Strukturális modellezés

Átírás

1 Strukturális modellezés Rendszermodellezés Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Hibatűrő Rendszerek Kutatócsoport Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék 1

2 Tudnivalók Gyakorlatra: színes tollak/ceruzák Jegyzet: o Részletes definíciók, példák, szójegyzék o Mobiltelefonon és tableten is olvasható 2

3 Miről lesz szó? Struktúra modellezés célja, alkalmazásai Dekompozíció Modell elemek leírása gráfokkal Tulajdonságok 3

4 Célok, alkalmazások Dekompozíció Gráfok Tulajdonságok STATIKUS MODELLALKOTÁS Hogyan modellezzük összetett rendszerek felépítését áttekinthető módon? Pl. Építészet I épület Céges hálózat 4

5 Definíció: Strukturális modell A strukturális modell statikus. Kiindulópontja egy (rész)rendszer, amelyet a része reláció mentén alkotórészekre bont. Az alkotórészek lehetnek: tovább bontott részrendszerek vagy tovább nem bontott (elemi) komponensek. A strukturális modell a rendszer felépítését (struktúráját) az alkotórészei, azok tulajdonságai és egymással való viszonya alapján reprezentálja. 5

6 Építészeti modellek BIM (Building Information Model) Épületek modellezése egy közös modellben Nézetek o Gázvezetékek o Szigetelés o Vízvezetékek és csatorna o Villamossági terv o Stb. 6

7 Gázvezetékek 7

8 Szigetelés 8

9 Vízvezeték és csatorna 9

10 Villamossági terv 10

11 Strukturális modellezés célja Rendszer részekre bontása o Kisebb egységeket könnyebb megtervezni o Részegységek felhasználása o Általános célú komponensek használata Létező rendszer dokumentálása o Rendszertérkép Adatszerkezet megalkotása o Milyen információt kezelünk? 11

12 Robotporszívó Hajtómű Vezérlő Porszívó 12

13 Felépítési és viselkedési modellezés Felépítési (structural) o Statikus o Rész és egész, összetevők o Kapcsolatok, összeköttetések Viselkedési (behavioral) o Dinamikus o Időbeli lefolyás o Állapot, folyamat o Reakciók a külvilágra A robotporszívó főbb részei a vezérlő, a hajtómű, és a porszívó. A hajtómű jobbra parancs hatására átvált kanyarodás üzemmódba A robotporszívóban a szenzorok jeleit fogadva a hajtómű beavatkozik (mikor/hogyan?) Nem fed le mindent, nem válik élesen szét 13

14 Strukturális modell A rendszer felépítésére vonatkozó tudás o Milyen elemekből áll a rendszer? o Hogyan kapcsolódnak egymáshoz az elemek? o Milyen tulajdonságúak az elemek? 14

15 Példa: (céges) hálózat Router Internet Firewall Smartphone Switch Server Workstation Wifi Laptop Smartphone Workstation Workstation Printer 15

16 Példa: (céges) hálózat Van-e egyszeres hibapont a rendszerben? Router Internet Firewall Smartphone Server Túlterhelt a wifi, hány gép van rajta? Switch Workstation Wifi Laptop Elérhető-e az internet? Smartphone Milyen elemekből áll a hálózat? Workstation Workstation Printer 16

17 Hogyan épül fel a rendszerem? Kezdeti rendszerkép, nem látszanak rajta az elemek tulajdonságai Tervezői döntések Részekre bontás Webes kliens (böngésző típus? PC!) Szerver oldali logika (platform lekötve) Kommunikációs csatornák 17

18 Milyen úton terjedhet a hiba? Milyen kapcsolatok lehetségesek? Milyen függőségek vannak? Mely elemek és kapcsolatok léteznek? Hol szükséges ellenőrzés/védelem? 18

19 Célok, alkalmazások Dekompozíció Gráfok Tulajdonságok STRUKTURÁLIS DEKOMPOZÍCIÓ Milyen tartalmazási viszonyok vannak az egyes részrendszerek között? Pl. Robotporszívó Batcave 19

20 Definíció: Dekompozíció A strukturális modell statikus. Kiindulópontja egy (rész)rendszer, amelyet a része reláció mentén alkotórészekre bont. A dekompozíció ( faktoring ) egy összetett probléma vagy rendszer kisebb részekre bontása, amelyek könnyebben érthetők, fejleszthetők és karbantarthatók. Hierarchikus dekompozíció: o Többlépcsős rész-egész viszony Része reláció tartalma szerint: o Fizikai dekompozíció: része = térbeli tartalmazás o Logikai dekompozíció: pl. része = funkció 20

21 Fizikai dekompozíció o Milyen alkatrész? Dekompozíció típusai Logikai dekompozíció funkciók szerint o Mit csinál? Feltérképező és navigáló alrendszer Robotporszívó Tisztító alrendszer Monitorozó alrendszer Mozgásért felelős alrendszer Szenzor alrendszer 21

22 Definíció: Dekompozíció helyessége Egy dekompozíció helyes, ha a dekompozícióval kapott rendszer minden elemének megfeleltethető az eredeti rendszer valamelyik eleme, és az eredeti rendszer minden eleméhez hozzárendelhető a dekompozícióval kapott rendszer legalább egy eleme. 22

23 Példa helyes kompozícióra Teljes rendszer Tovább nem bontott építőelemek (gyakorlatban: ismerjük az összeset?) Szoftveres példa: szolgáltatáskatalógus 23 Interfész definíció (alrendszer belsejében) Interfész a külvilág felé

24 Példa helyes kompozícióra Később: hogyan határozzuk meg a kompozíciót? (elemek/rendszer felől?) 24

25 Célok, alkalmazások Dekompozíció Gráfok Tulajdonságok STRUKTURÁLIS MODELLEK Hogyan viszonyulnak egymáshoz az egyes részrendszerek, komponensek? Pl. Úthálózat Fájlrendszer 25

26 Gráf reprezentáció Emberi gondolkodásmód: dolgok kapcsolata o dolgok: személyek, repülőterek, területek o kapcsolata: függőség, ismeretség, repülőjárat, része Matematikai formalizmus: gráf o csomópontok o élek o (tulajdonságok) XMind 26

27 Definíciók az informatikában Az informatikában mindennek több, gyakran egymásnak ellentmondó definíciója van o rendszer =? o modell =? Gyakran ugyanarra a fogalomra több nevével is hivatkozunk o csomópont, csúcs, pont, objektum (node, vertex, object, concept) o él, összeköttetés, kapcsolat (edge, link, arc, connection, relationship) 27 Egyet válasszunk!

28 Budapest kötöttpályás közlekedés Deák Ferenc tér Astoria Blaha Lujza tér Ferenciek tere Kálvin-tér Rákóczi tér M2 M3 Corvin-negyed M4 4-6 Boráros tér 28

29 Budapest kötöttpályás közlekedés Deák Ferenc tér 2 2 Astoria 1 Blaha Lujza tér M2 M3 M4 4-6 Ferenciek tere 1 Kálvin-tér Rákóczi tér 2 Corvin-negyed Boráros tér legrövidebb út? 29

30 Szűrés: élcímke szerint (részgráf) Pl. csak a metróhálózatot szeretnénk nézni Deák Ferenc tér Astoria Blaha Lujza tér M2 Ferenciek tere Kálvin-tér Rákóczi tér M3 M4 Corvin-negyed Boráros tér Hova lehet eljutni metróval? 30

31 Budapest V. kerülete LIPÓTVÁROS BELVÁROS 31

32 Budapest V. kerülete hierarchikus modell Kossuth Lajos tér LIPÓTVÁROS Deák Ferenc tér Lipótváros V. kerület Belváros BELVÁROS Ferenciek tere Deák Ferenc tér Kossuth Lajos tér Ferenciek tere 32

33 Egyszerű gráfok Deák Ferenc tér közlekedési hálózat: irányítatlan gráf területek: irányított gráf Ferenciek tere Astoria Kálvin-tér Blaha Lujza tér hogyan alakítható irányítottá? Rákóczi tér Lipótváros V. Kerület Belváros Corvin-negyed Boráros tér 33 Deák Ferenc tér Kossuth Lajos tér Ferenciek tere

34 Típusos gráfok Deák Ferenc tér Astoria Blaha Lujza tér V. kerület Ferenciek tere Kálvin-tér Rákóczi tér VIII. kerület Budapest Corvin-negyed IX. kerület Boráros tér 34

35 Grafikus felhasználó felület Fa struktúra ábrázolása o Gráfként o Bennfoglaló ábrázolás Window Menu Main View Edit Help Display Degrad MC 35 Degrees Radians Grads

36 Fastruktúra ábrázolása fájlrendszer C: \Dokumentumok \Kepek \logo.png \alaprajz.jpg \szerzodes.pdf \Drivers Mennyi tárhely szabadul fel a Dokumentumok könyvtár törlésével? 36

37 Fájlrendszer jellemzői Mennyi tárhely szabadul fel a Dokumentumok könyvtár törlésével? Ehhez szükségünk van a fájlok egyes leíróinak pontos ismeretére. Név Típus Méret (kb) Utolsó módosítás Dokumentumok könyvtár 2/2/2016 szerződés.pdf fájl /9/2015 Képek könyvtár 2/2/2016 logó.png fájl 92 3/6/2015 alaprajz.jpg fájl /2/2016 Ezen információk, és a fájlhierarchia együttes ismeretével megválaszolható a kérdés. 37

38 Célok, alkalmazások Dekompozíció Gráfok Tulajdonságok TULAJDONSÁGOK MODELLEZÉSE Milyen jellemzői vannak az egyes komponenseknek? Pl. Táblázatok Adatbázisok 38

39 Definíció: Tulajdonság A modell elemeinek tulajdonságait is jellemezhetjük. A tulajdonság egy a modell elemein értelmezett függvény, amelyet a modellelemeken értelmezünk, parciális (lehet kitöltetlen), értékkészlete a tulajdonságok értékeinek halmaza. 39

40 Táblázatos ábrázolás Táblázat sora = modellelem Táblázat oszlopa = tulajdonság Név Típus Méret (kb) Utolsó módosítás Dokumentumok könyvtár szerződés.pdf fájl Képek könyvtár logó.png fájl alaprajz.jpg fájl NULL / NA attribútumok 40

41 Definíció: Szűrés A szűrés művelet során a modell elemein kiértékelünk egy szűrési feltételt, azt a részmodellt tartjuk meg, amelynek elemei megfelelnek a feltételnek. o Típus = "fájl" Név szerződés.pdf logó.png alaprajz.jpg Típus Méret (kb) fájl fájl fájl Utolsó módosítás o Méret > 1000 kb Név alaprajz.jpg Típus Méret (kb) fájl Utolsó módosítás

42 Definíció: Vetítés Vetítés során a modell egyes jellemzőit kiválasztjuk és a többit elhagyjuk Név Típus Méret (kb) Utolsó módosítás Dokumentumok könyvtár szerződés.pdf fájl Képek könyvtár logó.png fájl alaprajz.jpg fájl Név Méret (kb) Vetítés: {Név, Méret} Dokumentumok szerződés.pdf 569 Képek logó.png 92 alaprajz.jpg

43 Példa lekérdezés: szűrés és vetítés SELECT név, méret FROM Állományok; WHERE típus = fájl AND méret> 1000 SQL: Structured Query Language vetítés adatforrás szűrés o Adatlekérdezés (és -manipuláció) o A relációs adatbáziskezelés alapja o Itt: minta (szűrés, vetítés, származtatás) o Részletesebben: Adatbázisok 43

44 TÍPUSOK 44

45 Táblázatos ábrázolás Sor = modellelem Oszlop = jellemző (gráf elemeinek tulajdonsága) Név Típus Méret (KB) Utolsó módosítás Dokumentumok könyvtár parciális függvény szerződés.pdf fájl Képek könyvtár logó.png fájl alaprajz.jpg fájl

46 Típus és tulajdonságok A típus a címkében kifejezett tudás része o Tehát a típus egy kitüntetett attribútum o A többi jellemző: a tulajdonságok Gyakori konvenció: o tulajdonságok akár változhatnak is o típus egy elemre tipikusan állandó 46

47 Típusgráf Minden csomóponttípushoz egy típuscsomópont Minden éltípushoz egy típusél vonal Metróvonal autóbuszvonal telephely Metró járműtelep Vajon van-e közös vonás? (pl. helyszín, közlekedési hálózat eleme ) autóbuszgarázs 47

48 Típusgráf Címkézett (típusos) kapcsolatok a típus csomópontok közt Hurokél lehetséges Ha az adatok forrása különböző: megvalósítható? Irányított kapcsolat Hiányzik? Autóbuszvonalhoz csak autóbuszgarázs 48

49 Típusgráf és példánygráf Típusgráf Példánya kapcsolatok Típusmodellnek megfelelő-e a példány? (pl. kapcsolódik ) Példánygráf Mik lehetnek a típusok? Lehet-e további típust felvenni? 49

50 Összefoglalás 50

51 STRUKTURÁLIS MODELL REPREZENTÁLÁSA PROGRAMBAN 51

52 Programozási paradigmák Programozási paradigma: egy programozási nyelv elméleti modellje Strukturált programozás (C) o változók struktúrába szervezése: struct Objektum-orientált programozás, OOP (C++, Java) o típus: osztály o példány: objektum o attribútum: mező o műveletek: metódusok o attribútumok/metódusok láthatósága, egységbe zárás stb. bővebben ld. a Programozás alapjai 2. tárgyban 52

53 OOP: öröklés Tervezői döntés: Han Solo nem lesz warrior (nincs fénykardja) Person gender: string Warrior saber_color : string Object name : string Planet orbital_period: int number_of_moons: int Jedi Sith 53

54 Eclipse Modeling Framework Ecore diagram szerkesztő generálható automatikus mentés és betöltés lehetséges a példánymodellek ellenőrizhetők 54

55 Szöveges reprezentációk XML (Extensible Markup Language) o szabványos, általános célú nyelv leírónyelvek definiálására o ember számára (elvileg ) olvasható JSON (JavaScript Object Notation) o szöveg alapú szabvány ember által olvasható adatcserére 55

56 XML példa: időjárás webszolgáltatás 56

57 JSON példa: Google Maps API 57

58 Modellezési nyelvek UML (Unified Modeling Language) o általános célú modellezési nyelv AADL (Architecture Analysis & Design Language) o architektúraleíró nyelv SysML (Systems Modeling Language) o UML-alapú általános modellezési nyelv rendszertervezési célokra EMF (Eclipse Modeling Framework, Ecore) o modellezési nyelv készítésére alkalmas (Adatközpontú modellezés, szakterületi modellek) 58

59 Kitekintés: refaktoring Code refactoring is the process of restructuring existing computer code changing the factoring without changing its external behavior. Refactoring improves nonfunctional attributes of the software. Advantages include o improved code readability and o reduced complexity to improve source code maintainability, and o create a more expressive internal architecture or object model to improve extensibility. Bővebben: felsőbbéves szoftveres tantárgyak 59

60 Refaktoring példa: pull up Warrior Jedi saber_color : string Sith saber_color : string Jedi Warrior saber_color : string Később: Modellben/kódban mi a hatása? Szinkronizáció? Sith 60

61 ÖSSZEFOGLALÁS 61

62 Definíció: Strukturális modell A strukturális modell statikus. Kiindulópontja egy (rész)rendszer, amelyet a része reláció mentén alkotórészekre bont. Az alkotórészek lehetnek: tovább bontott részrendszerek vagy tovább nem bontott (elemi) komponensek. A strukturális modell a rendszer felépítését (struktúráját) az alkotórészei, azok tulajdonságai és egymással való viszonya alapján reprezentálja. 62

63 Példa: (céges) hálózat Router Internet Firewall Smartphone Switch Server Workstation Wifi Laptop Smartphone Workstation Workstation Printer 63

64 Definíció: Dekompozíció A strukturális modell statikus. Kiindulópontja egy (rész)rendszer, amelyet a része reláció mentén alkotórészekre bont. A dekompozíció ( faktoring ) egy összetett probléma vagy rendszer kisebb részekre bontása, amelyek könnyebben érthetők, fejleszthetők és karbantarthatók. Hierarchikus dekompozíció: o Többlépcsős rész-egész viszony Része reláció tartalma szerint: o Fizikai dekompozíció: része=térbeli tartalmazás o Logikai dekompozíció: pl. része=funkció 64