informatyka
Nr 10
M ie s ię c z n ik Rok X X I P a ź d z ie rn ik 1987
Organ K om itetu
N aukow o-T echnicznego NOT ds. Informatyki
K O L EG IU M R E D A K C Y JN E :
D r lnż. W a c ła w IS Z K O W S K I, m g r T e re s a JA B Ł O Ń S K A ( s e k r e ta r z r e d a k c ji), W ła d y s ła w K L E P A C Z ( re d a k to r n a c z e ln y ), d r ln ż . M a re k M A C H U K A , M a ria P A W L A K ( s e k r e t a r z r e d a k c ji) , m g r i n i . J a n RY ŻK O , d r I n i . W ik to r R Z E C Z K O W S K I, m g r H a n n a W Ł O D A R S K A , d r In i. J a - n n sz Z A L E W S K I (z a stę p c a re d . n a c z e l
nego)
P R Z E W O D N IC Z Ą C Y RA D Y P R O G R A M O W E J:
P ro f. d r h ali. J u liu s z L ech K U L IK O W S K I
M a te ria łó w n ie z a m ó w io n y c h r e d a k c ja n ie z w ra c a
R e d a k c ja : 01-517 W a rsz a w a , ul. M ic k ie w icza 18 m . 17, te). 3B-14-34
Z a k ł. G r a f. „ T a m k a " .. Z a m . 0673-1300/87.
O b j. 4,0 a r k . d r u k . N a k ła d 8300 egz. K-81
ISSN 0542-9351. IN D E K S 3G124
C e n a e g z e m p la rz a 150 zł P r e n u m e r a ta r o c z n a 1800 zł
WYDAWNICTWO
SIGMA
00-950 Wars2awa skrytka pocztowa 1004
ul. Biała 4
W NUMERZE: Strona
S p ecy fik a cje a p ro g ra m y
C liff B. Jones i
Z arzą d za n ie ro zp ro szo n y m i d a n y m i — p rz e g lą d p ro b le m a ty k i
W itold S ta n is zkis (i)
5 M U LTIC O M P — sy stem ro z w ią z y w a n ia z a d a ń m e to d ą p rze szu k iw a n ia drzew (2)
Piotr Z ielc z y ń s k i 8
P o d sta w y g ra fik i w ję zy k u T u rb o P a sc a l (3). Z a rz ą d z a n ie ok n am i i g ra fik a żółw ia
Ja n B ielecki 11
W o rd sta r 3.30 — zasady d z ia ła n ia i sposób u ż y tk o w a n ia (2)
S ta n is ła w a Ossow ska 15
Ję z y k C — p ro g ra m o w a n ie o p e ra c ji w ejścia~wyjścia_
Ja n Bie lecki 17
W prow adzenie do p ro g ra m o w a n ia w ję zy k u a s e m b le ra IBM O prać. Graboicicz
PC (2)
19 P rz y k ła d w ielozadaniow ości w A dzie
O prać. M. K u c 23
TERMINOLOGIA 24
S ło w n ik IB M PS/2
Z KRAJU 25
II W alny Z jazd P o lskiego T o w a rz y stw a In fo rm a ty cz n eg o
ZE ŚW IATA 27
K rzem ow y F o rth , czyli p rocesor N O V IX NC 4000
POGLĄDY 31
P ro c eso ry In te la — in n y p u n k t w id zen ia
W N A JB L IŻ S Z Y C H N U M E R A C H :
9 K a z im ie rz B ie ń k o w s k i o s y s te m a c h p r z e tw a r z a n ia te k s tó w
® Z d z isła w P ło sk i o w ła ś c iw o śc ia c h ję z y k a a w k
© M ie c z y sła w K ło p o te k o m a s z y n o w y m tłu m a c z e n iu te k s tó w
• T a d e u s z K u r o c z y c k i o m ik ro k o m p u te r o w y m p ro c e s o rz e te k s tó w d a k to r 2000”
p o d n a z w ą „ R e -
• Z d z isła w P ło sk i o w ła ś c iw o śc ia c h i m o ż liw o śc ia c h z a s to so w a ń C h iw r ite r
p r o c e s o ra te k s tu
• W ła d y s ła w G ą s io re k o p e w n y c h p ro b le m a c h k o n s t r u k c j i i o p r o g ra m o w a n ia m o w e g o d la M e ry 300
sy s te -
CLIFF B. JONES Departm ent of Computer U niversity of Manchester Wielka Brytania
P ie rw sz a w e r s ja a r t y k u ł u z o s ta ła p r z e d s ta w io n a p o d c z a s S z k o ły J e s ie n n e j P T I , »W spółczesne k i e r u n k i r o z w o ju in f o r m a t y k i ” — M rą g o w o , 3—7 lis to p a d a
198G r. i
iP m T f Specyfikacje a programy (1)
W artykule om ówiono niektóre pojęcia zw iązane z ję zykam i specyfikacji. N ależy przy tym m ieć na uwadze istot- tne rozróżnienie m iędzy specyfikacją a im plem entacją, n a
w et jeśli notacja użyta do zapisu projektu jest m ieszaniną języka im plem entacji i języka specyfikacji. Rozważania w tym artykule koncentrują się na podejściu VDM (ang, Vienna D evelopm ent Method), opartym na obowiązku prze
prowadzenia dowodów w kolejnych etapach projektow ania, tj. podczas ukonkretniania danych i dekom ponowania ope
racji. Podejście takie przeciw staw ia się innym , w których język im plem entacji i język specyfikacji są połączone w jedną całość.
K o n stru o w a n ie w ięk szy ch system ów k o m p u te ro w y c h w iąże się z w ielo m a p ro b lem am i. N iek tó re z n ic h m ożna rozw iązać p rz y użyciu m etod fo rm a ln y c h . T e rm in „m etody fo rm a ln e ” o d n o si się tu do użycia n o ta c ji m a te m a ty c z n e j w sp e cy fik ac ja ch o raz do użycia ta k ic h sp e cy fik ac ji jako p o d sta w y w b udow ie p o p ra w n y c h p ro je k tó w system ów k o m p u te ro w y c h . A rty k u ł te n je s t pod w ielo m a w zględam i rozszerzonym streszc zen iem k sią żk i [11], k tó ra p rz e d sta w ia m etodę VDM w zasto so w a n iu do k o n stru o w a n ia o p ro g ra m o w an ia (m etoda VDM je s t też sto so w a n a w p ra c a c h nad ję zy k a m i p r o g ra m o w a n ia [2]).
N ie pow in n o budzić w ątp liw o ści, że m eto d y fo rm a ln e m ogą w p ły n ąć n a znaczną re d u k c ję liczby b łę d ó w w tw o rz e n iu o p ro g ra m o w an ia . P ro b le m efe k ty w n o ści p rocesu p ro d u k cy jn e g o p rze d staw io n o sch em a ty cz n ie n a ry s u n ku. W idać n a nim , ja k g w ałto w n ie w z ra s ta k o szt u s u n ię cia b łę d u w zależności od czasu, k iedy te n b łą d zo sta
n ie w y k ry ty . P o n a d to , b łę d y w y k ry te w dalszych e ta p a c h p rocesu p ro d u k c y jn e g o w y n ik a ją n a ogół z błędów p o p e ł
nionych w e w czesnej fazie p ro je k to w a n ia . P rz e z d o sta te c z nie w czesne za p ew n ie n ie w p e łn i fo rm a ln e j k o n tro li p o p raw n o ści p o d ję ty c h decyzji p ro je k to w y c h , za p ew n ia się jednocześnie w ięk szą e fe k ty w n o ść całego p ro c e su p ro d u k cji o p ro g ra m o w a n ia [9].
S ą trz y m n ie j lu b b a rd z ie j ro złączne p o d ejścia do fo r m alnego k o n stru o w a n ia o p ro g ra m o w an ia . K ażde z n ic h w y chodzi z fo rm a ln e j sp e cy fik ac ji ż ą d an e j f u n k c ji • p ro g ra m u i w y k o rz y stu je fo rm a ln ie dow odzone p rze jścia, k tó re w iążą p ro g ra m z p o d a n ą sp e cy fik ac ją .
• Specyfikacja-p rojek t-w cryfik acja. S p ecy fik a cje pisze się w o d m ie n n y m ję z y k u sp e cy fik ac ji, p ro je k t n a to m ia s t (i kod , p ro g ra m u ) — w zw y k ły m ję z y k u im p le m e n ta c ji. P o p ra w ność p r o je k tu je s t z a p ew n io n a p rz e z sp e łn ie n ie określo n y ch o b ow iązków p rz e p ro w a d z e n ia dow odów . P o d ejśc ie to je s t
sto so w an e w m e to d zie VDM.
• Transform acja. „ S p e c y fik a c ja ” je s t w y k o n a ln ą f u n k cją, w k tó re j g łó w n y n a c isk je s t położony n a je j p rz e j
rzy sto ść (w yk o n an ie f u n k c ji je s t n a ogół zu p e łn ie n ie e fe k tyw ne). B a rd z ie j e fe k ty w n ą im p le m e n ta c ję o trz y m u je się przez ciąg sy n ta k ty c z n y c h p rz e k sz ta łc e ń (z n ie k tó ry m i z n ic h w iąże się o bow iązek dow odzenia p o p raw n o ści ich zastosow ania). N a jb a rd z ie j zn a n y m p rz y k ła d e m tak ieg o p o d ejścia je s t p r o je k t C IP [5].
• K onstruktyw na m atem atyka. W ty m podejściu sp e cy fi
k a c ję u w a ż a się za tezę tw ie rd z en ia , a p ro g ra m u zy sk u je się z k o n stru k ty w n e g o dow odu tego tw ie rd z e n ia [6].
W m etodzie VDM w y k o rz y stu je się głó w n ie sp e c y fik a cje u k ie ru n k o w a n e n a m odele (ang. m o d e l-o rie n te d specifi
cations). W n a s tę p n y m p u n k c ie om ów iono n a ich tle specy
fik a c je u k ie ru n k o w a n e n a w łaściw ości (ang. p ro p e rty -o rie n ted specifications), a ta k że o b sz ary za sto so w a n ia ob u ty c h m etod. O p erac je sp e cy fik u je się zarów no p rzez w a r u n k i w yjściow e (ang. postco n d itio n ) sta n ó w p o cz ątk o w y c h i k o ń cow ych, ja k i p rz e z (odm ienne) w a ru n k i w ejściow e tych sta n ó w (ang. p rec o n d itio n ). W p u n k c ie p n . „M odele a b s tra k c y jn e ” pokazano, w ja k im sto p n iu sp e c y fik a c je u k ie r u n k o w a n e 'n a m odele m ogą być pom ocne w o p an o w a n iu a rc h ite k tu ry sy stem u . W p u n k c ie „E tap y ro z w ija n ia sp e
c y fik a c ji” (cz. 2) przytoczono szerszy p rz y k ła d ilu s tru ją c y różne a s p e k ty p o d ejścia system aty czn eg o do p ro je k to w a n ia m e to d ą VDM. P rz y k ła d y p o d an o bez fo rm a ln y c h dow odów . O sta tn i rozd ział p rz e d sta w ia ró żn ice p om iędzy VDM a in n y m i m e to d am i.
■ t Sm
1
i
C lU I J o n e s z e tk n ą ł się z t e c h n ik ą k o m p u te r o w ą w 1960 r o k u p o d e jm u ją c p r a c ę , b e z p o ś re d n i o p o sz k o le ś r e d n i e j , p r z y k o m p u te r a c h i i r m y L e o . W c ią g u n a s tę p n y c h p ię c iu l a t k i l k a k r o t n ie z m ie n ia ł z a ję c ie , z d o b y w a ją c d o św ia d c z e n ie w te c h n ic e o b lic z e n io w e j, b a d a n ia c h o p e . r a c y j n y c h i p r o g ra m o w a n iu s y s te m o w y m , w 1965 r o k u p o w ró c ił d o p r a c y w f ilm ie IBM , w H u r s le y L a b o r a to r ie s . P r a c u j ą c w l a b o r a t o r i u m te s to w a n ia w y r o b ó w i o p r a c o w u ją c n a r z ę d z ia te s tu j ą c e (Ja k n p . a u to m a ty c z n e g e n e r a t o r y te s tó w ) p r z e k o n a ł się o b e z s k u te c z n o ś c i te s to w a n ia (!).
W 19G8 r o k u z o s ta ł p rz e n ie s io n y d o w ie d e ń s k ie g o l a b o r a t o r i u m IB M , g d z ie p o d ją ł b a d a n ia n a d o p a r t ą n a ję z y k u V D L (a n g . V ie n n a D e v e lo p m e n t L a n g u a g e ) d e f in ic ją ję z y k a P L /I ja k o p o d s ta w ą d o p r o j e k t u k o m p ila to r a . C h o ć s k u te c z n e p o d w z g lę d e m te o r e ty c z n y m ; o p ra c o w a n ie to z o sta ło n ie p o tr z e b n ie s k o m p lik o w a n e p r z e z u ż y c ie s e m a n ty k i o p e r a c y jn e j.
W l a t a c h 1970—72 p o w ró c ił d o H u r s le y , g d z ie p r ó b o w a ł w p r o w a d z ić n o w y s t y l d o s e m a n ty k i i sto s o w a ć m e to d y f o r m a ln e w In n y c h d z ie d z in a c h n iż tw o r z e n ie k o m p ila to ró w . K o r z y s ta ją c z m o ż liw o śc i u tr w a le n ia z w ią z k ó w z W ie d n ie m , m ia s te m m u z y k i 1 m e to d f o r m a ln y c h , z r e z y g n o w a ł z d a ją c e g o d u ż o s a t y s f a k c j i k ie r o w a n ia g r u p ą d s. n o w o c z e sn e j te c h n o lo g ii, w c ią g u n a s tę p n y c h tr z e c h l a t m ia ł u d z ia ł w „ w y k u w a n iu ” m e to d y V D M , p o w s ta ją c e j z m ie s z a n k i te o r e ty c z n y c h id e i i r z e c z y w is ty c h p o tr z e b .
T e n o k rp s p r a w d z iw e j e k s c y ta c ji w je g o ż y c iu m in ą ł z c h w ilą w y c o f a n ia z u ż y c ia k o m p u t e r a d o c e lo w e g o d la k o m p ila to r a . M o ż liw o ść p is a n ia k o d u a s e m b le ro w e g o d la n a r z ę d z i u ż y t k o w y c h n ie m o g ła z a tr z y m a ć d łu ż e j C liffa w W ie d n iu . N a s tę p n y m p r z y s ta n k ie m w Jego k a r ie r z e b y ł I n s t y t u t E S R I w B r u k s e li, g d z ie w y k ła d a ł m e to d y f o rm a ln e . P o sp ę d z e n iu ta m tr z e c h l a t, n a p is a n iu d w ó c h k s ią ż e k 1 p ó ź n ie js z y m o p u b lik o w a n iu k ilk u a r ty k u łó w C liff u z n a ł, i e n a d s z e d ł c zas, a b y w y p e łn ić lu k ę w ż y c io r y s ie . P rz e n ió s ł się d o O x f o rd u , g d z ie p o d o p ie k ą T o n y H o a r e ’a r o z p o c z ą ł p r a c ę n a d d o k t o r a t e m n a t e m a t m e to d f o r m a ln y c h w p r o g r a m o w a n iu r ó w n o le g ły m , w 1981 r o k u o b j ą ł K a te d r ę I n f o r m a ty k i (C o m p u tin g S c ie n c e ) n a U n i
w e r s y te c ie w M a n c h e s te r . (Zal.)
I n jo r m a ty k a n r 10, 1937 1
TY PY DANYCH
Is tn ie ją dw ie ró żn e szkoły sp e cy fik ac ji ty p ó w danych.
S ą to p o dejścia: ukierunkow ane na w łaściw ości i ukierun
kow ane na m odele. O ba p o d ejścia są stosow ane i — odpo
w iednio uży te — w za jem n ie się u zu p e łn ia ją . P rzykładow o, w opisie p ro steg o ty p u dan y ch , np. skończonych zbiorów liczb n a tu ra ln y c h , sy g n a tu ra o p e ra to ró w m oże być n a s tę p u ją c a :
e m p ty : -> S eW add: N X S e tN -> SetN is-e m p ty : S e tN -h>- B is-m em b : N X S e tN B
Pow yższe o p e ra to ry u m o ż liw ia ją u tw o rze n ie te rm ó w p o sta ci:
a d d ^3, a d d ( 5 , e m p t y ( ) ) ) lu b tw ie rd z eń ta k ic h jak : i s - m e m b ^5 , ( a d d ( 3, a d d (5 , e r n p t y ( ) ) ) ) |
O czyw iście m ożna by w p ro w a d zić sta n d a rd o w y , in fikso- w y sym bol e z a m ia st is-m em b, co w y m ag a ło b y n iezn acz
n ej ty lk o zm iany w sposobie p rz e d sta w ia n ia sy g n a tu r. Ale sy g n a tu ra je s t tylko częścią sy n ta k ty c z n ą opisu ty p ó w d a n ych. P o d staw o w a różnica m iędzy opisem u k ie ru n k o w a n y m n a m odele a opisem u k ie ru n k o w a n y m n a w łaściw ości w y n ik a ze sposobu p rz e d sta w ie n ia se m an ty k i. W opisie u k ie ru n k o w a n y m n a w łaściw ości znaczenie o p e ra to ró w je st u sta lo n e p rz e z r ó w n o ś c i'). K luczem do u tw o rze n ia tych ró w ności je s t —■ w pow yższym p rzy k ła d zie — fa k t, że w szy stk ie zbiory skończone m ogą być utw o rzo n e za p o m ocą o p e ra to ró w em p ty i a d d v Ł a tw o w ięc s c h a r a k te ry zow ać te o p e ra to ry , k tó re d o sta rc z a ją w arto śc i w ty p ach w idocznych zew nętrznie (np. liczby n a tu ra ln e i w arto ści boolow skie).
P rzy k ład o w o , rów ności:
is-em pty(em ptyO ) = tru e is-em pty(add(i,s)) = false
o b e jm u ją po n iek ąd oczyw iste w łaściw ości o p e ra to ra is- -em p ty . P o dobnie o p e ra to r is-m e m b m oże być o pisany ró w nościam i:
is-m em b(i,em pty()) = false
is-m em b(i,add(j,s)) = ( i = j V is-m em b(i,s))
P o d a n y tu p rz y k ła d je s t b ard z o p ro sty , ale um ożliw ia om ów ienie m ocnych i słabszych stro n sp e cy fik ac ji u k ie ru n k o w an y c h n a w łaściw ości. N a jb a rd z ie j oczyw istą z a le tą tej sp e cy fik ac ji je s t to, że n ie o d w o łu je się ona do p o d s ta w ow ych, zd efin io w an y ch p ie rw o tn ie ty p ó w dan y ch . W rz e czyw istości, rolę m o d elu o d g ry w a ją tu p o p ra w n e te rm y (algebry słów) w y p ro w ad zo n e z g en e ra to ró w . B ard ziej su b te ln a korzyść w y p ły w a stąd , że cała k o n ce p cja je s t o p a r
ta n a g ałęz i m a te m a ty k i (tzn. algebrze), z a jm u ją c e j się p o ję cia m i zw iązanym i z ty p a m i d an y ch . N iek tó ry m i z tych p ojęć są: sygnatury, sorty, rów ności i m odele. U ogólnienia poszczególnych ty p ó w d a n y c h (jak np. S e tN n a typ zbiorów skończonych p a ra m e try z o w a n y ty p e m elem entów ) doko
n u je się sto su ją c sp e cy fik ac je u k ie ru n k o w a n e n a w łaści
w ości.
O w yborze m iędzy sp e cy fik ac ją u k ie ru n k o w a n ą n a w łaś
ciw ości a u k ie ru n k o w a n ą n a m odele p o w in n y zadecydo
w ać p rz e sła n k i p rag m a ty cz n e. N ależy je d n a k dostrzec p e w ne. te ch n ic zn e tru d n o śc i zw iązane z opisem u k ie ru n k o w a n y m n a w łaściw ości. W p rz y k ła d z ie ze zbiorem SetN w szy stk ie o p e ra to ry są całkow ite. M a jąc z a d an ie zdefinio
w a n ia ciągów liczb n a tu ra ln y c h , o p e ra to r się g an ia p o p ie rw szy e le m e n t lis ty (hd) p o w in ie n być o p e ra to re m częścio
w ym . O p e ra to ry częściow e p o ja w ia ją się b ard z o często w obliczeniach i p o d sta w o w e znaczenie m a sposób, w ja k i ich się używ a. Z w iązan e z ty m p ie rw sz e znaczące podejście do p o słu g iw a n ia się a lg e b ra m i b łęd ó w [8] było m n ie j niż sa ty sfa k c jo n u ją c e . B ard ziej a k tu a ln e podejście (np. [4]) p ełn iej o b e jm u je p ro b le m o p e ra to ró w częściow ych.
■) Z u ż y c ie m ta k ic h r ó w n o ś c i a lg e b r a ic z n y c h w ią ż ą się s z e rz e j s t o s o w a n e n a z w y te g o p o d e jś c ia : s p e c y f ik a c je ró w n o śc io w e , p r e z e n t a c j e a lg e b r a ic z n e lu b n a w e t s p e c y f ik a c je a lg e b r a ic z n e . T a o s t a t n ia n a z w a j e s t n ie c o n ie w ła ś c iw a , g d y ż o b e jm u je z a ró w n o p r e z e n to w a n ie m o d e lu lic z b w y m ie r n y c h , ja k i p o d a n ie w te k ś c ie a lg e b r a ic z n y m a k s jo m a tó w lic z b n a t u r a l n y c h (p o r. [12]).
In n a tru d n o ść je s t zw ią za n a z p y ta n ie m o interpretacje ta k ich rów ności 2). W ybór in te rp re ta c ji początkowej, luźnej czy końcowej je s t -problem em zb y t tech n iczn y m , aby go tu dokonać.- R ozdział 9.2 k sią żk i [11] za w ie ra k ró tk ie om ó
w ien ie p o trze b y w p ro w a d ze n ia d o d atk o w y ch o p era to ró w lu b ró w ności ■*w p o d ejściu koń co w y m i p o cz ątk o w y m w ce
lu za p ew n ie n ia o dpow iednich u to żsam ień . S zerszy opis p r o b le m u z n a jd u je .ś ię np. w [1] lu b [7].
Dużo głęb szy p ro b le m w y n ik a stą d , że n ie w szystko m oż
n a w yrazić p rze z sp e cy fik ac ję u k ie ru n k o w a n ą n a w łaści
w ości. Od d a w n a w iadom o, że p ew n y c h ty p ó w d an y c h nie m ożna sc h a ra k te ry z o w a ć skończonym zb io rem rów ności.
W ypływ a stąd konieczność sięgnięcia po tzw. funkcje ukryte (ang. h id d e n functions). Z w iązek pom iędzy tym i fu n k c ja m i a m o delem je s t in te re su ją c y m te m a te m b a d a w czym . O becność fu n k c ji u k ry ty c h o słab ia g łów ną zaletę sp e cy fik ac ji u k ie ru n k o w a n e j n a w łaściw ości; ideał, w k tó ry m typ dan y ch m oże być zro z u m ian y je d y n ie z użyciem jego o p e ra to ró w (funkcji) i zw iązków m iędzy nim i, sta je się n ie o sią g aln y , gdy trz e b a w p ro w ad zić now e fu n k c je opi
su ją ce p e w n e zw iązki w ew n ętrz n e. ■
W arto te ra z za ją ć się p y ta n ia m i p ra k ty c z n y m i, ta k im i ja k decyzja o w yborze m iędzy opisem u k ie ru n k o w a n y m n a w łaściw ości a opisem u k ie ru n k o w a n y m n a m odele przy opisie ty p ó w d an y ch . M ożna rozróżnić ty p y d an y ch , takie ja k SetN, k tó ry nie m a żadnego oczyw istego s ta n u , czy ta k ie ja k b a z a d an y ch , m a ją c e o p e r a c je 3), k tó ry c h w y k o n a n ie a k tu a liz u je sta n bazy. Rzeczyw iście, b io rąc n a p r z y k ła d stos (Stack) — n ie m a l sta n d a rd o w y p rz y k ła d sp e cy fi
k ac ji ty p u dan y ch — w sposób n a tu ra ln y w p ro w a d za się po jęcie sta n u . M ożna zam askow ać te n f a k t p rz e d sta w ia ją c
s y g n a tu rę w postaci:
e m tp y : -* S tac k
push: X X S ta c k -> S tac k top: S ta c k -* X
rem o v e: S tac k S tac k is-em p ty : S ta c k -> B
Z o sta ły tu je d n a k rozdzielone d w ie o p era cje (top i re m o ve) tw o rzą ce zazw yczaj p o je d y n cz ą o p e ra c ję P O P , k tó re j e fe k te m ubocznym je s t zm ian a s ta n u stosu, a w y n ik ie m — ż ą d a n a w arto ść . N ie m a szczególnych pow odów , d la k tó ry ch -nie m ożna b y rozszerzyć opisów w łaściw ości ta k , aby o b ję ły sy g n a tu ry z w ięcej niż je d n y m w y n ik ie m 4) (np.
[13]). N a p e w n o je d n a k nie da się w ów czas ró w n ie ele g a n cko p rz e d sta w ić o dpow iednich ¿równości.
A lte rn a ty w n y sposób sp e cy fik o w an ia u k ie ru n k o w a n y na m odele tr a k tu je k ażd ą z o p e ra c ji oddzielnie. K ażd ą o p e ra cję c h a ra k te ry z u ją dw a k ie ru n k i, w ejściow y i w yjściow y, i nie m a żadnych tru d n o śc i w o p ero w an iu p o ję cie m sta n u . S to su ją c sp e cy fik ac ję u k ie ru n k o w a n ą n a m odele n a p o ty k a się, je d n a k n iebezpieczeństw o „p rz esp e c y fik o w a n ia ”. P ro b le m te n opisano w [10] i [11] ja k o orientację na realiza
cję (ang. im p le m e n ta tio n bias). P o d an o ta m te s t u sta la ją c y , czy ro z p a try w a n y s ta n nie w y k a z u je ta k ie j o rien tacji.
W iele o p e ra c ji d e fin iu je się w o d n ie sie n iu do sta n u . S ta n k o n s tru u je się ja k o k o m b in a cję zn a n y ch typów . W ra c a ją c do p rz y k ła d u stosu, p o d sta w o w y s ta n m ożna zd efinio
w ać ja k o ciąg ele m e n tó w X. W ów czas o p era cję P O P m oż
n a w yspecyfikow ać jak o : P O P () r : X
e x t w r s t : seq of X p re st t* [ ]
post r = hd st A st = tl st
K la u z u la e x t id e n ty fik u je o b iek ty , do k tó ry c h o p e ra c ja m a dostęp . W ty m w y p a d k u rozw aża się ty lk o je d n ą zm ienną, gdyż sta n je s t bardzo p ro sty . W w iększych p rz y k ła d a c h sam o w y p isa n ie p o trze b n y ch zm ien n y ch p ro w a d z i do tzw.
„problem u b u d o w y ” (ang. „fram e p ro b le m ”). L epszą c h a r a k te ry s ty k ę p o te n c ja ln y c h w y n ik ó w o p e ra c ji u zy sk u je się przez o d ró żn ien ie d o stę p u z p ra w e m odczytu (rd) od do
!) W iąże się 2 ty m p y ta n ie : co się s ta n ie , g d y n ie m a d o g o d n e g o z b io r u o p e r a to r ó w g e n e r a to r ó w ?
s) U ż y c ie t e r m in u o p e r a c je z a m ia s t o p e r a t o r y m a na c e lu p o d k r e ś le n ie r o li e f e k tó w u b o c z n y c h .
*) W w y p a d k u w y s tę p o w a n ia n ie d e te r m in iz m u p r ó b a ro z d z ie le n ia o p e r a c j i n a f u n k c je d a ją c e p o je d y n c z e w a r to ś c i je s t n ie p o p r a w n a .
2
stę p u z p ra w e m o d czy tu i zap isu (\vr). W a ru n e k w ejścio w y je s t p re d y k a te m s ta n u i og ran icza liczbę w ypadków , w k tó ry ch m ożna zastosow ać o p e ra c ję (im p le m e n tu ją c P O P należy p o m in ąć sta n y , w k tó ry c h st je s t ciągiem p u s
tym ). W a ru n ek w yjściow y je s t p re d y k a te m dw óch s ta n ów — o p isu je zw iązek sta n u p rzed w y k o n an ie m o p era cji ze sta n e m po je j w y k o n an iu . N ależy tu rozróżnić dw ie w arto śc i tej sam ej (zew nętrznej) zm ien n ej. M ożna p rz y ją ć ró żn e k o n w en cje; w [11] w arto śc i sta re g o sta n u są w y
różnione ' k re sk ą z h ac zy k iem um ieszczoną n a d nazw ą s ta n u 5) (st) ?
T ak ą sp e cy fik ac ję o p era cji m ożna p rze d sta w ić w b ard z iej fu n k c jo n a ln e j p o staci:
P O P : seq of X ^ seq of X X X y s te s e q of X -pre-O P(st) =>
g s t e seq o f X , r e X - O P ( s i ) = ( s t , r ) A V s t e s e q of X , r e X -
O P ( s t ) = ( s t , r) = > t — lid s t A s t = tl s t
Z pow yższej sp e cy fik ac ji w y n ik a, że o p e ra c ja kończy w y
ko n an ie d la każdego sta n u sp e łn ia jąc eg o w a ru n e k w ejścio w y (oznacza to c a łk o w itą p o p raw n o ść specy fik acji). W tym a rty k u le posłużono się b ard z iej sc h em a ty cz n y m sty lem sp e
c y fik a cji niż w m etodzie VDM. W ydzielenie w a ru n k u w e j
ściow ego w sp e cy fik ac ji w y n ik a z p rz e sła n e k p ra g m a ty c z nych. O p erac je częściow e bard zo często w y stę p u ją podczas k o n stru o w a n ia o p ro g ra m o w an ia i w a ru n k i w ejściow e o k re ś
la ją założenia dotyczące dziedzin tych op eracji. B ardziej złożone p rz y k ła d y w yk ażą p e łn ą p rz y d a tn o ść w a ru n k ó w w yjściow ych. Do za le t sp e cy fik ac ji u k ie ru n k o w a n e j n a m o
dele m ożna zaliczyć m .in. to, że:
• istn ie je m ożliw ość sp e cy fik o w an ia o p e ra c ji n ie d e rm in i- stycznych;
• często w ygodnie sp e cy fik u je się w y n ik p rze z k o n iu n k c ję różnych w łaściw ości — dzięki te m u dużo ła tw ie j je s t opi
sać w ynik, niż go w p ro st o trzy m ać;
• p odobny w y n ik d aje zastosow anie zaprzeczenia;
• często ła tw ie j sp e c y fik u je się o p e ra c ję p rz e z o p era cję o d w ro tn ą.
Z arów no częściow ość ja k i n ie d e te rm in iz m °) stw a rz a ją p ro b le m y p rz y sto so w an iu te c h n ik sp e cy fik ac ji u k ie ru n k o w an y c h n a w łaściw o ści' (por. [13]).
W adą sp e cy fik ac ji u k ie ru n k o w a n e j n a m odele p rz e z w a r u n k i w ejściow e i w yjściow e je s t m ożliw ość sp e cy fik o w a n ia o p e ra c ji n ie im p le m e n to w a ln y c h (np. obliczenie p a rzy ste j liczby p ie rw sz ej w iększej od 10). P o ja w ia się tu p ie rw sz y z w ielu obow iązków dow odzenia (ang. pro o f o b li
g ations), sta n o w iąc y ch n ieo d łączn ą część m e to d y VDM. O pe
ra c ja (tj. PO P) je s t im p lc m c n to w a ln a tylk o w ted y , gdy:
V ste seq of X -pre-POP (st) =>
3 s te s e q of X, r 6 X -p o st-P O P (st, st, r)
O bow iązki dow odzenia nie są n o rm a ln ie p rz e d m io te m f o r m alnego dow odu, ale p rz y p o m in a ją , że in fo rm a c ja o typie, w a ru n e k w ejściow y i w a ru n e k w yjściow y w sp ó ln ie d ec y d u ją o tym , czy o p e ra c ja je st im p le m e n to w a ln a .
MODELE ABSTRAKCYJNE
J a k ju ż w cześniej w spom niano, w sp e cy fik ac ja ch u k ie ru n k o w a n y c h n a m odele k aż d a z o p e ra c ji m oże być ro z w a ż a n a oddzielnie. W p u n k c ie tym w ykazano, że jeszcze p rze d ro zw aż an ie m o p e ra c ji m o ż n a w y k o rz y sta ć s tr u k tu r ę sta n u do b a d a n ia a rc h ite k tu ry sy stem u .
N iech za d an ie p olega n a zb u d o w an iu p ro je k tu i specy
fik a c ji sy stem u plik ó w . M ożna tu zan ied b ać w e w n ę trz n ą s tru k tu r ę p lik u F ile (może to być ciąg b ajtó w ). P lik i m a ją sw oje nazw y (Name) um o żliw iające dostęp. N ajp ro stszy sy stem p lik ó w m o żn a zd e finiow ać ja k o o d w zorow anie:
T riv ia l = m ap N am e to F ile
!) Z e w z g lę d ó w te c h n ic z n y c h z n a n y c h C z y te ln ik o m I n f o r m a ty k i n ie m o ż n a w p ro w a d z ić t e j n o ta c ji w te k ś c ie . D la te g o o d p o w ie d n ie s ta n y o z n a c z o n o z w y k łą k r e s k ą ( p rz y p . re d .).
s) I n t e r e s u j ą c e p o d e jś c ie d o i n t e r p r e t a c j i c z ę ś c io w y c h o p is a n o w a r t y k u l e [4J. O p e r u je się w n im p o ję c ie m f u n k c j i p o d d te r m in i- s ty c z n e j (a n g u n d e r - d e te r m in e d ) , a le n ie n ic d e r m in is ty c z n e j. P o tr z e b a te j o s ta tn ie j — n a w e t p r z y im p le m e n ta c ji d e te r m in is ty c z n e j — w y n ik a ze z m ia n y ró w n o ś c i n a ró ż n y c h p o z io m a c h a b s tr a k c ji.
T w o rzen ie odw zorow ań, ta k ja k tw o rze n ie zbiorów czy cią
gów, je s t je d n y m ze sposobów b u d o w an ia o b ie k tó w zło
żonych w m etodzie VDM. T e ra z m ożna zdefiniow ać ope
ra c je p likow e: CR A TE, D ELETE i COPY. T rz e b a też z a u w ażyć, co je s t n iem ożliw e do zro b ien ia. Z w łaściw ości od
w zo ro w an ia w y n ik a, że d w a ró żn e p lik i nie m ogą m ieć tej sam ej nazw y. Z a te m w n a jp ro stsz y m sy stem ie p lik ó w ró ż
n i uży tk o w n icy n ie m ogą m ieć za p ew n io n y c h oddzielnych zbiorów nazw . S y stem n ie je s t d o stateczn ie bogaty, co d a je się zauw ażyć jeszcze p rze d sp e cy fik o w an ie m o p era cji.
O ddzielne zb io ry n az w m ożna utw o rzy ć p rzez z a g n ie ż dżone k a ta lo g i (ang. n ested d irec to ries). S ta n ta k w zboga
conego sy stem u p lik ó w m oże być o k reślo n y n a s tę p u ją c o : N ested fs ,= D ire c to ry
D irec to ry = m ap N am e to Node N ode = D ire c to ry u F ile
T ak i sy ste m u m ożliw ia ró żn y m u ży tk o w n ik o m k o rz y s ta nie z tych sam y ch nazw . S tru k tu r a k ata lo g ó w pod w ielo m a w zględam i p rzy p o m in a sy stem U n ix i je m u podobne.
K o n ce p cja w ęzła N ode dopuszcza w y stę p o w a n ie p lik ó w i k a talogów w ty m sa m y m k atalo g u .
T e ra z już m o ż n a o k reślić o p e ra c je n a N estedfs. R ozsąd
n ie będzie je d n a k spraw dzić, czego w ty m sta n ie zrobić nie m ożna. Nie m ożna dotrzeć do tego sam ego p lik u F ile p rzez ró ż n e n azw y ścieżek (ciągów nazw ). D opuszczenie do te go, ab y ró żn e n az w y ścieżek u d o stę p n ia ły te n sa m p lik , w y m ag a ponow nego ro zsz erze n ia p o ję c ia sta n u .
Is tn ie je w zględnie s ta n d a rd o w a m e to d a w p ro w a d ze n ia do sp e cy fik ac ji takiego m e ch a n izm u w sp ó łd z ielen ia .. Je śli w p ro w ad zi się w iąz an ie p o ś r e d n ie 7) F id :
S h a re d fs : : ro o t : D ire c to ry
file m : m a p F id to F ile D ire c to ry = m a p N am e to N ode N ode = D irec to ry U F id
to p lik m oże być u d o stę p n io n y tak , ja k pon iżej:
m k-Sharedfs({id1 |—>fidx,
ida |—>{idŁ |—»fid 2, id2 » fid j} , {fid! |—* file„, fid 2 |—> filet})
M ożna zdefiniow ać o p era cje . P ierw sza o p e ra c ja u d o stę p n ia z a w arto ść k ata lo g u :
D irs ta tu s = m a p N am e to {FILE, DIR}
S H O W () r : D irs ta tu s e x t rd d : D ire c to ry
post r = {nm |—> fif ił(nm) 6 D irectory then D IR else F IL E ) | nm 6 doin d}
In n a o p e ra c ja do d aje n o w y k a ta lo g do za w arto śc i ju ż ist
n iejącego:
K o s z ty i ro d z a je b łę d ó w
>) N o ta c ja o b ie k tó w z ło ż o n y c h p r z y p o m in a w V D M r e k o r d y w P a s c a lu . W ty m w y p a d k u :
S h a r e d f s =
{ m k - S h a re d f s (r o o t, file m ) | r o o t g D ir e c to r y a
f ile m g m a p F id to F ile }
3
M K D IR (n : N am e) e x t w r d : D ire c to ry p re n $ dom d
post d — d u {u |—»{} j
O p erac ja w sta w ia n ia now ego p lik u m a n a s tę p u ją c ą p o stać:
M K F IL E (n : N am e, i : File) e x t w r d : D irec to ry
w r 'f m : m a p F id to F ile post g fid e Fid •
fid £ dom fm A <1 = cl U {n |—>fid}
A fin " fm U {fid [—>f}
Z a in te re so w a n y C zyteln ik m oże zdefiniow ać inne o p era cje (np. u su w an ia) n a poziom ie k a ta lo g u D irecto ry .
Z n aczenie p ra c n a d sp e cy fik ac ja m i u k ie ru n k o w a n y m i na w łaściw ości w zrosło m .in. dzięki b ad a n io m n a d dogodnym i m e to d am i b u d o w a n ia sp e cy fik ac ji o złożonej s tru k tu rz e . W rozdziale 7.4 k sią żk i [11] opisano w y k o rz y sta n ie te c h n i
k i u o g ó ln ian ia o p e ra c ji z jednego ty p u d an y c h n a in n e ty py p rz e z u sy n ta k ty c z n ie n ie o p e ra c ji (ang. o p e ra tio n q u o ta tion). T ec h n ik a ta um o żliw ia za sto so w a n ie o p e ra c ji na po jed y n cz y m k a ta lo g u do p e łn e j s tr u k tu r y k atalo g u . W tym celu s ta n m ógłby być rozszerzony o now e sk ła d n ik i za
w ie ra ją c e — n a p rz y k ła d — b ieżącą ścieżkę.
W p rzy k ła d zie z k a ta lo g ie m zilu stro w a n o m eto d ę b a d a n ia .a rc h ite k tu ry sy stem u p rze z jego sta n . W in n y c h p rz y k ła d ac h w [11] p okazano, ja k n a ró żn y m poziom ie a b s tr a k cji b a d a ć n a p rz y k ła d sy ste m p am ięc i w irtu a ln e j i ja k ie stąd, w zależności od poziom u rozw ażań, w y p ły w a ją w n io ski. W ro zd ziale 8.3 pokazano, ja k zgodnie z tą sam ą ideą
opisać o p e ra c je w ejśc ia -w y jśc ia . W a rty k u le [3] podarte idee zastosow ano do ję zy k ó w p ro g ra m o w a n ia (por. też [2]).
T łu m a c z y ! i o p ra c o w a ł:
W O JC IE C H P A C H O C K I L IT E R A T U R A
[1] B a u e r F . L ., W o s sn e r H .: A lg o r ith m ic L a n g u a g e a n d P r o g r a m D e v e lo p m e n t. S p r in g e r- V e r la g , 1982
l2j B j o r n e r D., J o n e s C. B .: F o rm a l S p e c if ic a tio n a n d S o ftw a re D e v e lo p m e n t. P r e n tic e - H a ll I n t e r n a t i o n a l , 1982
|3J B j o r n e r D., P r e h n S ., O e st O.r S o f tw a r e E n g in e e rin g A s p e c ts o f V D M . M a te r ia ły S z k o ły J e s i e n n e j P T I „ W s p ó łc z e s n e k i e r u n k i ro z w o ju i n f o r m a t y k i ” , M rą g o w o , 4—8 lis to p a d a 1985
[4] B r o y M .: P a r t i a l I n t e r p r e t a t i o n s o f H ig h e r O r d e r A lg e b r a ic T y p e s. M a rlc to b e r d o r f S u m m e r S c h o o l, 1986 (w d r u k u )
*[5| C IP L a n g u a g e G ro u p : T h e M u n ic h P r o j e c t C IP . V o lu m e 1.
T h e W id e S p e c tr u m L a n g u a g e C IP -L .’ L e c t u r e N o te s in C o m p u te r S c ie n c e , V ol. 183, S p rin g e r- V e r la g , 1S85.
[6] C o n s ta b le R .L . e t a l.: I m p le m e n tin g M a th e m a tic s w ith th e N u p r l P r o o f D e v e lo p m e n t S y s te m . P r e n t ic e - H a ll I n t e r n a t i o n a l , 1986 [7] E h r ig H ., M a h r B .: F u n d a m e n ta ls o f A lg e b r a ic S p e c if ic a tio n 1 — E q u a tio n s a n d I n i ti a l S e m a n tic s . E A T C S M o n o g ra p h s o n T h e o r e t i c a l C o m p u te r S c ie n c e , S p rin g e r- V e r la g , 1985
[8] G o g u e n J . A .: A b s tr a c t E r r o r s f o r A b s tr a c t D a ta T y p e s. F o r m a l D e s c rip tio n s o f P r o g r a m m in g C o n c e p ts, N e u h o ld E . J . (ed .), N o r th - H o l’.a n d , 1978
[9] H e rz o g O .: F o r m a l D e v e lo p m e n t M e th o d s in I n d u s t r i a l E n v i
ro n m e n ts . N A T O C o n f e r e n c e , N y b o rg , D e n m a r k , M a y 1984 [10J J o n e s C. B .: I m p le m e n ta tio n B ia s i n C o n s tr u c tiv e S p e c if ic a tio n s o f A b s tr a c t O b je c ts . 1977
[11] J o n e s C. B .: S y s te m a tic S o f tw a r e D e v e lo p m e n t u s in g VDM . P r e n tic c - H a ll I n t e r n a t i o n a l , 1986
[12] M a c L a n e S ., B ir k o f f G .: A lg e b ra . S e c o n d E d itio n , C o llie r M a c m illa n I n t e r n a t i o n a l , 1979
[13] N ip k o w T .: N o u - D e te r m in is tic D a ta T y p e s — M o d e ls a n d I m p le m e n ta tio n s . A c ta I n f o r m a tic a , V ol. 22, p p . 329—661, 1986.
MIĘDZYWOJEWÓDZKA SPÓŁDZIELNIA PRACY „SIÓDEMKA”
ŁÓDZ, AL. KOSCIUSZKI 93,
ZAKŁAD INFORMATYKI I SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH poleca po najniższych cenach w kraju:
m ik ro k o m p u te ry 8-, 16-, 32-bitow e n a jw y ż szej jak o ści re n o m o w a n y ch firm z całego św ia ta
u rz ą d z e n ia p e ry fe ry jn e :
• d ru k a rk i — ró w n ież 24-igłow e i lasero w e
• stre a m e ry
• n a p ę d y dyskow e 3", 5.25"
® m o n ito ry m on o ch ro m aty czn e, kolo
ro w e, EGA, H EGA , VGA
• k a rty ro zsz erze n ia p am ięci
© k o n tro le ry
® d y sk i tw a rd e ty p u W in ch ester 20 MB, 40 MB, 60 MB, 80 MB
lo k a ln e sieci m ik ro - sy stem y w ielo d o stęp n e
k o m p u te ro w e :
• M U L T I-L IN K
• D -L IN K
• X E N IX
m a te ria ły e k sp lo a ta c y jn e :
• d y sk ie tk i 5.25" MD2-D
• d y sk ie tk i 5.25" M D2-HD
• d y sk ie tk i 3" CF2 9 d y sk ie tk i 3.5" M F 2DD
® ta śm y b a rw ią c e do w szy stk ich ty p ó w d r u k a r e k S T A R i NEC
T e rm in r e a liz a c ji zam ów ień n a ty c h m ia s t po złożeniu zam ów ienia. B e zp łatn ie : szkolenia, k u rsy , z e sta wy o p ro g ra m o w an ia n arzędziow ego i uży tk o w eg o — p rz y d o sta rc z e n iu k o m p le tn y c h system ów .
P ro p o n u je m y ró w n ie ż n a w szelkiego ro d z a ju m ik ro k o m p u te ry p ro g ra m y w sp o m a g ają ce zarząd zan ie p rzed sięb io rstw em :
— sy stem fin an so w o -k sięg o w o -k o szto w y
— sy stem zb y tu i za o p a trz e n ia
— sy stem technicznego p rzy g o to w a n ia p ro d u k c ji
— sy stem m a te ria ło w y
— sy stem k a d ro w y i k ad ro w o -p łac o w y (ró w n ież d la p rac o w n ik ó w akordow ych) W ym ienione sy stem y p r a c u ją w w e rsja c h sieciow ych i w ielodostępnych.
W szelkich inform acji udzielam y codziennie (oprócz sobót) w siedzibie Zakładu w Łodzi przy Al. Kościuszki 101, tel. 36-51-00, w godzinach 8— 16.
E0/1005l&7
4
WITOLD STANISZK IS
Centrum Projektow ania i Zastosowań Inform atyki Warszawa
Zarządzanie rozproszonymi danymi
—■ przegląd problematyki (I)
W o sta tn ic h dziesięciu la ta c h za rz ą d z a n ia rozproszonym i d an y m i było p rze d m io te m in te n sy w n y c h b ad a ń . Is tn ie je o b sz ern a lit e r a tu r a dotycząca te j te m a ty k i, lecz ty lk o w n ielicznych p ra c a c h (np. [2, 7]) p o d ję to p ró b ę s c h a r a k te ry zow ania d ziedziny z a rząd z an ia rozp ro szo n y m i d an y m i w sposób zw ięzły i pełny.
C elem a r ty k u łu je s t ogólne w p ro w a d ze n ie do te m a ty k i z a rząd z an ia ro zproszonym i d an y m i. W pro w ad zen ie to o b e j
m u je w iększość za g ad n ień b ad a w cz y ch oraz p rac ro zw o jo w ych. G łów ny n ac isk położono n a te m a ty k ę sy stem ó w geo
g raficz n ie rozproszonych, lecz om ów iono ró w n ież p ew n e za
g ad n ie n ia odnoszące się do lo k a ln y ch sieci k o m p u te ro w y c h , u w ażane za isto tn e dla obu k la s system ów .
PODSTAWOWE POJĘCIA
W arto n a jp ie rw przy p o m n ieć n ie k tó re pod staw o w e, ogól
nie p rz y ję te po jęcia i definicje.
R ozproszona baza d a n y c h (RBD, rozp ro szo n a BD) je st to k o le k cja danych, k tó re logicznie n ależ ą do tego sam ego sy stem u, lecz są rozm ieszczone w ró żn y c h w ęzłach sieci k o m p u te ro w e j. W d efin icji tej k ła d zie się n a c isk n a d w a je d nakow o w aż n e a s p e k ty RBD:
• rozproszenie , tj. fa k t, że d an e n ie z n a jd u ją się w t>m sam y m m ie jsc u (procesorze); dzięki te m u ro zproszoną BD m ożna odróżnić od sc e n tra liz o w a n e j;
• logiczną korelację, tj. fa k t, że dan e m a ją p ew n e w łaści
w ości, k tó re je ze sobą w iążą; d zięk i te m u rozp ro szo n ą BD m ożna odróżnić od zbioru lo k a ln y c h BD lu b plików , k tó re z n a jd u ją się w ró żn y ch w ęzłach sieci k o m p u te ro w e j.
J a k w idać, nie p o d k re śla się fa k tu , że poziom te j in te g ra c ji je s t z d e te rm in o w a n y przez sc h e m a t logiczny bazy d a nych. F a k t te n sta je się je d n a k w aż n y m cz y n n ik ie m u m o żliw iając y m o d ró żn ien ie od sieb ie dw óch o d m ie n n y ch klas system ów za rz ą d z a n ia ro zproszonym i d an y m i, tj. system ów za rząd z an ia ro zp ro szo n y m i b az am i d an y c h (system ów ZRBD) od s y s t e m ó w z w ie lo m a bazam i d a n y c h (ang. m u ltid a ta b a se system s).
S c h e m a t globalny d e fin iu je w szy stk ie dane, k tó re są z a w a rte w rozproszonej BD. W w y p a d k u sy stem ó w ZRBD, sc h em a t g lo b a ln y zbiega się z logicznym sc h em a tem bazy danych. ,W sy stem a ch z w ielo m a baz am i d a n y c h w p ro w a d za się po jęcie sc h em a tu g lobalnego ja k o śro d k a in te g ra c ji sc h em a tó w logicznych poszczególnych lo k a ln y c h sc e n tra liz o w an y c h sy stem ó w za rz ą d z a n ia b a z a m i d an y ch . ■>
S y stem y ZRBD re a liz u ją n o w ą fo rm ę niezależności d a nych, tzw . p rzezroczystość m iejsca (ang. d is trib u tio n tr a n s - parency). P rzezroczystość m ie jsc a oznacza, że p y ta n ia i p ro g ram y u ży tk o w e m ogą być p isa n e ta k , ja k gd y b y b aza d a nych nie była rozproszona. Z atem przen o szen ie danych z jednego w ęzła do innego n ie m a w p ły w u n a p o p raw n o ść p y ta ń i p ro g ram ó w . M oże m ieć ono je d n a k ogrom ne z n a czenie d la szybkości p rz e tw a rz a n ia . P o ję c ie przezroczystości m iejsca będzie o m a w ian e w k o n te k ście r e la c y jn e j s tr u k tu ry d an y c h , p o n iew aż w sy stem a ch ZRBD re la c y jn a s t r u k tu ra d a n y c h w y stę p u je n ajczęściej.
J e s t to — d o k o n a n e za z g o d ą A u to r a — tłu m a c z e n ie r e f e r a t u o p u b lik o w a n e g o w P ro c . Btli I n t e r n . S e m in a r o n D a ta b a s e M a n a g e m e n t S y s te m s , P ie S ta n y , C z e c h o sło w a c ja , 1985.
I n f o r m a ty k a n r 10, 1987
S ch e m a t g lo b a ln y z a w iera d efin icje w szy stk ich global
n ych relacji. W w y p a d k u system ów ZRBD są nim i re la c je sc h e m a tu logicznego lu b tzw . re la c je bazow e. K aż d a re la cja g lo b a ln a m oże być podzielona n a k ilk a n ie n a k ła d a ją cych się p o rcji, n az y w an y c h fragmenta rni. P odział ta k i (czyli fra g m e n ta c ję ) m ożna zrealizow ać k ilk o m a różnym i sposobam i.
S c h e m a t f r a g m e n tó w (ang. fra g m e n ta tio n rchem e) o k reśla odw zorow anie m iędzy re la c ja m i g lo b a ln y m i a fra g m e n ta mi. J e s t to o dw zorow anie je d en -w iele , tj. k ilk a f ra g m e n tó w odp o w iad a je d n e j re la c ji g lo b a ln ej, lecz ty lk o je d n a re la c ja g lo b aln a o d p o w iad a je d n e m u fra g m e n to w i. F r a g m e n ty są p o rc ja m i logicznym i, k tó re są fizycznie rozm iesz
czone w je d n y m lu b k ilk u w ęz łac h sieci k o m p u te ro w e j.
S c h e m a t alo kacji d e fin iu je rozm ieszczenie poszczególnych fra g m e n tó w n a sta n o w isk ac h . Sposób odw zo ro w an ia o k r e ślony na schem acie alo k ac ji przesąd za, czy ro zproszona baza d an y c h je s t re d u n d a n tn a czy n ie re d u n d a n tn a . W p ie rw szym p rz y p a d k u odw zo ro w an ie je s t ty p u je d en -w iele , w d ru g im n a to m ia st je s t je d e n -je d e n .
D ekom pozycja re la c ji g lo b aln y ch n a fra g m e n ty może być d o k o n an a p rzy zasto so w an iu fr a g m e n ta c j i p o ziom ej lu b fr a g m e n ta c ji pio now ej. Poszczególne ro d z a je fra g m e n ta c ji m ożna stosow ać o d dzielnie lu b łącznie P rz y deko m p o n o w a- n iu re la c ji g lo b aln y ch m uszą być .uw zględnione n a s tę p u ją c e reg u ły :
• Regula zupełności
We fra g m e n ta c h m uszą być o d w zorow ane w szy stk ie d a ne n ależ ąc e do re la c ji g lo b a ln ej, tj. nie m oże zdarzyć siq ta k a sy tu a c ja , że ja k a ś je d n o stk a d an y c h n ależy do re la c ji g lo b a ln ej, a n ie n ależy do żadnego fra g m e n tu .
® R egula rekonstrukcji
Z aw sze m u si być m ożliw e o d tw o rze n ie r e la c ji g lo b a ln ej z je j fra g m en tó w . W a ru n e k te n je st oczyw isty, jeśli w ziąć pod uw agę, że w k aż d ej ch w ili w b az ie d an y c h są p rz e ch o w y w an e ty lk o fra g m e n ty .
• R egula rozlączności
C zęsto je st p o żąd an e ja w n e k o n tro lo w a n ie na poziom ie p ro g ra m ó w ap lik a c y jn y c h procesu tw o rz e n ia re p lik d an y c h , za te m fra g m e n ty p o w in n y być rozłączne. R eguła ta sto su je się głów nie do fra g m e n ta c ji poziom ej.
F ra g m en ta cja pozio ma dzieli k ro tk i re la c ji g lo b a ln ej na podzbiory. K ażdy ta k i podzbiór m oże n a p rz y k ła d zaw ierać k ro tk i m a ją c e ja k ą ś w sp ó ln ą cechę g eograficzną. T en -spo
sób podziału m oże być zd efin io w an y ja k o o p e ra c ja selekcji, n a r e la c ji g lo b a ln ej.
Pochodna fra g m e n ta c j a poziom a (ang. d riv ed h o rizo n tal fra g m e n ta tio n ) je s t w y p ro w a d z a n a z f ra g m e n ta c ji poziom ej d o k o n an e j n a ja k ie jś in n e j re la c ji. P rz y ta k im podziale o k reślen ie, k tó re k ro tk i m a ją tra fić do k tó ry c h fra g m e n tów , w y m ag a o p e ra c ji półpołączenia (ang. śem i-join).
F r a g m e n ta c ja pionow a dzieli a try b u ty g lo b a ln ej re la c ji n a g ru p y , a fra g m e n ty są u zy sk iw a n e przez d o k o n an ie p ro je k c ji re la c ji g lo b a ln ej w zględem poszczególnych g ru p a t r y b utów .
F ra g m e n ta cja m ieszana dzieli g lo b a ln ą re la c ję n a f r a g m e n ty u zy sk iw an e w w y n ik u su p erp o zy cji pow yższych ope
ra c ji.
5
S y stem ZRBD może rea lizo w a ć w iele poziom ów przezro czystości m iejsca. N a k aż d y m poziom ie m ogą być u k ry te p rze d u ż y tk o w n ik ie m różne a sp e k ty rze czy w istej d y s try b u ■ c ji danych. N a poziom ie n ajw y ższy m , zw a n y m przezro czy
stością fra g m en ta cji, m o d y fik a c je rozm ieszczenia d an y ch n ie m a ją w p ły w u n a zastosow ania, tj. n a p y ta n ia i p ro g ra m y użytkow e. Ogólnie, z a p ew n ie n ie p rzezroczystości m iejsca d la zastosow ali a k tu a liz u ją c y c h je s t znacznie tru d n ie jsz e n iż dla za sto so w a ń ty lk o odczy tu jący ch . P oziom p rze zro czy stości m ie jsc a je st je d n y m z n ajw a ż n ie jsz y c h cech sy ste m u ZRBD.
O becnie re a liz u je się w iele p ro jek tó w , o b ejm u ją c y c h je d en lu b k ilk a o b sz aró w z a rząd z an ia ro zproszonym i danym i.
K ilk a p ro to ty p o w y ch system ów je st ju ż gotow ych, bąd ź w tra k c ie o p rac o w y w a n ia n a u n iw e rs y te ta c h i w przem y sło w y ch la b o ra to ria c h badaw czych. O pisy p ro to ty p ó w są w li
te ra tu rz e dobrze u d o k u m e n to w a n e , je d n a k d o stę p n y ch in fo r
m a c ji n a te m a t dośw iadczeń z u ż y tk o w a n ia ta k ic h sy ste m ów je s t b ard z o m ało. W y n ik a to p raw d o p o d o b n ie stąd, że ty lk o n ieliczn e sy stem y są w y k o rz y sty w a n e p rzez „ p ra w d ziw y c h ” u ży tk o w n ik ó w . Z a rty k u łó w o p isu jąc y ch system y p ro to ty p o w e często tr u d n o je s t w yw nioskow ać, k tó re z w ła ściw ości ty c h system ów są ty lk o za p ro je k to w a n e , a k tó re są rzeczyw iście z a im p lem e n to w an e i p rze testo w a n e.
W o sta tn ic h la tac h , w dziedzinie za rz ą d z a n ia ro zproszo
n y m i d an y m i p o ja w ił się now y k ie ru n e k bad aw czy , zm ie
rz a ją c y do z in te g ro w a n ia ju ż istn ie ją c y c h baz d an y c h i p li
ków , tj. tw o rz e n ia sy stem ó w z w ielo m a baz am i dan y ch (systeimów m u ltib a z danych). T a k a in te g ra c ja je s t u w a ż a n a za je d n ą z n a jw a ż n ie jsz y c h p o trze b u ży tk o w n ik a. S ystem y m u ltib a z m a ją w łaściw ości, k tó re isto tn ie ró żn ią je od sy
stem ó w ZRBD.
S y stem y m u ltib a z d an y c h o raz sy stem y ZRBD są n a z y w a n e s y s t e m a m i o w sp ó łd zie lo n ych rozproszonych danych.
ARCHITEKTURY SYSTEMÓW O WSPÓŁDZIELONYCH ROZPROSZONYCH DANYCH
A rc h ite k tu ry sy stem ó w rozp ro szo n y ch m ożna odróżnić od siebie n a p o d sta w ie n a stę p u ją c y c h g łów nych w łaściw ości:
• D efinicja fragm entu. J e s t to zdolność do ja w n e g o d e
fin io w a n ia sc h e m a tu fra g m en tó w . O znacza, że system sto su je f ra g m e n ta c je d an y c h w celu za p ew n ie n ia in te g raln o śc i d an y c h o raz o p ty m a liz o w an ia re a liz a c ji p y ta ń .
• D efinicja replik. J e s t to m ożliw ość d efin io w a n ia ta k ie go sc h e m a tu alo k ac ji, w k tó ry m te sam e fra g m e n ty m ożna um ieszczać w ró żn y c h w ęz łac h sieci k o m p u te ro w e j. Im p li
k u je m ożliw ość uży cia k o n tro lo w a n e j re d u n d a n c ji d an y c h w o p ty m a liz a c ji p y ta ń , ja k ró w n ież — istn ie n ie alg o ry tm u ste ro w a n ia ak tu a liz o w a n ie m , k tó ry p ozw ala u trzy m y w a ć in te g ra ln o ść re d u n d a n tn y c h danych.
• Funkcja cclu optym alizacji. F u n k c ja celu w o p ty m a lizacji p y ta ń je st zazw yczaj zd e fin io w an a ja k o lin io w a k o m b in a c ja głów nych cz y n n ik ó w kosztu, tzn.: k o sztu tra n sm isji k o m u n ik a tó w , kosztu w e jś c ia -w y jś c ia o raz kosztu d ziała n ia je d n o stk i c e n tra ln e j (CPU). Z asadnicze różnice m iędzy s tr a te g ia m i o p ty m a liz ac ji p y ta ń w y n ik a ją z ro zm a ito śc i opinii dotyczących re la ty w n e j w ażności pow yższych czynników k o sztów.
• Czas w ią z a n ia p y ta ń (ang. q u e ry b in d in g tim e). D w a e k s tre m a ln e p u n k ty w ią z a n ia o d p o w ia d a ją p ełn ej k o m p ila
cji p y ta ń w o k resie ich p la n o w a n ia oraz w pełn i in te r p re ta c y jn e m u w y k o n y w a n iu p y ta ń . Z alety i w ad y w czesnego i późnego w ią z a n ia są oczyw iste i zostały ju ż w y s ta rc z a ją co ro zp a trz o n e w p ra c a c h z dzied zin y za rz ą d z a n ia s c e n tra li
zow anym i b az am i d an y ch . C elow e w y d a je się k o m p ilo w a n ie (p rz y n a jm n ie j częściowo) p y ta ń z a n u rzo n y ch w ta k ie p ro g ra m y a p lik a c y jn e , k tó ry c h w y k o n y w a n ie je st oczek iw a
n e często. W o d n iesien iu do za rz ą d z a n ia d an y m i ro z p ro szonym i s ta je się to ty m w ażn iejsze, że w ty m w y p a d k u a lg o ry tm y o p ty m a liz a c ji p y ta ń są znacznie b a rd z ie j złożone.
• P lan ow an ie pytań. Je że li p y ta n ie w y m a g a d o stę p u do d a n y c h p rze ch o w y w an y ch w w ie lu w ęzłach, to w ęzły te m o
gą w ró żn y sposób w za jem n ie n a siebie o ddziaływ ać w celu o k re śle n ia stra te g ii w y k o n a n ia tego p y ta n ia . M ożliw e w a r ia n ty są n a s tę p u ją c e :
— p la n o w a n ie p y ta n ia w m ie jsc u jego p rze d ło że n ia (po
d ejście sc en tralizo w an e),
— p o d ejm o w an ie m n ie j w aż n y ch decyzji w in n y c h w ęzłach sieci (podejście p ó łscen tralizo w an e),
— k o n stru o w a n ie p la n u w e w z a je m n e j w sp ó łp rac y w e w szy stk ich w ęzłach (podejście rozproszone).
P o d ejśc ie sc e n tra liz o w a n e do p la n o w a n ia p y ta ń w y k lu cza m ożliw ość m o d y fik o w an ia p la n u n a p o d sta w ie d an y c h ze sp rzę że n ia zw rotnego.
• S terow anie w spółbieżnością (ang. co n c u rre n cy control).
T rzy głów ne podejścia do ste ro w a n ia w spółbieżnością są o p a rte n a b lo k o w an iu (arig. locking), e ty k ie ta c h czasow ych, d a to w n ik a c h (ang. locking), e ty k ie ta c h czasow ych, d a to w n i
k ac h (ang. tim e stam ps) oraz optym izm ie. W w iększości sy stem ów ZRBD p rzy ję to podejście o p a rte na b lo k o w an iu w fo rm ie p ro to k o łu b lo k o w an ia dw ufazow ego. P ro b le m y ste ro w a n ia w spółbieżnością w y stę p u ją c e w w y p a d k u system ów z w ielom a baz am i danych, p rze d staw io n o w [4],
• Model danych. Z u w ag i n a in h e re n tn e w łaściw ości sy
stem ó w rozp ro szo n y ch w szy stk ie m odele d an y c h są u k ie ru n k o w a n e n a zbiory. W w iększości system ów ro zproszo
n y ch p r z y jm u je się r e la c y jn y m odel dan y ch . P y ta n ia w y so kiego poziom u, odnoszące się do m odelu rela cy jn e g o , u m o ż liw ia ją is to tn ą o p ty m a liz ac ję o raz opracow anie' u k ie ru n k o w an y c h na zbiory śro d k ó w pom ocniczych sp rz y ja ją c y c h e fe k ty w n e m u w y k o n y w a n iu p y ta ń .
SYSTEMY ZARZĄDZANIA ROZPROSZONYMI BAZAM I DANYCH
P o n iżej z a p reze n to w an o w y b ra n e sy stem y o w spółdzielo
n y ch ro zproszonych danych, m a jąc e n a jw ięk sz y u d ział w ew o lu c ji z a rząd z an ia rozproszonym i b az am i danych. W szyst
kie p re z e n to w a n e system y, z w y ją tk ie m sy stem u ENCOM PA S S, są obecnie n a e ta p ie p ro to ty p ó w badaw czych. N ie
k tó re z nich służą ja k o n arz ęd zia do te sto w a n ia now ych k o m e rc y jn y c h p ro d u k tó w pro g ram o w y ch .
Distributed Database M anager (DDM)
DDM został za p ro je k to w a n y i o p rac o w a n y w C o m p u ter C o rp o ratio n of A m eric a [3]. Jego celem je s t u m ożliw ienie obsługi p y ta ń z a n u rzo n y ch w p ro g ra m y n a p is a n e w języku A da. DDM m oże obsługiw ać p y ta n ia w y rażo n e w języku D ap le x (język p y ta ń dla fu n k c jo n a ln e g o m odelu danych).
D opuszcza się fra g m e n ta c ję poziom ą oraz d e fin io w a n ie r e plik. P y ta n ia są k om pilow ane, a k ry te ria m i o p ty m a liz ac ji są: koszt k o m u n ik a c ji oraz koszt CPU P lan o w an ie p y ta ń je s t sc en tralizo w a n e, co je s t k o n se k w e n c ją założenia o w cz e
sn y m w iąz an iu . P o d sta w ą stra te g ii ste ro w a n ia w spółbież
nością je s t m ech an izm b lo k o w an ia o raz alg o ry tm s c e n tra li
zow anego w y k ry w a n ia zakleszczeń.
D istributed Database Testbcd System (DDTS)
DDTS, o p rac o w a n y w H oneyw ell C o rp o rate C o m p u ter S ciences C e n te r [12], je st p ró b ą im p le m e n ta c ji uogólnionej w e rsji trzypoziom ow ej a r c h ite k tu ry A N SI/SP A R C n a k o m p u te ra c h H oneyw ell ^ e v e l 6. K o n ce p tu a ln y m odel d an y c h je st o p a rły n a podejściu b y t-z w ia z e k (ang. e n tity -re la tio n - ship, ER), języ k ie m d an y c h je s t G ordas, a. fu n k c je z a rz ą d za n ia lo k a ln ą bazą d an y c h są rea lizo w a n e p rze z system ID S /II (K om itetu Codasyl). W DDTS n ie m a żad n y ch m o
żliw ości fra g m e n ta c ji, o p raco w an o w n im n a to m ia st ś ro d k i do d efin io w a n ia rep lik . O becnie nie są d o stę p n e żadne in fo rm a c je n a te m a t o p ty m a liz a c ji p y ta ń . P rz y ję to zasadę ko m p ilac ji p y ta ń o raz p ó łsc en tra liz o w a n eg o p la n o w a n ia p y ta ń . S te ro w a n ie w spółbieżnością je st o p a rte n a blokow aniu i zap o b ieg an iu zakleszczeniom .
D istributed INGRES
D istrib u te d IN G R ES je s t ew o lu c ją re la c y jn e g o system u ING R ES, op raco w an eg o w U n iv e rsity of C a lifo rn ia w B e r
keley. D opuszcza się poziom ą fra g m e n ta c ję d an y ch , re p lik i n a to m ia st n ie m ogą być w ogóle defin io w an e. K ry te ria m i o p ty m a liz a c ji p y ta ń w ty m sy stem ie są koszty k o m u n ik a cji i CPU. P rz y ję to stra te g ię in te rp re ta c y jn e g o w y k o n y w an ia p y ta ń . P la n o w a n ie p y ta ń je s t sc en tralizo w a n e. S ch e
m a t ste ro w a n ia w spółbieżnością je s t o p a rty n a b lokow aniu.
ENCOMPAS
EN C O M PA SS je st re la c y jn y m sy stem e m rozproszonym , o p rac o w a n y m w TA ND EM C orp. [1, 10]. G łów nym celem tego sy ste m u --jest w sp a rc ie ro zw o ju za sto so w a ń ro zproszo
nego, in te ra k c y jn e g o p rz e tw a rz a n ia tra n s a k c ji. D opuszcza się fra g m e n ta c ję poziom ą, n ie dopuszcza się n a to m ia s t d e fin io w a n ia re p lik . Z astosow ano alg o ry tm b lo k o w an ia z u ż y ciem sc h e m a tu ro zw ią zy w an ia zakleszczeń, o p a rty n a z a sa
dzie v p rz e te rm in o w a n ia (ang. tim e-o u t).
