Модель системы представляет собой своего рода информационное тело, «собранное» с целью изучения системы и лучшего ее понимания разработчиками и специалистами, которые должны ее поддерживать. При моделировании системы должны быть идентифицированы отдельные ее части, атрибуты, атакже действия, выполняемые системой. Моделирование — важный инструмент впроцессе проектирования любой системы, поэтому очень важно добиться того, чтобы разработчики до конца понимали систему, которую разрабатывают. Моделирование помогает выявить заложенный в систему параллелизм и понять, как именно следует реализовать ее распределение.

Унифицированный язык моделирования (Uniflted Modeling Language — UML) содержит графические средства, используемые для проектирования, визуализации, моделирования и документирования артефактов системы программного обеспечения. Язык UML представляет собой фактический стандарт для моделирования объект-нсюриентированных систем. Этот язык использует символы и условные знаки для обозначения артефактов системы ПО, отображаемых с различных точек зрения и при различной фокусировке. Язык UML вобрал в себя методы объектно-ориентирован-ного анализа и проектирования, предложенные Гради Бучем (GradyBooch), Джеймсом Рамбау Qames Rumbaugh) и Айваром Джекобсоном (Ivar Jacobson) в 1980-х и 1990-х годах. Он был принят рабочей группой по развитию стандартов объектного программирования (Object Management Group — OMG), международной организацией, состоящей из разработчиков ПО и производителей информационных систем и насчитывающей более 800 членов. Принятие UML дало разработчикам ПО не просто единый язык, а инструмент для анализа объектов, их описания, визуализации и документирования.

В этой главе мы покажем, как можно визуализировать и смоделировать параллельную и распределенную систему с помощью UML. Помимо помощи в разработке системы, моделирование позволяет идентифицировать области параллелизма (где именно?), понять необходимость применения синхронизации и взаимодействия подсистем (когда именно?), а также продумать степень распределения объектов (как именно?). Мы рассматриваем диаграммные методы визуализации и моделирования параллельных систем со структурной и поведенческой точек зрения. Однако следует отметить, что классы, объекты и системы, используемые в этой главе как примеры, служат целям демонстрации и необязательно отражают реальные классы, объекты или структуры, используемые в действительно существующей системе.

Визуализация структур

При рассмотрении системы со структурной точки зрения акцент ставится на ее статических частях, т.е. нас интересует, как построены элементы системы. В этом случае изучаются атрибуты, свойства и операции, выполняемые системой, а также ее организация, устройство (состав компонентов) и взаимоотношение элементов в системе. В этом разделе рассматриваются диаграммные методы, используемые для моделирования:

• классов, объектов, шаблонов, процессов и потоков;

• организации объектов, работающих «в одной команде».

Изображаемые при моделировании системы элементы могут быть концептуальными или физическими.

Классы и объекты

Класс — это м о д ель некоторой конструкции, характеризую щ ейся опре д еленными атрибута м и и пове д ение м. Это — описание м ножества понятий или объектов, которые обладают об щ и м и атрибута м и. Класс — это базовый ко м понент любо й объектно-ориентированно й систе м ы. Классы м ожно и спользовать д ля пре д ставления реальных, концептуальных, аппаратных и про г ра мм ных конструкци й. Для пре д ставления классов, объектов и взаи м оотношений, которые су щ ествуют между ни м и в параллельной и/или распределенной систе м е, используется диаграмма класса (class diagram). Диа г ра м ма класса позволяет отобразить атрибуты и услу г и, предоставляе м ые классом, а также о г раничения, нала г ае м ые на способ связи этих классов/объектов.

Язык UML содержит средства для графического представления класса. Для простейшего изображения класса достаточно начертить прямоугольник и написать на нем имя класса. При использовании только одного имени говорят, что это простое гшя. С помощью диаграммы класса можно также отобразить атрибуты и услуги. предоставляемые пользователю этого класса (или операции, выполняемые этим классом). Чтобы включить в диаграмму атрибуты и операции, прямоугольник отображается с тремя горизонтальными отделениями. В верхнем отделении записывается простое имя класса, в среднем — атрибуты, а в нижнем — операции. Разделы атрибутов и операций можно пометить словами «атрибуты» и «операции» соответственно. Имя класса должно быть указано в любом случае, а раздел атрибутов или операций — по необходимости. Это значит, что если нужно указать один из разделов (атрибутов или операций), то другой отображается пустым. Различные способы представления класса показаны на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Различные способы представления класса

На рис. 10.1 представ л ен к л асс student_schedule. На рис. 10.1, а) показано его простейшее представление, рис. 10.1, б) содержит полную информацию о классе: его имя, атрибуты и операции, а рис. 10.1, в) представляет имя класса и его операции (раздел, который должен содержать атрибуты, пуст). Если раздел атрибутов оставлен пустым, это означает, что данный класс имеет атрибуты, но их показывать в данном конкретном случае не нужно.

Ино г да используетс я дополнительный раздел, который служит для описания обязанностей класса. Он раз м е щ ается под раздело м операций и может быть опущен. Под обязанностями класса подразумевают то, что ему надлежит выполнить. Обязанности класса отображаются как «договорные» предложения, которые трансформируются в операции и атрибуты. Атрибуты трансформируются в типы данных и структуры данных, а операции — в методы (функции). Этот дополнительный раздел можно пометить словом «обязанности». Обязанности класса student_schedule можно изложить следующим образом: «возвращает расписание для студента на любой день недели при заданном номере студента, годе и периоде расписания». Обязанности класса отображаются в виде текста, причем каждая обязанность представляется в соответствующем разделе как короткое предложение или абзац.