Понятие открытых систем

Повсеместное внедрение информационных технологий и си-

стем, вычислительной и телекоммуникационной техники в сферы

управления экономикой, научные исследования, производство, а так-

же появление множества компаний — производителей компьютеров и

разработчиков программного обеспечения в последней четверти про-

шлого века нередко приводило к ситуации, когда: программное обес-

печение, без проблем работающее на одном компьютере, не работает

на другом; системные блоки одного вычислительного устройства не

стыкуются с аппаратной частью аналогичного; ИС компании не обра-

батывает данные заказчика или клиента, подготовленные ими на соб-

ственном оборудовании; при загрузке страницы с помощью «чужого»

браузера вместо текста и иллюстраций на экране возникает бессмыс-

ленный набор символов. Эта проблема, реально затронувшая многие

сферы бизнеса, получила название проблемы совместимости вычисли-

тельных, информационных и телекоммуникационных устройств.

Развитие систем и средств вычислительной техники, телекомму-

никационных систем и быстрое расширение сфер их применения при-

вели к необходимости объединения конкретных вычислительных

устройств и реализованных на их основе ИС в единые информаци-

онно-вычислительные системы и среды для формирования единого

информационного пространства (Unified Information Area — UIA).

Формирование такого пространства стало насущной необходимостью

для решения многих важнейших экономических и социальных задач в

ходе становления и развития информационного общества.

Такое пространство можно определить как совокупность баз

данных, хранилищ знаний, систем управления ими, информаци-

онно-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. Основными состав-

ляющими единого информационного пространства являются:

• информационные ресурсы, содержащие данные, сведения, ин-

формацию и знания, собранные, структурированные по некото-

рым правилам, подготовленные для доставки заинтересованно-

му пользователю, защищенные и архивированные на соответ-

ствующих носителях;

• организационные структуры, обеспечивающие функционирова-

ние и развитие единого информационного пространства и

управление информационными процессами — поиском, сбором,

обработкой, хранением, защитой и передачей информации ко-

нечным пользователям;

• средства обеспечения информационного взаимодействия, в том

числе программно-аппаратные, телекоммуникации и пользова-

тельские интерфейсы;

• правовые, организационные и нормативные документы, обеспе-

чивающие доступ к ИР и их использование на основе соответ-

ствующих ИКТ.

При формировании единого информационного пространства ме-

неджеры, архитекторы и разработчики программно-аппарат- ных

средств столкнулись с рядом организационных, технических и техно-

логических проблем. Например, разнородность технических средств

вычислительной техники с точки зрения организации вычислительно-

го процесса, архитектуры, систем команд, разрядности процессоров и

шины данных потребовала создания стандартных физических интер-

фейсов, реализующих взаимную совместимость компьютерных

устройств. Однако при дальнейшем увеличении числа типов интегри-

руемых устройств (число таких модулей в современных распределен-

ных вычислительных и информационных системах исчисляется сотня-

ми) сложность организации физического взаимодействия между ними

существенно возрастала, что приводило к проблемам в управлении та-

кими системами.

Разнородность программируемых сред, реализуемых в конкрет-

ных вычислительных устройствах и системах, с точки зрения много-

образия операционных систем, различия в разрядности и прочих осо-

бенностей привели к созданию программных интерфейсов. Разнород-

ность физических и программных интерфейсов в системе «пользова-

тель — компьютерное устройство — программное обеспечение» тре-

бовала постоянного согласования («стыковки») программно-аппарат-

ного обеспечения при его разработке и частого переобучения персона-

ла.

История концепции открытых систем начинается в конце

1960-х — начале 1970-х гг. с того момента, когда возникла насущная

проблема переносимости (мобильности) программ и данных между

компьютерами с различной архитектурой. Одним из первых шагов в

этом направлении, оказавшим влияние на развитие вычислительной

техники, явилось создание компьютеров серии IBM-360, обладающих

единым набором команд и способных работать с одной и той же опе-

рационной системой. Корпорация «IВМ» предоставляла со скидкой

лицензии на свою операционную систему пользователям, которые

предпочли купить компьютеры той же архитектуры у других произво-

дителей.

Частичное решение проблемы мобильности для программ обес-

печили ранние стандарты языков высокого уровня, например ФОР-

ТРАН и КОБОЛ. Языки позволяли создавать переносимые програм-

мы, хотя часто ограничивали функциональные возможности. Позднее

эти возможности были существенно увеличены при появлении новых

стандартов (расширений) на эти языки. Мобильность обеспечивалась

также за счет того, что эти стандарты были приняты многими разра-

ботчиками различных программных платформ. Когда языки програм-

мирования 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 и перено-

симости уже на этом уровне было первым примером истинных воз-

можностей создаваемых систем, которые содержали в себе основные

признаки того, что впоследствии было названо «открытостью систе-

мы».

Следующий этап в развитии концепции открытости — вторая

половина 1970-х гг. Он связан с областью интерактивной обработки

данных и увеличением объема информационных и программных про-

дуктов, для которых требуется переносимость (пакеты для инженер-

ной графики, системы автоматизации проектирования, базы данных и

управление распределенными базами данных). Компания «Digital» на-

чала выпуск мини-ЭВМ VAX, работающих под управлением операци-

онной системы VMS. Машины этой серии имели уже 32-разрядную

архитектуру, что обеспечило значительную эффективность программ-

ного кода и сократило издержки на работу с виртуальной памятью.

Программисты получили возможность напрямую использовать адрес-

ное пространство объемом до 4 Гб, что практически снимало все огра-

ничения на размеры решаемых в то время задач. Мини-ЭВМ VAX

этого типа надолго стали стандартной платформой для систем проек-

тирования, сбора и обработки данных, управления эксперимен-

том и т. п. Именно они стимулировали создание мощных систем авто-

матизированного проектирования, СУБД, машинной графики, кото-

рые широко используются до настоящего времени.

Конец 1970-х гг. характеризуется быстрым развитием сетевых

технологий. Компания «Digital» интенсивно внедряла свою архитекту-

ру DECnet. Сети, использующие протоколы Internet (TCP/ IP), перво-

начально реализованные Агентством по перспективным исследовани-

ям Министерства обороны США (DARPA), стали широко применять-

ся для объединения различных систем. Фирма «IВМ» разработала и

применяла собственную сетевую архитектуру (System Network

Architecture — SNA), которая впоследствии стала основой для предло-

женной ISO архитектуры OSI.

В 1880-х гг. сетевая обработка стала реальностью и насущной

необходимостью для решения множества технических, технологиче-

ских, научно-экономических задач. Пользователи начали обращать

внимание на совместимость и возможность интеграции вычислитель-

ных средств как на необходимые атрибуты открытости систем. Интен-

сивные работы по созданию стандартов взаимосвязи в сетях открытых

систем развернула ISO. Тогда же впервые было введено определение

открытой информационной системы. Решение проблем совместимо-

сти и мобильности привело к разработке большого числа международ-

ных стандартов и соглашений в сфере применения ИТ и разработки

ИС. Основополагающим, базовым понятием при использовании стан-

дартов стало понятие открытой системы.

Существует достаточное число определений понятия «открытая

система», сформулированных в различных организациях по стандар-

тизации и отдельных крупных компаниях.

По мнению специалистов Ассоциации французских пользова-

телей UNIX и открытых систем (AFUU), открытой является система,

состоящая из элементов, которые взаимодействуют друг с другом че-

рез стандартные интерфейсы.

В Корпорации «Hewlett-Packard» считают, что открытая систе-

ма — это совокупность разнородных компьютеров, объединенных се-

тью, которые могут работать как единое интегрированное целое неза-

висимо от того, как в них представлена информация, где они располо-

жены, кем они изготовлены, под управлением какой операционной си-

стемы они работают.

По мнению специалистов Национального института стандартов

и технологий США (National Institute of Standards and Technologies —

NIST), открытая система — это система, которая способна взаимодей-

ствовать с другой системой посредством реализации международных

стандартных протоколов. Открытыми системами являются как конеч-

ные, так и промежуточные системы. Однако открытая система не обя-

зательно может быть доступна другим открытым системам. Эта изоля-

ция может быть обеспечена или путем физического отделения, или

путем использования технических возможностей, основанных на за-

щите информации в компьютерах и средствах коммуникаций.

Другие определения в той или иной мере повторяют основное

содержание приведенных определений. Анализируя их, можно выде-

лить некоторые базовые черты, присущие открытым системам:

• технические средства, на базе которых реализована информаци-

онная система, объединяются сетью или сетями различного

уровня — от локальной до глобальной;

• реализация открытости осуществляется на основе профилей

(Profiles) функциональных стандартов в области ИТ;

• информационные системы, обладающие свойством открытости,

могут выполняться на любых программных и технических сред-

ствах, которые входят в единую среду открытых систем;

• открытые системы предполагают использование унифицирован-

ных интерфейсов в процессах взаимодействия в системах

«компьютер — компьютер», «компьютер — сеть» и «человек —

компьютер».

Применение положений открытости предполагает некоторую

избыточность средств при разработке программно-аппаратных

комплексов.

На современном этапе развития ИТ открытую систему опреде-

ляют как программную или информационную систему, построенную

на базе исчерпывающего и согласованного набора международных

стандартов на ИТ и профилях функциональных стандартов, которые

реализуют открытые спецификации на интерфейсы, службы и поддер-

живающие их форматы, чтобы обеспечить взаимодействие (интеропе-

рабельность) и мобильность программных приложений, данных и пер-

сонала (Комитет IEEE POSIX 1003.0 Института инженеров по элек-

тротехнике и электронике — IEEE).

Это определение унифицирует содержание среды (Environment),

которую предоставляет открытая система для широкого использова-

ния. Базовым в этом определении является термин «открытая специ-

фикация», имеющий следующее толкование: это общедоступная спе-

цификация, которая поддерживается открытым, гласным, согласи-

тельным процессом, направленным на постоянную адаптацию новой

технологии, и которая соответствует стандартам. Таким образом, под

открытыми системами следует понимать системы, обладающие стан-

дартизованными интерфейсами — решение проблемы открытости

основывается на стандартизации интерфейсов систем и протоколов

взаимодействия между их компонентами.

В качестве примеров использования технологии открытых си-

стем можно привести технологии Intel Plug&Play и USB, а также опе-

рационные системы UNIX и (частично) ее основного конкурента —

Windows NT. Одна из причин рассматривать систему UNIX в качестве

базовой операционной системы для использования в открытых систе-

мах состоит в том, что она практически целиком написана на языке

высокого уровня, имеет модульное строение и относительно гибка.

Композиционно ОС UNIX составлена из небольшого числа основных

компонентов: ядро, инструментальные утилиты и оболочка. Ядро со-

стоит из относительно маленького набора программ, предоставляю-

щих системные ресурсы и непосредственно взаимодействующих с

аппаратурой. Хотя ОС UNIX в целом является аппаратно независи-

мой, программы, которые реализуют некоторые службы, и часть кода,

тем не менее, зависят от аппаратуры. Прикладные системы, использу-

ющие особенности конкретной версии UNIX, также как в MS-DOS,

реализационно зависимы. В настоящее время многие новые продукты

сразу разрабатываются в соответствии с требованиями открытых си-

стем. Примером тому может служить широко используемый в настоя-

щее время язык программирования Java компании «Sun

Microsystems».

Для того чтобы программную или информационную систему

можно было отнести к открытой системе, она должна обладать сово-

купностью следующих свойств:

• взаимодействие (интероперабельность) — способность к взаи-

модействию с другими прикладными системами на локальных и

(или) удаленных платформах (технические средства, на которых

реализована ИС, объединяются сетью или сетями различного

уровня — от локальной до глобальной);

• стандартизуемость — программные и информационные систе-

мы проектируются и разрабатываются на основе согласованных

международных стандартов и предложений, реализация откры-

тости осуществляется на базе функциональных стандартов (про-

филей) в области ИТ;

• расширяемость (масштабируемость) — возможность перемеще-

ния прикладных программ и передачи данных в системах и сре-

дах, которые обладают различными характеристиками произво-

дительности и различными функциональными возможностями,

возможность добавления новых функций ИС или изменения не-

которых уже имеющихся при неизменных остальных функцио-

нальных 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 унифицирован-

ные интерфейсы в процессах взаимодействия в системе «поль-

зователь — компьютерное устройство — программное обеспе-

чение», позволяющие работать пользователю, не имеющему

специальной системной подготовки. Пользователь работает с

деловой проблемой, а не с проблемами компьютера и программ-

ного обеспечения.

Эти свойства современных открытых систем, взятые по отдель-

ности, были характерны и для предыдущих поколений ИС и средств

вычислительной техники. Новый взгляд на открытые системы состоит

в том, что указанные свойства рассматриваются и реализуются в сово-

купности — как взаимосвязанные и реализующиеся в комплексе.

Только в такой совокупности возможности открытых систем позволя-

ют решать сложные проблемы проектирования, разработки, внедре-

ния, эксплуатации и развития современных ИС.

По мере развития концепции открытых систем сформировались

некоторые общие причины, с необходимостью мотивирующие пере-

ход к интероперабельным (Interoperable) ИС и разработке соответ-

ствующих стандартов и технических средств.

Функционирование систем в условиях информационной и

реализационной неоднородности. Информационная неоднородность

ресурсов заключается в разнообразии их прикладных контекстов (по-

нятий, словарей, семантических правил, отображаемых реальных

объектов, видов данных, способов их сбора и обработки, интерфейсов

пользователей и т. д.). Реализационная неоднородность проявляется в

использовании разнообразных компьютерных платформ, средств

управления базами данных, моделей данных и знаний, языков и

средств программирования и тестирования, операционных систем и

т. п.

Интеграция систем. Системы эволюционируют от простых, ав-

тономных подсистем к более сложным, интегрированным системам,

основанным на требовании взаимодействия компонентов.

Реинжиниринг систем. Эволюция бизнес-процессов предприя-

тия — непрерывный процесс, который является неотъемлемой состав-

ляющей деятельности организации. Создание ИС, ее развитие и ре-

конструкция (реинжиниринг) в связи с перепроектированием процес-

сов — непрерывный процесс уточнения требований, трансформации

архитектуры и инфраструктуры системы. В связи с этим система изна-

чально должна быть спроектирована так, чтобы ее ключевые состав-

ляющие 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. Уна-

следованные системы (Legacy Systems), построенные на «уходящих»

технологиях, архитектурах, платформах, а также программное и ин-

формационное обеспечение, при проектировании которых не были

предусмотрены нужные меры для их постепенного перерастания в но-

вые системы, требуют перестройки (Legacy Transformation) в соответ-

ствии с новыми требованиями бизнес-процессов и технологий. В про-

цессе трансформации необходимо, чтобы новые модули системы и

оставшиеся компоненты унаследованных систем сохраняли способ-

ность к взаимодействию.

Повторное использование неоднородных информационных

ресурсов. Технология разработки ИС должна позволять крупно-

масштабно применять технологию повторного использования ИР, ко-

торые могут быть «соединены» (т. е. образованы их интероперабель-

ные сообщества) для производства серий стандартизованных продук-

тов в определенной прикладной области.

Продление жизненного цикла систем. В условиях исключи-

тельно быстрого технологического развития требуются специальные

меры, обеспечивающие необходимую продолжительность жизненного

цикла продукта, включающего в себя постоянное улучшение его по-

требительских свойств (сопровождение программной системы). При

этом новые версии продукта обязательно должны поддерживать заяв-

ленные функциональности предыдущих версий.

Таким образом, основной принцип формирования открытых си-

стем состоит в создании среды, включающей в себя программные и

аппаратурные средства, системы, службы и протоколы связи, интер-

фейсы, форматы данных. Такая среда в основе имеет развивающиеся

доступные и общепризнанные международные стандарты и обеспечи-

вает значительную степень взаимодействия (Interoperability), перено-

симости (Portability) и масштабирования (Scalability) приложений и

данных.

Благодаря этим свойствам минимизируются затраты на дости-

жение преемственности и повторного использования накопленного

программно-информационного «имущества» при переходе на более

совершенные компьютерные платформы, а также интеграцию разно-

родных систем и ресурсов в комплексные распределенные системы.

Переход к открытым технологиям создает наилучшие предпосылки

для инвестиций в ИТ, так как благодаря свойствам открытости систем

ИТ существенно повышается конечная эффективность их использова-

ния.

В развитии и применении открытых систем заинтересованы все

участники процесса информатизации: пользователи, проектировщики

систем и системные интеграторы, производители технических и про-

граммных средств вычислительной техники и телекоммуникации. В

частности, по встроенным микропроцессорным системам (MPS) в

рамках программы ESPRIT существует проект OMI (Open

Microprocessor Initiative), направленный на создание коллективной

пользовательской библиотеки MPS в соответствии с принципами

открытых систем.

В условиях перехода к информационному обществу государ-

ственное управление и различные социальные институты,

большинство секторов экономики становятся активными потребителя-

ми информационных технологий и услуг, а сектор производителей ИТ

непрерывно растет. В связи с этим проблема развития и применения

открытых систем составляет для каждой страны национальную

проблему.

Администрация Б. Клинтона, например, еще в 1993 г. объявила

о программе создания Национальной информационной инфраструкту-

ры США на принципах открытых систем (National Information

Infrastructure Initiative), отпустила на эту программу более

2 млрд долл. и содействовала инвестициям со стороны бизнеса. Из-

вестные американские корпорации «Intel Sun» и «Microsystems» еже-

годно тратят на научные изыскания в этой области десятки миллионов

долларов.

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 со-

здании информационной инфраструктуры общества. В настоящее вре-

мя объединенными усилиями различных стран и международных ор-

ганизаций ведется активная работа по созданию глобальной информа-

ционной инфраструктуры, основанной на принципах открытых си-

стем. Эти принципы поддерживают крупные компании — производи-

тели программных средств, средств вычислительной техники и теле-

коммуникаций, компании-пользователи ИТ/ИС и компании-интегра-

торы, занимающиеся созданием, развитием и поддержкой ИС. В целях

эффективного развития методологии открытых систем правитель-

ственные агентства и фирмы часто объединяются в различного рода

консорциумы. Одно из наиболее известных объединений —

Cooperation for Open Systems (COS), в которое входят такие известные

организации и компании, как NASA, «McDon- nel-Duglas», «Boeing»,

«General Electric», «General Motors», нефтяные компании, крупнейшие

банки.

В России программа развития открытых систем реализуется как

межотраслевая федеральная программа. По инициативе Совета по ав-

томатизации научных исследований Российской академии наук был

издан совместный документ (утв. постановлением Совета Министров

Правительства РФ от 16 сентября 1993 г. № 136/16) Министерства

науки и технической политики Российской Федерации и Президиума

Российской академии наук о мерах по обеспечению развития работ по

научному направлению «Развитие и применение открытых систем».