معماری سرویس گرا

پیش گفتار
عصر حاضر که آن را عصر اطلاعات نام نهاده اند شکل گیری و پیشرفت خود را مرهون تکامل و ترقی دانش و صنعت کامپیوتر است. دانشی که انسان را قادر ساخت تا توانایی ذهن و حافظه ی خود را به طرز حیرت آوری گسترش دهد و محاسبات عظیم و پردامنه را که تا این زمان ناممکن به نظر می رسید با سرعتی شگفت انگیز به انجام رساند.
در چهار دهه اخیر، پیچیدگی نرم افزارها روز بروز بیشتر شده و تقاضا برای نرم افزارهای قدرتمندتر افزایش یافته است. در این میان، به نظر می رسد که روشهای قدیمی جوابگوی نیازهای در حال رشد کنونی نیستند و نیاز به ایجاد و بکارگیری روشهایی است که بوسیله آنها بتوان بر این پیچیدگیها در زمانهایی کوتاهتر غلبه کرد. از طرفی امکان کنار گذاشتن سیستمهای نرم افزاری موجود که تا به حال مشغول سرویس دهی به مشتریان بوده اند،  وجود ندارد و می بایست سیستمهای جدید را بصورت یکپارچه و در کنار همین سیستمها بوجود آورد. معماری سرویس گرا، با تکیه بر محاسبات توزیع شده و بر پایه شبکه ها و لایه های میانی و همچنین زبانهایی که تولید نرم افزارهای توزیع شده را فراهم می کنند، بعنوان راه حلی مناسب جهت از میان برداشتن مشکلات و مسائل مذکور مطرح گردیده است.
دنیایی را  تصور کنید که در آن همه جا سرویس ها حاضر هستند و با نحوه تفکر و کار ما یکپارچگی اساسی داشته باشند. دنیایی که در آن ارائه دهندگان و جویندگان اطلاعات فارغ از دغدغه های همخوانی و نحوه برقراری ارتباط با یکدیگر با اتکا بر استانداردهای از پیش تعیین شده فقط به استفاده مؤثرتر از منابع خود برای یافتن اطلاعات و یا ارائه آن اطلاعات به شکل مؤثرتر متمرکز هستند.
برای برخی افراد دستیابی به چنین دنیایی ممکن است نا میسر و یا نیازمند مدتی بسیار طولانی باشد. اما برای کسانیکه پی گیر تحولات و سیر تکاملی و شتابان فن آوری اطلاعات هستند، این موضوع روشن است که این هدف هم اکنون در دسترس میباشد. و در واقع تا عمومیت یافتن کامل سرویس های وب حداکثر سه تا چهار سال دیگر فاصله داریم.
رسیدن به چنین هدفی را استانداردهای باز که در دسترس همگان قرار دارند، بسیار سهل الوصول تر کرده اند به گونه ای که اکنون اغلب پلاتفرم های عمده از استانداردهای مؤثر بر ساخت سرویس های وب پشتیبانی می کنند.
وسعت سرویس های وب به حدی رسیده است که اکثر انواع تلفن های همراه، رایانه های جیبی و حتی گاهاً لوازم خانگی نیز توانایی بکار بردن سرویس های وب را دارا می باشند.
اما معماری سرویس گرا با گسترش روز افزون پذیرفته شدن سرویس های وب توسط صنعت تأثیر خود را بر فن آوری اطلاعات نشان داده است. معماری سرویس گرا یک روش ساخت نرم افزار را بیان میکند که تمامی طول عمر نرم افزار را در بر می گیرد.
طول عمر نرم افزار بنا به تعریف معماری سرویس گرا شامل :
ایده های بوجود آمدن سرویس، مدل کردن سرویس، طراحی سرویس، پیاده سازی یا توسعه سرویس، بکار بردن سرویس، مدیریت سرویس ها، نسخه گزاری سرویس ها، و در نهایت از رده خارج کردن سرویس ها را در برمیگیرد.
در این پایان نامه سعی شده است تا مباحث مربوط به معماری سرویس گرا به طور واضح و در جهت کاربرد توضیح داده شوند.
 
فهرست مطالب
عنوان                                 صفحه
پیش گفتار     A
چکیده    D
فصل 1 :
1-1-    مقدمه    2
1-1-1    - معماری سرویس گرا چیست؟    3
2-1-1- ویژگی های سیستم های مبتنی بر معماری سرویس گرا    9
3-1-1- آماده شدن برای معماری سرویس گرا    12
2-1- معرفی    15
3-1- ویژگیهای سرویس و محاسبات سرویس گرا    17
4-1- نرم افزار به عنوان سرویس    19
5-1- مفهوم معماری سرویس گرا    20
6-1- معماری سرویس گرای مقدماتی    23
7-1- معماری سرویس گرای توسعه یافته    25
8-1- نیازمندیهای معماری سرویس گرا    29
فصل 2 : معماری سرویس گرا
1-2-    مقدمه    32
2-2- محرک های تجاری در رویکردی جدید    32
3-2- معماری سرویس گرا به عنوان یک راه حل    35
1-3-2- تجزیه و تحلیل و طراحی شی گرا    35
2-3-2- طراحی بر مبنای جزء    36
3-3-2- طراحی سرویس گرا    37
4-3-2- طراحی بر مبنای واسط    39
5-3-2- معماریهای برنامه های کاربردی لایه ای     41
4-2- نگاهی دقیق تر بر معماری سرویس گرا    42
1-4-2- جنبه های عملکردی    43
2-4-2- جنبه های کیفیت سرویس    44
3-4-2- همکاری SOA    45
4-4-2- نقش ها در معماری سرویس گرا    45
5-4-2- عملیات در معماری سرویس گرا    46
6-4-2- سرویس در بافت SOA    48
7-4-2- سرویس در برابر اجزاء    49
5-2- مزایای معماری سرویس گرا    51
1-5-2- بالا بردن دارایی های موجود    51
2-5-2- مجتمع سازی و اداره کردن راحت تر پیچیدگی     52
3-5-2- پاسخگویی بیشتر و خرید و فروش سریعتر     52
4-5-2- کاهش هزینه و افزایش استفاده مجدد    52
5-5-2- آمادگی در برابر حوادث    53
فصل 3 : معماری سرویس وب
1-3-    مقدمه    55
2-3- سرویس وب چیست؟    56
3-3- مدل چند لایه مبتنی بر XML-Web service    56
1-2-3- برخی از ویژگیهای سرویس های وب    63
4-3- قابلیت عملکرد متقابل سرویس های وب    65
1-1-3-3- انگیزه های مالی برای معماری سرویس گرا     66
2-1-3-3- خصیصه های معماری سرویس وب    68
3-1-3-3- سازمان قابلیت عملکرد متقابل سرویس های وب    69
4-1-3-3- خصوصیات گزارش    71
5-1-3-3-  موارد کاربردی و سناریوی مورد استفاده     72
6-1-3-3- برنامه های کاربردی نمونه    71
7-1-3-3- ابزارهای تست    72
2-3-3- گزارش بر مبنای WS-I 1.0    72
1-2-3-3- سناریوی مورد استفاده یک طرفه    73
2-2-3-3-  سناریوی مورد استفاده تقاضا / پاسخ همزمان    73
3-2-3-3- سناریوی مورد استفاده تماس برگشتی اولیه     73
فصل 4 : انتخابهای تکنولوژی
1-4-    انتخابهای تکنولوژی    76
2-4- مقدمه    77
1-2-4- مزایای سرویس های وب    77
2-2-4- معایب سرویس های وب    78
3-4- لایه های پشته معماری سرویس گرا    79
1-3-4- حمل و نقل    79
2-3-4- پروتکل تبادل سرویس    80
3-3-4- شرح سرویس    81
4-3-4- سرویس    82
1-4-3-4- سرویس وب و J2EE    82
2-4-3-4- چارچوب کاری احضار سرویس وب    83
3-4-3-4- برخی ملاکهای مؤثر در انتخاب چهارچوبها    84
5-3-4- فرآیند تجاری    92
6-3-4- بایگانی سرویس    94
1-6-3-4- درخواست مستقیم    94
2-6-3-4- انتشار جمعی ساده     94
3-6-3-4- استفاده از دایرکتوری    95
7-3-4- سیاست    95
1-7-3-4- استانداردهای نوظهور برای سیاست    96
8-3-4- امنیت    97
9-3-4- معاملات    102
1-9-3-4- استانداردهای نوظهور برای معاملات    103
- WS-Coordination    103
- WS-Transaction    104
پشتیبانی نگهداری برای سرویس وب      104   
10-3-3- مدیریت    105
نتیجه گیری    107
خلاصه     108
پیوست    110
منابع    112
 
چکیده
یک معماری سرویس گرا اساساً یک مجموعه از سرویس ها است که این سرویس ها با هم ارتباط و تعامل دارند. این ارتباط می تواند به صورت ارتباط از طریق پیغام باشد یا اینکه دو یا چند سرویس با همکاری هم، کاری را انجام دهند. معماری سرویس گرا چیز جدیدی نمی باشد. در این پروژه به بررسی معماری سرویس گرا، به عنوان یکی از آخرین دستاوردهای صنعت مهندسی نرم افزار و تکنولوژیهایی قابل استفاده در این معماری، پرداخته می شود.
 
1-1- مقدمه:
معماری سرویس گرا به عنوان یکی از آخرین دستاوردها در تولید نرم افزار، به نظر می رسد، در سالهای آتی معماری غالب صنعت فناوری اطلاعات و ارتباطات باشد. علت بوجود آمدن این معماری، ایده ای بود که در ذهن تعدادی از معماران آن وجود داشت و آن نرم افزار به عنوان سرویس بود. در مدل نرم افزار به عنوان سرویس شما نرم افزار خود را بگونه ای طراحی می کنید که قابل استفاده توسط سیستم های دیگر باشد یعنی دیگران می توانند برای استفاده از سرویس شما ثبت نام کنند و هر موقع که لازم داشتند از خدمات آن بهره ببرند، همانند حالتی که در مورد شبکه های تلویزیون کابلی وجود دارد. تا زمانی که شما به سرویس متصل هستید، شما می توانید هر لحظه که خواستید از سرویس استفاده کنید.
برای مدتهای طولانی برنامه نویسان سعی می کردند تا، کدهای خود را بصورت modular بنویسند، تا بتوان از آن در تولید نرم افزارهای دیگر استفاده کرد. تفاوت نوشتن کد بصورت modular و بر اساس معماری سرویس گرا در حجم مخاطبان آن است.
دوباره به همان مثال اول برمی گردیم، وقتی شما کد خود را به منظور قابل استفاده بودن توسط نرم افزارهای دیگر، به شکل Modular می نویسید مانند این است که، یک شبکه تلویزیون کابلی درون یک ساختمان خاص دارید و بنابراین فقط ساکنین آن ساختمان می توانند از آ« بهره برداری کنند.
در جهان امروز طیف مخاطبانی که بالقوه می توانند از سرویس شما استفاده کنند، کل کاربران روی شبکه اینترنت است. بنابراین باید مکانیزمی بوجود می آمد، که می توانست پاسخگوی این محیط جدید (اینترنت) و کاربران آن باشد و بنابراین معماری سرویس گرا بوجود آمد. این معماری توسط دو شرکت IBM ، Microsoft بوجود آمد، که هر دو شرکت طی سالهای اخیر از حامیان اصلی سرویسهای وب و عامل بسیاری از ابداعات جدید در حیطه سرویس های وب، مانند WSE ، UDDI بوده اند. قابل ذکر است، که در آخرین معماری در حال توسعه، در تولید نرم افزار که هنوز هم در مرحله تحقیقاتی است (MDA) ، تدابیری جهت هماهنگی با معماری سرویس گرا در نظر گرفته شده است.
از نمونه های استفاده از این معماری در کشور خودمان، سازمان ثبت احوال کشور است که موظف شده تا پایگاه اطلاعاتی خود را بصورت سرویس وب و مبتنی بر این معماری به سایر نهادها مانند نیروی انتظامی و سایر دستگاه ها ارائه دهد.
1-1-1-    معماری سرویس گرا چیست؟
همان طور که در عنوان آن مشخص است، به مفهومی در سطح معماری، اشاره می کند و بنابراین در مورد چیزی پایه ای و اساسی در سطوح بالا است، که پایه و اساس آن تجربیات بدست آمده در تولید سیستم های نرم افزاری مبتنی بر CBD و دو اصل اساسی در صنعت مهندسی نرم افزار یعنی تولید نرم افزار بصورت با همبستگی زیاد و در عین حال با چسبندگی کم است. بنابراین ایده های برنامه نویسی سرویس گرا ایده ا جدید نیست و شما شاید قبلاً از آن استفاده کرده باشید. اما جمع آوری بهترین تجربیات از تولید چنین سیستمهایی بصورت مجتمع و ناظر به وضعیت تکنولوژیکی امروز بشر، که همان مفاهیم مطرح شده در معماری سرویس گرا است چیز جدیدی است. در زیر بصورت دقیق تر این بحث را ادامه می دهیم آیا تولید سیستم های سرویس گرا مفهوم جدیدی است؟ مهندسان نرم افزار، همیشه می گفتند و گفته اند که نرم افزار باید به شکلی نوشته شود که همبستگی زیاد ولی در عین حال اتصال کمی داشته باشد. شرکتهای بزرگ نرم افزاری هم در جهت گام برداشتن برای رسیدن به این دو اصل، تکنولوژی هایی را بوجود آورده اند که به برنامه نویسان اجازه دهد تا به این دو هدف در تولید نرم افزارهای خود تا حد زیادی دست یابند. برای مثال می توان به تکنولوژی هایی مانند CORBA ، COM+ و RMI و موارد دیگر، اشاره کرد. خوب پس مشاهده کردید که موضوع برنامه نویسی سرویس گرا، مفهوم جدیدی نیست و این معماری تلاشی دیگر در جهت تولید نرم افزارهای با همبستگی زیاد و در عین حال با چسبندگی و اتصال کم است. ممکن است بپرسید، پس چرا با وجود تکنولوژی های قدرتمندی چون RMI ، COM+ و CORBA چیز جدیدی بوجود آمد؟ مگر تکنولوژی های قبلی موفق نبودند؟ بله مهمترین اشکال در معماری های قدرتمندی چون موارد مذکور این بود که تولید کنندگان  آنها سعی داشتند، که تکنولوژی خود را بر بازار غالب نمایند. رویایی که هرگز به حقیقت نمی پیوست . بنابراین با توجه به این موضوع که این تکنولوژیها قادر به تعامل مناسب با یکدیگر نبودند عملاً اصل همبستگی زیاد بصورت خود بخود رد می شد.
البته معماری های مذکور اشکالات دیگری هم داشتند که نسبت به موارد بالا از اهمیت کمتری برخوردار است که از جمله آنها می توان به عدم هماهنگی با اصول امنیتی مورد استفاده در اینترنت اشاره کرد. البته بعدها راه حل هایی هم برای این مشکل بوجود آمد (مانند Over HTTP RPC ) اما به این علت که از روز اول، در طراحی این تکنولوژی ها این امر در نظر گرفته نشده بود، از کارایی مناسبی برخوردار نبودند. مفهوم همبستگی زیاد و در عین حال با چسبندگی و اتصال کم، وقتی بخواهد در جهت ارزیابی یک سیستم نرم افزاری یا تکنولوژی، مورد استفاده قرار گیرد بسیار مبهم می شود. حتی کسی می تواند ایده های همبستگی و چسبندگی را با هم ترکیب کند! برای جلوگیری از چنین ابهاماتی، شما می توانید از ویژگی های معماری سرویس گرا به عنوان یک راه برای ارزیابی میزان همبستگی و چسبندگی و اتصال یک سیستم نرم افزاری یا یک تکنولوژی استفاده کنید. اگر چه مفاهیم مطرح شده در معماری سرویس گرا دقیقاً همان مفاهیم همبستگی زیاد و در عین حال چسبندگی کم نیستند، اما سیستمهایی که بر اساس معماری سرویس گرا طراحی و پیاده سازی شده اند، نشان داده اند که توانسته اند تا حد بسیار زیادی  ویژگی های همبستگی زیاد و در عین حال چسبندگی کم را بخوبی در خود ایجاد و حفظ کنند.
معماری سرویس گرا (SOA)  روشی جدید و در حال تکامل برای ساخت برنامه های توزیع شده است. سرویس ها اجزای توزیع شده با رابط های تعریف شده و مشخص هستند که پیغام های XMIL را پردازش و تبادل می کنند. با رویکرد سرویس گرا می توان راه حل هایی را ارائه داد که به مرز دامنه های سازمان یا شرکت محدود نیستند. با استفاده از SOA می توان در شرکتی که دارای سیستم ها و برنامه های کاربردی مختلف روی ایستگاه های کاری متفاوت است، یک راه حل یکپارچه سازی با استقلال زیاد ساخت که جریان یکنواخت و ناهماهنگ کار را تضمین کند.
هرکس که از سایت های تجارت الکترونیکی به صورت آنلاین خرید کرده باشد، با مفهوم سرویس ها آشنا است. وقتی که سفارش تان را دادید، باید اطلاعات کارت اعتباری تان را ارایه کنید که به طور معمول توسط یک فراهم کننده سرویس ثانویه، تأیید و شارژ می شود. وقتی که سفارش پذیرفته شد، شرکت سفارش گیرنده با یک شرکت فراهم کننده سرویس حمل و نقل هماهنگ می کند و در نهایت کالای شما تحویلتان می شود. نیاز به معماری سرویس گرا از جنبه های دیگر نیز به شکل بارزی در برنامه های کاربردی تجارت الکترونیکی مشهود است. اگر مثلاً جزء مربوط به پرداخت کارت اعتباری Offline و یا غیر فعال باشد، قرار نیست که فرآیند فروش متوقف شود. بلکه سفارش ها بایستی پذیرفته شوند و عملیات پرداخت به وقت دیگری موکول شود.
مثل سایر معماری های توزیع شده، SOA ساخت برنامه های کاربردی با استفاده از اجزایی که در دامنه های جدا از هم قرار دارند را ممکن می سازد. SOA از سرویس های وب به عنوان نقاط ورود برنامه کاربردی استفاده می کند که از لحاظ مفهومی معادل همان اجزای Proxy و Stub در سیستم های توزیع شده سنتی مبتنی بر اجزاء هستند. با این تفاوت که در این جا ارتباط بین سرویس وب و استفاده کننده خیلی آزادانه تر و مستقل تر است. به علاوه SOA به خاطر در برداشتن فاکتورهایی که اهمیت حیاتی در تجارت دارند، نیز منحصر به فرد است. فاکتورهایی نظیر: قابلیت اطمینان سرویس، جامعیت پیام، یکسانی تراکنش و امنیت پیام. در امور تجاری واقعی نمی توان روی سرویس هایی که یک درخواست را فقط به خاطر این که بتوانند بفهمند، پردازش می کنند حساب کرد. در امور تجاری به قطعیت و اطمینان بیشتری خاطر این که بتوانند بفهمند، پردازش می کنند حساب کرد. در امور تجاری به قطعیت و اطمینان بیشتری نیاز است. واضح است که سیستم های مختلف ممکن است بعضی اوقات غیر فعال باشند و یا پاسخگویی آن ها در دفعات مختلف متفاوت باشد. با وجود این هیچکدام از این موارد نباید برای کنار گذاشتن یا عدم پاسخ به یک درخواست باشند.
واضح است که سیستم های مختلف ممکن است بعضی اوقات غیر فعال باشند و یا پاسخگویی آن ها در دفعات مختلف، متفاوت باشد. با وجود این، هیچ کدام از این موارد نباید دلیلی برای کنار گذاشتن یا عدم پاسخ به یک درخواست باشند. علاوه بر آن نباید هیچ ابهامی در نحوه فراخوانی یک سرویس وجود داشته باشد. اگر سیستمی توانایی های خود را در قالب سرویسی روی وب ارائه کند، در آن صورت نحوه فراخوانی آن سرویس باید به طور واضح مستندسازی و اعلام شود. بسیاری از مسائل دسترس پذیری و مقیاس پذیری برنامه های کاربردی امروزی در SOA حل شده است که احتمال نقض آن در هر مرحله ای از جریان کار بسیار زیاد است. در SOA فرض بر این است که خطا وجود دارد و می تواند اتفاق بیفتد، بنابراین استراتژی هایی برای برخورد با این خطاها در نظر گرفته است. به عنوان مثال اگر یک سرویس نتواند یک پیغام را در مرحله اول بپذیرد، این معماری طوری طراحی شده است که مجدداً پیام را بفرستد.
و اگر یک سرویس به طور کامل قابل دسترس نباشد، (که هرگز نباید در یک سیستم SOA پایدار اتفاق بیفتد) آن وقت معماری طوری طراحی شده است که روی دادن خطاهایی که منجر به قطع کامل در خواست سرویس می شود، امکان پذیر نباشد. SOA قابلیت اطمینان را افزایش می دهد، چون خطاهای موقت در بخشی از جریان کار نمی توانند کل فرآیند تجاری را از کار بیاندازند.
به بیان کلی، SOA فرآیندی تکامل یافته را ارائه می نماید و از این نظر می توان آن را بلوغ سرویس های وب و تکنولوژی های یکپارچه سازی به حساب آورد. در SOA به این امر توجه شده است که سیستم های با اهمیت حیاتی که بر مبنای تکنولوژی های توزیع شده ساخته می شوند، باید تضمین های خاصی را تأمین نمایند. در این گونه سیستم ها باید این اطمینان وجود داشته باشد که درخواست های سرویس به طور صحیح مسیر دهی و هدایت شوند، در زمان مناسب به آن ها پاسخ داده شود، و این سرویس ها به طور واضح و دقیق سیاست های ارتباطی و رابط های خود را اعلام کنند.
2-1-1- ویژگی های سیستم های مبتنی بر معماری سرویس گرا :
- استفاده کنندگان از سرویس هیچ لزومی ندارد از جزئیات پیاده سازی سرویس در سمت سرویس دهنده مطلع باشد.
- محل سرویس دهنده باید از نظر استفاده کننده از سرویس پنهان باشد (در انجام امور مرتبط با استفاده از سرویس) و تنها در زمان اجرای سرویس گیرنده از مکان سرویس دهنده آگاه خواهد شد.
- نرم افزار مبتنی بر معماری سرویس گرا باید بتواند با نرم افزارهای موجود روی سایر پلتفرم ها تعامل داشته باشد.
- چندین نسخه از سرویس باید بصورت همزمان در کنار هم فعالیت کنند زیرا با توجه به طیف گسترده استفاده کنندگان در صورت بروز رسانی سرویس در سمت سرویس دهنده ، به سرعت امکان بروز رسانی استفاده کنندگان سرویس وجود ندارد.
همچنین تعدادی از ویژگی هایی که هر نرم افزار، اعم از اینکه مبتنی بر این معماری باشد یا نباشد، باید داشته باشد به شرح زیر است :
•    کارآیی زیاد
•    امنیت بالا ( تضمین محرمانگی، صحت اطلاعات و همیشه در دسترس بودن) و همچنین کنترل دسترسی
•    قابلیت اطمینان بالا بخصوص وقتی سروکار با تراکنش های چند مرحله ای است.
سرویس های وب به عنوان پایه معماری سرویس گرا : سیر تکامل و رشد XML، با پیدایش سرویس های وب همراه بود. یک سرویس وب بهترین راه حل برای پیاده سازی معماری سرویس گرا است، مخصوصاً وقتی دیدگاه استفاده از کل کاربران اینترنت به عنوان کاربران بالقوه سرویس مطرح باشد. شما پایه کار خود را بر پروتکل HTTP بنا می نهید، پروتکلی که از همه پروتکل های دیگر روی اینترنت قابل دسترس تر است. با نگاه به قابلیتهای سیستم های نرم افزاری مبتنی بر معماری سرویس گرا، شما متوجه خواهید شد که سرویس های وب بسیاری از موارد مطرح شده در بالا را رعایت می کنند اما تعدادی از اصول مطرح شده را هم زیر پا می گذارند که آن را بررسی می کنیم :
•    کارآیی : XML که عنصر اصلی سازنده سرویسهای وب است، نسبت به سایر مکانیزم های انتقال اطلاعات (binary)  از سربار بسیار زیادی برخوردار است.
•    قابلیت اطمینان در تراکنش ها : اگر شما در یک تراکنش از یک سرویس وب استفاده کنید، چگونه می توانید صحت تراکنش را تضمین کنید در حالی که تمام کارهای شما مبتنی بر اینترنت و پروتکل HTTP است؟