Понятие открытых систем

СТАНДАРТИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ СТАНДАРТОВ ИТ

Понятие открытых систем

 

Пользователи вычислительной техники неоднократно сталкивались с ситуацией, когда программное обеспечение, отлично работающее на одном компьютере, не желает работать на другом. Или системные бло­ки одного вычислительного устройства не стыкуются с аппаратной час­тью другого. Или информационная система другой компании упорно не желает обрабатывать данные, которые пользователь подготовил в информационной системе у себя на рабочем месте, хотя были выполне­ны все необходимые требования по подготовке данных. Или при заг­рузке разработанной странички на «чужом» браузере на экране вместо понятного текста возникает бессмысленный набор символов. Эта про­блема, которая возникла в ходе бурного развития производства вычис­лительной и телекоммуникационной техники и разработки программ­ного обеспечения, получила название проблемы совместимости вычис­лительных, телекоммуникационных и информационных устройств.

Развитие систем и средств вычислительной техники, повсеместное их внедрение в сферы управления, науки, техники, экономики и биз­неса привели к необходимости объединения конкретных вычислитель­ных устройств и реализованных на их основе информационных сис­тем в единые информационно-вычислительные системы и среды, к формированию единого информационного пространства. Такое про­странство можно определить как совокупность баз данных, хранилищ знаний, систем управления ими, информационно-коммуникационных систем и сетей, методологий и технологий их разработки, ведения и использования на основе единых принципов и общих правил, обеспе­чивающих информационное взаимодействие для удовлетворения по­требностей пользователей.

Единое информационное пространство складывается из следующих основных составляющих:

• информационные ресурсы, содержащие данные, сведения, информацию и знания, собранные, структурированные по некоторым пра­вилам, подготовленные для доставки заинтересованному пользовате­лю, защищенные и архивированные на соответствующих носителях;

• организационные структуры, обеспечивающие функционирова­ние и развитие единого информационного пространства: поиск, сбор, обработку, хранение, защиту и передачу информации;

• средства информационного взаимодействия, в том числе про­граммно-аппаратные средства и пользовательские интерфейсы, пра­вовые и организационно-нормативные документы, обеспечивающие доступ к информационным ресурсам на основе соответствующих ин­формационно-коммуникационных технологий.

При формировании единого информационного пространства ме­неджеры, проектировщики и разработчики программно-аппаратных средств столкнулись с рядом проблем. Например, разнородность технических средств вычислительной техники с точки зрения организа­ции вычислительного процесса, архитектуры, систем команд, разряд­ности процессоров и шины данных потребовала создания физических интерфейсов, реализующих взаимную совместимость компьютерных устройств. При увеличении числа типов интегрируемых устройств сложность организации физического взаимодействия между ними су­щественно возрастала, что приводило к проблемам в управлении та­кими системами.

Разнородность программируемых сред, реализуемых в конкретных вычислительных устройствах и системах, с точки зрения многообра­зия операционных систем, различия в разрядности и прочих особен­ностей привели к созданию программных интерфейсов. Разнородность физических и программных интерфейсов в системе «пользователь — компьютерное устройство — программное обеспечение» требовала по­стоянного согласования программно-аппаратного обеспечения и пе­реобучения кадров.

История концепции открытых систем начинается с того момента, когда возникла проблема переносимости (мобильности) программ и данных между компьютерами с различной архитектурой. Одним из первых шагов в этом направлении, оказавшим влияние на развитие отечественной вычислительной техники, явилось создание компью­теров серии IBM 360, обладающих единым набором команд и способ­ных работать с одной и той же операционной системой. Корпорация «IBM», кроме того, предоставляла лицензии на свою ОС пользовате­лям, которые предпочли купить компьютеры той же архитектуры у других производителей.

Частичное решение проблемы мобильности для программ обеспе­чили ранние стандарты языков, например ФОРТРАН и КОБОЛ. Языи позволяли создавать переносимые программы, хотя часто ограни­чивали функциональные возможности. Мобильность обеспечивалась также за счет того, что эти стандарты были приняты многими произ­водителями различных платформ. Когда языки программирования приобрели статус стандарта де-факто, их разработкой и сопровожде­нием начали заниматься национальные и международные организа­ции по стандартизации. В результате языки развивались уже незави­симо от своих создателей. Достижение мобильности уже на этом уровне было первым примером истинных возможностей открытых систем.

Следующий этап в развитии концепции открытости — вторая по­ловина 1970-х гг. Он связан с областью интерактивной обработки и увеличением объема продуктов, для которых требуется переносимость (пакеты для инженерной графики, системы автоматизации проекти­рования, базы данных, управление распределенными базами данных). Компания «DIGITAL» начала выпуск мини-ЭВМ VAX, работающих под управлением операционной системы VMS. Машины этой серии имели уже 32-разрядную архитектуру, что обеспечило значительную эффективность программного кода и сократило издержки на работу с виртуальной памятью. Программисты получили возможность напря­мую использовать адресное пространство объемом до 4 Гбайт, что прак­тически снимало все ограничения на размеры решаемых задач. Маши­ны этого типа надолго стали стандартной платформой для систем про­ектирования, сбора и обработки данных, управления экспериментом и т.п. Именно они стимулировали создание наиболее мощных САПР, систем управления базами данных и машинной графики, которые широко используются до настоящего времени.

Конец 1970-х гг. характеризуется массовым применением сетевых технологий. Компания «DIGITAL» интенсивно внедряла свою архитек­туру DECnet. Сети, использующие протоколы Интернет (TCP/IP), пер­воначально реализованные Агентством по перспективным исследова­ниям Министерства обороны США (DARPA), начали широко приме­няться для объединения различных систем — как военных, так и академических организаций США. Фирма «IBM» применяла собствен­ную сетевую архитектуру SNA (System Network Architecture), которая стала основой для предложенной Международной организацией по стан­дартизации ISO архитектуры Open Systems Interconnection (OSI).

Когда сетевая обработка стала реальностью и насущной необходи­мостью для решения большого числа технических, технологических, научных экономических задач, пользователи начали обращать внима­ние на совместимость и возможность интеграции вычислительных средств как на необходимые атрибуты открытости систем. Организа­ция ISO в 1977—1978 гг. развернула интенсивные работы по созда­нию стандартов взаимосвязи в сетях открытых систем. Тогда же впер­вые было введено определение открытой информационной системы.

Таким образом, решение проблем совместимости и мобильности привело к разработке большого числа международных стандартов и соглашений в сфере применения информационных технологий и раз­работки информационных систем. Основополагающим, базовым по­нятием при использовании стандартов стало понятие «открытая сис­тема».

Существует достаточное число определений, даваемых различны­ми организациями по стандартизации и отдельными фирмами. Напри­мер, Ассоциация французских пользователей UNIX и открытых сис­тем (AFUU) дает следующее определение: «Открытая система — это система, состоящая из элементов, которые взаимодействуют друг с другом через стандартные интерфейсы».

Производитель средств вычислительной техники — компания Hewlett Packard: «Открытая система — это совокупность разнородных компьютеров, объединенных сетью, которые могут работать как еди­ное интегрированное целое независимо от того, как в них представлена информация, где они расположены, кем они изготовлены, под уп­равлением какой операционной системы они работают».

Определение Национального института стандартов и технологий США (NIST): «Открытая система — это система, которая способна взаимодействовать с другой системой посредством реализации меж­дународных стандартных протоколов. Открытыми системами являют­ся как конечные, так и промежуточные системы. Однако открытая си­стема не обязательно может быть доступна другим открытым систе­мам. Эта изоляция может быть обеспечена или путем физического отделения, или путем использования технических возможностей, ос­нованных на защите информации в компьютерах и средствах комму­никаций».

Другие определения в той или иной мере повторяют основное со­держание определений, приведенных выше. ₍Анализируя их, можно выделить некоторые общие черты, присущие открытым системам:

• технические средства, на которых реализована информационная система, объединяются сетью или сетями различного уровня — от ло­кальной до глобальной;

• реализация открытости осуществляется на основе функциональ­ных стандартов (профилей) в области информационных технологий;

• информационные системы, обладающие свойством открытости, могут выполняться на любых технических средствах, которые входят в единую среду открытых систем;

• открытые системы предполагают использование унифицирован­ных интерфейсов в процессах взаимодействия в системе «человек — компьютер»;

• применение положений открытости предполагает некоторую из­быточность при разработке программно-аппаратных комплексов.

Открытую систему сегодня определяют как исчерпывающий и со­гласованный набор международных стандартов на информационные технологии и профили функциональных стандартов, которые реали­зуют открытые спецификации на интерфейсы, службы и поддержи­вающие их форматы, чтобы обеспечить взаимодействие (интероперабельность) и мобильность программных приложений, данных и пер­сонала.

Это определение, сформулированное специалистами Комитета IEEE POSIX 1003.0 Института инженеров по электротехнике и элек­тронике (IEEE), унифицирует содержание среды, которую предостав­ляет открытая система для широкого использования. Базовым в этом определении является термин «открытая спецификация», имеющий следующее.толкование: «это общедоступная спецификация, которая поддерживается открытым, гласным, согласительным процессом, на­правленным на постоянную адаптацию новой технологии, и которая соответствует стандартам». Таким образом, под открытыми система­ми следует понимать системы, обладающие стандартизованными ин­терфейсами. Решение проблемы открытости систем основывается на стандартизации интерфейсов систем и протоколов взаимодействия между их компонентами.

В качестве примеров использования технологии открытых систем можно привести технологии фирм «Intel» Plug&Play и USB, а также операционные системы UNIX и (частично) ее основного конкурента — Windows NT. Многие новые продукты сразу разрабатываются в соот­ветствии с требованиями открытых систем, примером тому может слу­жить широко используемый в настоящее время язык программирова­ния Javaфирмы «Sun Microsystems».

Общие свойства открытых информационных систем можно сфор­мулировать следующим образом:

• взаимодействие/интероперабелъностъ — способность к взаимо­действию с другими прикладными системами на локальных и (или) удаленных платформах (технические средства, на которых реализова­на информационная система, объединяются сетью или сетями различ­ного уровня — от локальной до глобальной);

• стандартизуемостъ — ИС проектируются и разрабатываются на основе согласованных международных стандартов и предложений, реализация открытости осуществляется на базе функциональных стан­дартов (профилей) в области информационных технологий;

• расширяемость/масштабируемость — возможность перемещения прикладных программ и передачи данных в системах и средах, кото­рые обладают различными характеристиками производительности и различными функциональными возможностями, возможность добав­ления новых функций ИС или изменения некоторых уже имеющихся при неизменных остальных функциональных частях ИС;

• мобильность/переносимость — обеспечение возможности переноса прикладных программ и данных при модернизации или замене аппа­ратных платформ ИС и возможности работы с ними специалистов пользующихся ИТ, без их специальной переподготовки при измене­ниях ИС;

• дружественность к пользователю — развитые унифицированные интерфейсы в процессах взаимодействия в системе «пользователь -компьютерное устройство — программное обеспечение», позволяющие работать пользователю, не имеющему специальной системной подго­товки.

Все эти общепринятые свойства современных открытых систем, взятые по отдельности, были характерны и для предыдущих поколе­ний ИС и средств вычислительной техники. Новый взгляд на откры­тые системы определяется тем, что эти черты рассматриваются в сово­купности, как взаимосвязанные, и реализуются в комплексе. Это есте­ственно, поскольку все указанные выше свойства дополняют друг друга. Только в такой совокупности возможности открытых систем позволяют решать проблемы проектирования, разработки, внедрения, эксплу­атации и развития современных информационных систем.

Проиллюстрируем важность такого подхода на примере важней­шего свойства — интероперабелъности (Interoperability). Ниже пе­речислены обстоятельства, которые отражают насущные потребности развития областей применения информационных технологий и моти­вируют переход к интероперабельным информационным системам и разработке соответствующих стандартов и технических средств.

Функционирование систем в условиях информационной и реализа­ционной неоднородности, распределенности и автономности информа­ционных ресурсов системы. Информационная неоднородность ресур­сов заключается в разнообразии их прикладных контекстов (понятий, словарей, семантических правил, отображаемых реальных объектов, видов данных, способов их сбора и обработки, интерфейсов пользова­телей и т.д.). Реализационная неоднородности источников проявляет­ся в использовании разнообразных компьютерных платформ, средств управления базами данных, моделей данных и знаний, средств про­граммирования и тестирования, операционных систем и т.п.

Интеграция систем. Системы эволюционируют от простых, авто­номных подсистем к более сложным, интегрированным системам, ос­нованным на требовании взаимодействия компонентов.

Реинжиниринг систем. Эволюция бизнес-процессов — непрерывный процесс, который является неотъемлемой составляющей деятельности организаций. Соответственно, создание системы и ее реконструкция (реинжиниринг) — непрерывный процесс формирования, уточнения требований и проектирования. Система должна быть спроектирована так, чтобы ее ключевые составляющие могли быть реконструированы при сохранении целостности и работоспособности системы.

Трансформация унаследованных систем. Практически любая систе­ма после создания и внедрения противодействует изменениям и имеет тенденцию быстрого превращения в бремя организации. Унаследован­ные системы (Legacy Systems), построенные на «уходящих» техноло­гиях, архитектурах, платформах, а также программное и информаци­онное обеспечение, при проектировании которых не были предусмот­рены нужные меры для их постепенного перерастания в новые системы, требуют перестройки (Legacy Transformation) в соответствии с новы­ми требованиями бизнес-процессов и технологий. В процессе транс­формации необходимо, чтобы новые модули системы и оставшиеся компоненты унаследованных систем сохраняли способность к взаимо­действию.

Повторное использование неоднородных информационных ресурсов. Технология разработки информационных систем должна позволять круп­номасштабно применять технологию повторного использования инфор­мационных ресурсов, которые могут быть «соединены» (т.е. образованы их «интероперабельные сообщества») для производства серий стандар­тизованных продуктов в определенной прикладной области.

Продление жизненного цикла систем. В условиях исключительно быстрого технологического развития требуются специальные меры, обеспечивающие необходимую продолжительность жизненного цик­ла продукта, включающего в себя постоянное улучшение его потреби­тельских свойств. При этом новые версии продукта должны поддер­живать заявленные функциональности предыдущих версий.

Свойство интероперабельности информационных ресурсов явля­ется необходимой предпосылкой удовлетворения перечисленных выше требований.

Таким образом, основной принцип формирования открытых сис­тем состоит в создании среды, включающей в себя программные и ап­паратурные средства, службы связи, интерфейсы, форматы данных и протоколы. Такая среда в основе имеет развивающиеся доступные и общепризнанные стандарты и обеспечивает значительную степень вза­имодействия (Inter-operability), переносимости (Portability) и масш­табирования (Scalability) приложений и данных.

Благодаря этим свойствам минимизируются затраты на достижение преемственности и повторного использования накопленного программ­но-информационного задела при переходе на более совершенные ком­пьютерные платформы, а также интеграция систем и ресурсов в распре­деленные системы. Экономическая рентабельность реализации на прак­тике концепции открытых систем основывается на том, что переход к открытым технологиям создает наилучшие предпосылки для инвести­ций в ИТ, так как благодаря свойствам открытости систем ИТ суще­ственно повышается конечная эффективность их использования.

Принципы создания и использования открытых систем применя­ются в настоящее время при построении большинства классов систем:вычислительных, информационных, телекоммуникационных, систем управления в реальном масштабе времени, встроенных микропроцес­сорных систем. В условиях широкого использования интегрирован­ных вычислительно-телекоммуникационных систем принципы откры­тости составляют основу технологии интеграции, В развитии и при­менении открытых систем заинтересованы все участники процесса информатизации: пользователи, проектировщики систем и системные интеграторы, производители технических и программных средств вы­числительной техники и телекоммуникации. В частности, по встроен­ным микропроцессорным системам (МПС) в рамках программы ESPRITсуществует проект OMI (Open Microprocessor Initiative), на­правленный на создание коллективной пользовательской библиотеки МПС в соответствии с принципами открытых систем.

В условиях перехода к информационному обществу, когда государ­ственное управление и большинство секторов экономики становятся активными потребителями информационных технологий, а сектор производителей средств и услуг информационных технологий непре­рывно растет, проблема развития и применения открытых систем со­ставляет для каждой страны национальную проблему. Так, админист­рация Клинтона еще в 1993 г. объявила о программе создания Нацио­нальной информационной инфраструктуры на принципах открытых систем (NationalInformation Infrastructure Initiative), вкладывала в эту программу большие деньги и содействовала инвестициям со стороны частного сектора. Совет Европы в 1994 г. в своих рекомендациях о пу­тях перехода к информационному обществу (Bangemann Report) под­черкнул, что стандарты открытых систем должны играть важнейшую роль при создании информационной инфраструктуры общества. Ве­дется работа по созданию глобальной информационной инфраструк­туры, также основанной на принципах открытых систем.

Таким образом, в условиях перехода к информационному обществу технология открытых систем становится основным направлением ин­формационных технологий.