Файл: СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ (Структура современной системы программирования).pdf

Со временем система программирования GNU С преобразовалась в более развитую систему программирования GNU C++, поскольку именно язык C++ получил широкое распространение в среде профессионалов. Затем в рамках проекта стали доступны и системы программирования на основе многих других языков программирования, в частности известного языка Pascal.

По внешнему виду, интерфейсу и функциональным возможностям системы про­граммирования, созданные в рамках проекта GNU, мало чем отличаются от сис­тем программирования, ориентированных на ОС типа UNIX. Главным отличием являются условия, определяющие правила распространения и использования данных систем программирования. Особенности проекта обусловили и тот факт, что большинство созданных в нем систем программирования не ориентировано на интегрированные среды разработки, а функционируют в рамках командных процессоров. И хотя возможности ОС, созданной в проекте GNU, позволяют разработчику, использующему одну из систем программирования, самому создать интегрированную среду разработки эта особенность не является положительной чертой проекта.

Поэтому в последнее время и в рамках проекта GNU стали появляться системы программирования, построенные на основе интегрированной среды разработки. Кроме того, известные компании-производители средств разработки стали обращать внимание на данный проект по причине его широкого распространения. Они стали предлагать свои системы программирования, ориентированные на выполнение в ОС, созданной в рамках проекта GNU Операционная система, созданная и поддерживаемая сообществом разработчиков в рамках проекта GNU, получила название Linux. В ходе работы над проектом было создано большое количество программного обеспечения, в том числе и систем программирования (кроме указанной уже системы GNU C++).

Положительной чертой проекта можно считать так же тот факт, что многие системы программирования, созданные в рамках проекта, оказались совместимыми и с ОС типа UNIX, которые формально не входят в проект GNU. Та же система программирования GNU C++, созданная в рамках проекта GNU, с успехом используется под многими версиями ОС типа UNIX.

2.5. Система программирования для сети Интернет

Интернет – это всемирная «сеть сетей». Он объединяет в себя вычислительные системы и локальные сети, построенные на базе различных аппаратно-программных архитектур. При осуществлении взаимодействия по сети двух компьютеров один из них выступает в качестве источника данных (Интернет-сервера), а другой – приемника данных (Интернет-клиента). Сервер подготавливает данные, а клиент принимает их и каким-то образом обрабатывает. Нередко в качестве данных выступают тексты программ, которые подготавливает сервер, а исполнять должен клиент.

В таких условиях определяющим становится требование унифицированного исполнения кода программы вне зависимости от архитектуры вычислительной системы. Компиляция и создание объектного кода в условиях всемирной сети становятся бессмысленными, потому что заранее не известно, на какой вычислительной системе потребуется исполнять полученный в результате компиляции код. По этой причине сервер не может передавать по сети объектный код или команды ассемблера – вполне может так случиться, что клиент просто не способен их исполнить. Можно попытаться создать сервер таким образом, чтобы он мог подготавливать программы для всех известных типов клиентов. Однако это, во-первых, значительно увеличит нагрузку на сервер, а во-вторых, не гарантирует от ситуации, когда связь с сервером установит клиент нового, еще не известного серверу типа (поскольку количество возможных архитектур компьютеров непостоянно и ничем в принципе не ограничено).

Поэтому основной особенностью программирования в сети Интернет является использование в качестве основного средства программирования интерпретируемых языков. При интерпретации исполняется не объектный код, а сам исходный код программы, и уже непосредственно интерпретатор на стороне клиента отвечает за то, чтобы этот исходный код был исполнен всегда одним и тем же образом вне зависимости от архитектуры вычислительной системы. Тогда сервер готовит код программы всегда одним и тем же образом вне зависимости от типа клиента. В такой ситуации нагрузка на Интернет-клиента может возрасти. Но задачу можно несколько упростить: Интернет-сервер может готовить не высокоуровневый код исходной программы, а некий унифицированный промежуточный код низкого уровня, предназначенный для исполнения на стороне клиента. Тогда в обмене данными участвуют еще две дополнительные программы: компилятор (точнее – транслятор) на стороне сервера, транслирующий исходный код программы на некотором языке высокого уровня в промежуточный низкоуровневый код; и интерпретатор на стороне клиента, отвечающий за исполнение промежуточного кода вне зависимости от архитектуры вычислительной системы клиента.

Во многих случаях при использовании исполнения программ в глобальной сети применяется именно такая схема.

Для реализации такого рода схем существует много технических и языковых средств. Существует также значительное количество языков программирования, ориентированных на использование в глобальной сети Далее дается очень краткий обзор принципов, положенных в основу тех или иных языков программирования в глобальной сети.

2.5.1. Язык HTML. Программирование статических Web-страниц

Язык HTML (hypertext markup language, язык разметки гипертекста) во многом определил развитие и широкое распространение сети Интернет по всему миру. Сам по себе язык достаточно прост, а для овладения им нужны только самые примитивные знания в области программирования.

Язык позволяет описывать структурированный текст (гипертекст), содержащий ссылки и взаимосвязи фрагментов; графические элементы (изображения), которые могут быть связаны как с текстовой информацией, так и между собой; а также простейшие элементы графического интерфейса пользователя (кнопки, списки, поля редактирования). На основе описания, построенного в текстовом виде на HTML, эти элементы могут располагаться на экране, им могут присваиваться различные атрибуты, определяющие используемые ресурсы интерфейса поль­зователя (такие, как цвет, шрифты, размер и т. п.). В результате получается гра­фический образ – Web-страница (от «web» – «паутина» – слова, входящего в состав аббревиатуры WWW – World Wide Web – Всемирная паутина). Она в принципе может содержать различные мультимедийные элементы, включая графику, видео и анимацию.

Широкому распространению HTML послужил принцип, на основе которого этот язык стал использоваться в глобальной сети. Суть его достаточно проста: Интернет-сервер создает текст на языке HTML и передает его в виде текстового файла на клиентскую сторону сети по специальному протоколу обмена данными HTTP (hypertext transfer protocol, протокол передачи гипертекста). Клиент, получая исходный текст на языке HTML, интерпретирует его и в соответствии с результатом интерпретации строит соответствующие интерфейсные формы и изображения на экране клиентского компьютера.

Грамматика HTML проста (она относится к регулярным грамматикам), а потому не составляет сложности построить соответствующий интерпретатор. Такими интерпретаторами явились программы-навигаторы в сети Интернет (браузеры, browser), которые, по сути, минимально должны были содержать две составляющих: клиентскую часть для обмена данными по протоколу HTTP и интерпретатор языка HTML. В настоящее время преобладают две – Internet Explorer и Netscape Navigator Первый из них доминирует на архитектуре персональных компьютеров на базе процессоров типа Intel 80х86 под управлением ОС типа Microsoft Windows.

Гораздо разнообразнее программное обеспечение серверной части. Это вызвано тем, что в протоколе HTTP нигде строго не специфицирован источник HTML-текста. Им может быть обычный текстовый файл, и тогда клиент будет видеть у себя статическую картинку всякий раз, когда устанавливает соединение с данным сервером. Но может быть и так, что сервер будет порождать новый HTML – текст всякий раз, когда клиент устанавливает с ним соединение, или даже менять текст по мере работы клиента с сервером. Тогда и изображение на стороне клиента» зависящее от интерпретируемого текста HTML, будет динамически изменяться по мере изменения текста. Последний вариант представляет гораздо больший интерес с точки зрения предоставляемых возможностей. Вопрос только в том, как организовать динамическое изменение HTML-текста. Вот в этом на­правлении и шло развитие основных средств Интернет-программирования.

Язык HTML прост и тем удобен. Однако отсюда проистекают и основные его недостатки. Во-первых, он не предоставляет средств динамического изменения содержимого интерфейсных форм и изображений, поэтому основной метод – динамическое изменение самого текста HTML. Во-вторых, данный язык не предоставляет никаких методов поддержки современных архитектур типа «клиент-сервер» или трехуровневой архитектуры. Он не позволяет обмениваться данными ни с серверами БД, ни с серверами приложений как на стороне сервера, где готовятся тексты HTML, так и на стороне клиента, где эти тексты интерпретиру­ются. Наконец, этот язык имеет очень ограниченные средства для реакции на действия пользователя в интерфейсных формах, созданных с его помощью.

Для устранения этих недостатков были предложены различные средства. Некоторые из них рассмотрены ниже.

2.5.2. Язык HTML. Программирование динамических Web-страниц

Основная идея динамической генерации Web-страниц заключается в том, что большая часть HTML-страницы не хранится в файле на сервере, а порождается непосредственно каждый раз при обращении клиента к серверу. Тогда сервер формирует страницу и сразу же по готовности передает ее клиенту. Таким образом, всякий раз при новом обращении клиент получает новый текст HTML, и не исключено, что тексты могут значительно различаться между собой даже при обращении к одному и тому же серверу.

Вопрос только в том, как обеспечить динамическую генерацию HTML-кода на стороне сервера.

Самое очевидное решение заключается в том, чтобы разработать некоторый исполняемый файл (приложение), который будет динамически строить новый HTML-код. Тогда на вход такого исполняемого файла поступают некоторые па­раметры (например, данные, которые пользователь ввел в форме или командной строке), а на выходе он должен порождать HTML-код в виде текста. Для этой цели служат специальные приложения, называемые CGI-приложениями.

CGI (common gateway interface, общедоступный шлюзовой интерфейс) – это ин­терфейс для запуска внешних программ на сервере в ответ на действия клиента, установившего соединение с ним через глобальную сеть. Пользуясь этим интер­фейсом, приложения могут получать информацию от удаленного пользователя, анализировать ее, формировать HTML-код и отсылать его клиенту. CGI-приложения могут получать данные из заполненной формы, построенной с помощью HTML, либо из командной строки описания URL (universal resource locator, универсальный указатель ресурса). Строка URL вводится в программе-навигаторе, осуществляющей доступ к серверу со стороны клиента через глобальную сеть по протоколу HTTP. To, какие CGI-приложения по каким действиям пользователя должны выполняться на сервере, указывается непосредственно в коде HTML-страницы, которую сервер передает клиенту.

Кроме интерфейса CGI существуют и другие варианты интерфейсов, позволяю­щие динамически создавать HTML-код путем запуска на сервере приложений в ответ на действия клиента. Например, можно выделить интерфейс ISAPI (Internet server application programming interim интерфейс прикладных программ Интернет-сервера). Отличие ISAPI от CGI заключается в том, что для поддержки CGI создаются отдельные приложения, выполняющиеся в виде самостоятельных программ, а ISAPI поддерживается с помощью библиотек, динамически подключаемых к серверу. ISAPI-библиотеки исполняются непосредственно в адресном пространстве сервера, имеют большие возможности и обеспечивают более высокую производительность сервера, в то время как CGI-приложения исполняются в ОС сервера как отдельные процессы и вынуждены определенным образом организовывать обмен данными с самим сервером (что снижает производитель­ность). Но, с другой стороны, ошибка в библиотеке ISAPI может привести к выходу всего сервера из строя и его длительной неработоспособности. В то же вре­мя ошибка в коде CGI-приложения может, в худшем случае, привести только к аварийному завершению выполнения этого приложения, а сам сервер при этом сохранит работоспособность. Тогда в результате ошибки будет неверно отображена только какая-то одна HTML-страница либо часть страницы, а все остальные части сервера будут продолжать исправно работать.

Современные системы программирования, в том числе и те из них, что были рассмотрены в качестве примеров в данном пособии, позволяют создавать приложе­ния и библиотеки, рассчитанные на работу в глобальной сети в соответствии со стандартами CGI или ISAPI. При этом создание исходного кода приложения практически ничем не отличается от создания обычной исполняемой программы, компилятор по-прежнему порождает объектные файлы, но компоновщик со­бирает исполняемый файл или библиотеку с учетом того, что они будут испол­няться в архитектуре сервера глобальной сети. Функции загрузчика выполняет ОС по команде сервера либо сам Интернет-сервер.

Этот метод удобен, но имеет один серьезный недостаток: при изменении содержимого динамической HTML-страницы или же при изменении логики ее реакции на действия Интернет-клиента требуется создать новые код CGI или ISAPI-приложения. А для этого нужно выполнить полностью весь цикл построения ре­зультирующей программы, начиная от изменения исходного кода, включая ком­пиляцию и компоновку. Поскольку содержимое Web-страниц меняется довольно часто (в отличие от обычных программ), то такой подход нельзя признать очень эффективным. Кроме того, может потребоваться перенос Интернет-серве­ра с одной архитектуры вычислительной системы на другую, а это также потребует перестройки всех используемых CGI-приложений и ISAPI-библиотек.