозиции. В работе [2] наглядно показан ее главный недостаток: при построении иерархии между объектами реального мира предполагается наличие не зависящих от контекста рассмотрения иерархических связей. Для построения иерархии выделяется доминирующий критерий и второстепенные связи вытесняются „за скобки". Отсутствие достаточного внимания к второстепенным критериям декомпозиции при написании программы приводит к появлению в программном коде повторяющихся конструкций (scattering) и перемешиванию реализации второстепенной функциональности с основной (tangling). Для работы с второстепенными (горизонтальными) связями вводится понятие аспекта. Анализ литературы выявил четыре основных реализации этих идей: аспектно-ориентированное программирование (АОП), субъектно-ориентированное программирование (СОП), композиционные фильтры (КФ), адаптивное программирование (АП).
В АОП наиболее развита реализация аспектных идей [3]. Основное инструментальное средство — AspectJ. Аспект рассматривается как единица модульности высокоуровневого объектно-ориентированного языка программирования и объединяется с элементами основной иерархии с помощью „точек включения" (point-cuts). В рамках технологии АОП прорабатываются языковые средства для работы с аспектами и эффективные методы реализации модульности на основе аспектной идеи.
Идеи СОП были представлены в статье [4]. В рамках СОП-реализации организуются „субъекты" и предлагаются методы для работы с ними. Идеи СОП развились в подход многомерного разделения ответственностей [5]. Несмотря на использование этих идей в инструментальном средстве Hyper/J, активных исследований в этой области не отмечено.
Аспектные технологии в системах с преобладающей программной компонентой
79
Подход КФ [6] позволяет рассматривать взаимодействующие объекты как обменивающиеся сообщениями сущности и предлагает набор инструментов для гибкой работы с сообщениями. На основе предложенных инструментов реализуются базовые механизмы ООП (наследование, агрегация) и АОП.
В АП программный код отделяется от структуры программы с последующим объединением непосредственно перед этапом выполнения программы. Аспектные идеи воплощаются в АП путем установки связей между реализациями аспектов и „точками включения". Детальное описание АП представлено в статье [7]. Авторами проделана значительная работа по доказательству корректности предлагаемого подхода, рассмотрено внедрение идей АП не только в объектно-ориентированное, но и в функциональное программирование [8]. Одним из наиболее известных достижений АП можно считать формулирование закона Деметры [9], определяющего правильное построение связей между элементами программы.
Аспектная технология проектирования (АТП) [1] — высокоуровневая методика проектирования ВсС. В качестве аспектов АТП выделяет частные проблемы проектирования и предлагает подходы для работы с ними на всех этапах жизненного цикла ВсС. Примерами аспектов могут служить „надежность", „стоимость", „энергопотребление". Задача проектирования рассматривается АТП как задача многокритериальной оптимизации в рамках определенных аспектами ограничений.
Широкая трактовка аспекта необходима для разработки ВсС с контролируемыми свойствами. Основное назначение аспекта АТП — построение абстракций для анализа свойств системы. Введение аспектных ограничений обеспечивает гибкость работы с проектным пространством и способствует проведению более тщательного анализа проектных решений.
Аспектные технологии программирования трактуют аспект как единицу модульности, упрощающую анализ системы и повышающую коэффициент повторного использования. Введение аспектов приводит к увеличению числа компонентов системы, а явное выделение уровня связей — к росту ее сложности и общей связности. Это обусловливает ограниченное применение аспектной технологии и использования ее для реализации ортогональных аспектов, содержащих небольшое количество простых механизмов. В качестве аспектов в программных системах выделяются журналирование, авторизация, аудит и др. Эффективная работа с аспектными технологиями при разработке программных систем требует поддержки аспектов на этапах проектирования и разработки требований.
В представленных подходах назначение аспектов существенно различается. Аспектные идеи, заложенные в основу рассматриваемых технологий, позволяют вводить дополнительные способы выделения компонентов и методы работы с ними. При использовании аспект-ных идей отмечаются общие проблемы организации взаимодействия между аспектами, анализа аспектных отношений, отсутствия унифицированных методов работы с аспектами на всех этапах жизненного цикла вычислительной системы.
Заключение. Для систем с преобладающей программной компонентой необходимо развивать средства высокоуровневого проектирования. Существующие аспектные методы могут выступать в качестве эффективного средства архитектурного проектирования при условии распространения понятия аспекта и его инструментальной поддержки на все этапы создания вычислительной системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Платунов А. Е. Теоретические и методологические основы высокоуровневого проектирования встраиваемых вычислительных систем: Автореф. дис. ...д-ра техн. наук. СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. 39 с.
2. Ostermann K. Modules for hierarchical and crosscutting models. Technischen Universität Darmstadt, 2003.
80
А. А. Ожиганов, И. Д. Захаров
3. Kiczales G., Mezini M. Aspect-oriented programming and modular reasoning // Proc. 27th Intern. Conf. on Software engineering — ICSE '05. NY, USA: ACM Press, 2005. P. 49.
4. Harrison W., Ossher H. Subject-oriented programming // ACM SIGPLAN Notices. 1993. Vol. 28, N 10. P. 411— 428.
5. Tarr P. et al. N Degrees of Separation: Multi-Dimensional Separation of Concerns // Proc. 21st Intern. Conf. on Software engineering — ICSE '99. NY, USA: ACM Press, 1999. P. 107—119.
6. Bergmans L., Aksits M. Composing crosscutting concerns using composition filters // Communications of the ACM. 2001. Vol. 44, N 10. P. 51—57.
7. Lieberherr K., Orleans D., Ovlinger J. Aspect-oriented programming with adaptive methods // Communications of the ACM. ACM Press. 2001. Vol. 44, N 10. P. 39—41.
8. Chadwick B. Functional Adaptive Programming. Northeastern University, 2010.
9. Lieberherr K., Holland I., Riel A. Object-oriented programming: an objective sense of style // ACM SIGPLAN Notices. 1988. Vol. 23, N 11. P. 323—334.
Сведения об авторе
Алексей Витальевич Николаенков — аспирант; Санкт-Петербургский национальный исследовательский
университет информационных технологий, механики и оптики, кафедра вычислительной техники; E-mail: nickolaenkov@gmail.com
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
вычислительной техники 08.02.12 г.
УДК 621.3.85
А. А. Ожиганов, И. Д. Захаров
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПСЕВДОРЕГУЛЯРНЫХ КОДОВЫХ ШКАЛ
Предлагается система автоматизированного проектирования псевдорегулярных кодовых шкал, основными задачами которой являются получение рисунка кодирующей маски шкалы и размещение на ее информационных дорожках считывающих элементов с учетом заданных физических ограничений.
Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, преобразователь перемещения, псевдорегулярная кодовая шкала, считывающие элементы.
В современных информационно-измерительных системах широко применяются устройства аналого-цифрового преобразования, одним из видов которых являются преобразователи перемещений, построенные по методу считывания [1]. В качестве кодированного элемента в таких преобразователях могут быть использованы псевдорегулярные кодовые шкалы (ПРКШ) [2]. В силу особенностей этим шкалам свойственно большое разнообразие вариантов построения кодирующих масок, даже в пределах одной разрядности [3]. Поэтому разработку ПРКШ целесообразно выполнять с использованием системы автоматизированного проектирования.
Предлагаемая система, укрупненная схема которой показана на рис. 1, содержит несколько модулей, различающихся по функциональному назначению. Основной функцией вычислительного модуля является объектное представление проектируемой ПРКШ. Пользователь имеет возможность манипулировать ПРКШ при помощи графического интерфейса пользователя (ГИП), который выделяется в отдельный модуль. Отклик модуля ПРКШ на действия
