نرمافزار خط لوله
این نوشتار یک ترجمه از ویکیپدیاهای دیگر است. پيوند به سایر زبانها را در سمت راست-پايين اين صفحه ببينيد.
محتویات |
نرمافزار خط لوله [ویرایش]
این مقاله به طور کلی در مورد نرمافزار خط لوله است. برای اجرای اصلی برای بدنه ساخت آن به خط لوله (یونیکس) نظری بیندازید. پیشنهاد شده است که برنامه نویسی خط لوله را به این مقاله یا بخش ادغام شود. این بحث از زمان اوت 2010 ارائه شده است. در مهندسی نرمافزار، خط لوله متشکل از زنجیره ای از پردازش عناصر (فرایندها، رسیمان ها، و غیره..)، مرتب شده است به طوری که خروجی هر عنصر ورودی عنصر بعدی می باشد. معمولاً مقداری از بافر بین عناصر متوالی مقرر شده است. اطلاعاتی که در جریان این خط لوله است اغلب به صورت بایت یا بیت است.این مفهوم لوله ها و فیلتر الگوی طراحی نیز نامیده می شود. که به خاطر شباهت به خط لوله فیزیکی، این چنین نامگذاری شد.
خط لوله چند پردازنده ای [ویرایش]
خط لوله اغلب در یک سیستم عامل چند وظیفه ای، توسط همه عناصری که زمان یکسانی برای پردازش می خواهند اجرا و راه اندازی شده و به طور خودکار به درخواست داده های خوانده شده توسط هر فرایند و داده های نوشته شده توسط فرایند بالادست سرویس دهی میشود. در این روش پردازنده اصلی به طور طبیعی میان فرایندها توسط زمانبند تعویض می شود تا بتوان زمان بیکاری را به حداقل رساند. در مدل های رایج دیگر، عناصر به صورت ریسمان های بسیار کم وزن و یا به عنوان coroutines ها به منظور کاهش سربار سیستم عامل اغلب با فرایندها درگیر میشوند. بسته به سیستم عامل، ریسمان¬ها ممکن است به طور مستقیم توسط سیستم عامل و یا توسط مدیریت ریسمان زمانبندی شوند. Coroutines ها همواره توسط مدیر نوعی از اشکال coroutine زمانبندی میشوند. معمولاً، درخواست های خواندن و نوشتن عملیات را مسدود میکنند. به این معنی که توقیف منبع در دست فرایند معلق است تا زمانی که همه اطلاعات بتوانند در فرایند مقصد نوشته شوند و همچینین اجرای فرایند مقصد پس از خواندن به تعلیق افتاده تا حداقل برخی از داده های درخواست شده بتواند منبع فرایند را به دست آورد. بدیهی است، این مسئله نمیتواند باعث ایجاد بن بست شود که در آن هر دو فرایندا به طور نامحدود در انتظار پاسخ یکدیگر بمانند از این رو حداقل یکی از دو فرایند بزودی درخواست سرویس خود را توسط سیستم عامل اعلام می کند و اجرا را ادامه می دهد. برای اجرا، بیشتر سیستم عامل ها برای اجرای لوله از لوله های بافر استفاده می کنند که اجازه می دهد منابع فرایند اطلاعات بیشتری را فراهم کند تا فرایند مقصد به طور متداول بتواند داده را دریافت کند یا اینکه مایل به دریافت باشد. تحت بیشتر Unices یا سیستم عامل های شبه لینوکس دستور ها ویژه ای در دسترس است که لوله یک بافر را اجرا می کنند که پیاده سازی یک بافر لوله به طور بالقوه بسیار بزرگتر و با قابلیت تنظیم اندازه است که به طور معمول " بافر " نامیده میشود. این دستور می تواند مفید باشد اگر فرایند مقصد به طور قابل توجهی کندتر از منبع فرایند باشد، اما به هر حال مد نظر است که این منبع فرایند بتواند تاحد امکان وظیفه خود را در اسرع وقت تکمیل کند. به عنوان مثال، اگر منبع فرایند شامل یک فرمان باشد که آهنگ صوتی را از روی یک سی دی را بخواند، فرایند مقصد شامل یک فرمان داده است که شکل موج های صوتی را به فرمت MP3 فشرده سازی میکند. در این نمونه عمل میانگیری یا بافرینگ در تمام سرعت ها در بافر لوله به سی دی درایو اجازه می دهد که سریعتر بچرخد و کاربر بتواند سی دی را از درایو پاک کند قبل از آنکه رمز گذاری فرایند به پایان رسد. چنین فرمان بافر را می تواند با استفاده از پیاده سازی اولیه سیستم عامل که موجود است برای خواندن و نوشتن اطلاعات به کار رود. انتظار بیهوده میتواند بوسیله استفاده از امکاناتی مانند نظرسنجی یا انتخاب و یا چند ریسمانه موقوف شود.
ماشین مجازی / سیستم مدیریت محتوا و MVS [ویرایش]
خطوط لوله CMS درگاه ورودی ایده خط لوله به ماشین مجازی / سیستم مدیریت محتوا و سیستم های MVS است. که ساختار های خط لوله پیچیده بیشتری از بدنه ساختار یونیکس را با گرفتن چندین جریان ورودی و تولید چندین جریان خروجی پشتیبانی میکند. (چنین قابلیت هایی توسط هسته یونیکس پشتیبانی میشوند اما برنامه های کمی از آن استفاده می کنند تا از آن برای ترکیبات نحوی پیچیده و حالات مسدود آماده سازد اگر چه بدنه برخی از ساختار ها از طریق تخصیص فایل توصیف¬گر به طور اختیاری آنرا پشتیبانی می کنند). با توجه به ماهیت متفاوت سیستم عامل های رایانه های بزرگ IBM، مراحل بسیاری را در داخل خط لوله های CMS انجام میدهند، که در یونیکس برنامه های خارجی جدا از هم هستند اما میتوانند به طور جداگانه برنامه های خارجی را برای عملکردشان صدا بزنند.، به دلیل ماهیت فایل های ضبط گرا در رایانه های بزرگ IBM، خط لوله در ضبط گرا سریعتر از شیوه جریان گرا فعالیت می کند. شبه خط لوله در سیستم عامل ها تک وظیفه ای فرایندهای خط لوله باید یک به یک به طور سری اجرا شوند، بنابراین خروجی هر فرایند باید در یک فایل موقت ذخیره شود که پس از آن توسط فرایند بعدی خوانده شود. از آنجا که هیچ گونه موازی سازی یا تعویض پردازنده وجود ندارد این نسخه " شبه خط " لوله نامیده میشود. به عنوان مثال، دستور مترجم خط از سیستم عامل داس ('COMMAND.COM') شبه خط لوله را با یک ترکیب ظاهری شبیه به خط لوله یونیکس فراهم می کند. فرمان "دیر | مرتب کردن | بیشتر" باید در آینده شبیه این اجرا شود ( ولو پیچیده تر از نام فایل های موقت )
- ایجاد فایل موقت 1.tmp
- اجرای فرمان "دیر"، تغییر مسیر خروجی خود به 1.tmp
- ایجاد فایل موقت 2.tmp
- اجرای فرمان "مرتب کردن"، تغییر مسیر ورودی به 1.tmp و خروجی به 2.tmp
- اجرای فرمان "بیشتر"، تغییر مسیر ورودی به 2.tmp، و ارائه خروجی به کاربر
- حذف 1.tmp و 2.tmp، که دیگر مورد نیاز نیستند
- بازگشت به خط فرمان
به این ترتیب، شبه لوله مانند لوله های واقعی با بافر لوله را در اندازه نامحدود عمل می کند. ( با وجود فضای محدود دیسک ) با این محدودیت مهم که یک فرایند دریافت میکند نمیتواند هیچ دادهای را از روی بافر لوله تا زمانی که فرایند به طور کامل فرستاده نشده بخواند. علاوه بر ایجاد ترافیک دیسک اگر حافظه پنهان یک دیسک سخت مانند SMARTDRV نصب نشود میتواند تحت سیستم های چند وظیفه ای غیر ضروری باشد. این اجرا همچنین لوله هایی می سازد که برای کاربردهایی که به پاسخ بلادرنگ نیاز دارند متناسب نیستند، برای مثال اهداف تعاملی ساخته شده (که در آن کاربر دستور های را وارد میکند که فرایند اولین بار از طریق خط لوله ورودی آنها را دریافت، وفرایند آخرین بار در خط لوله خروجی خود را از طریق خروجی به کاربر ارائه میکند )
همچنین دستور های که بی نهایت دستور دارند، همانند دستور yes، نمیتوانند در یک شبه لوله استفاده شوند. از آن-جائیکه آن ها تا زمان اتمام ظرفیت دیسک اجرا می شوند، فرایندهای دنباله رو در خط لوله نمی¬توانند اجرا گردند.
خط لوله های شی ء گرا [ویرایش]
در کنار خط لوله های بر پایه¬ی جریان بایت، خط لوله های شی ء گرا وجود دارند. در یک خط لوله ی شی ء گرا، فرایندهای مورد نظر خروجی، به جای متون وجود دارند. بنابراین جابه جایی و حذف دستور ها تجزیه ی رشته ای در پوسته اسکریپت های unix، رایج هستند. ویندوز powershell از این طرح ها استفاده کرده و شیء های .net را انتقال می دهد. کانال¬ها در زبان برنامه نویسی Limbo پیدا می شوند و توسعه و گسترش IPython مثال های دیگری از این کار می باشند.
خط لوله ها در GUI ها [ویرایش]
محیط های گرافیکی همچون سیستم عامل RISC و صفحه ROX هم از خط لوله استفاده می کنند. بیشتر از اینکه یک جعبه مکالمه¬ی امن را که در برگیرنده ی مدیریت فایل ها می باشد_ که به کاربر اجازه ی مشخص کردن مکان نوشتن داده ها و اطلاعات برنامه را می دهد_ را فراهم آورد یک جعبه مکالمه امن که یک آیکن را به همراه رشته ای برای نام آن، فراهم می کند. مقصد آن از طریق یک آیکن کششی مشخص می شود. کاربر می تواند آیکن را در هر جایی که فایل حاضر موجود است و دارای آیکن های دیگر برنامه هاست، رها کند. گر آیکن روی آیکن برنامه انداخته شود، برنامه بارگیری شده و محتوای آن که قبلاً ذخیره شده بود، به رشته ورودی استاندارد برنامه جدید وارد می¬شود. برای مثال، یک کاربر که در حال جستجوی تارنمای جهانی می باشد، ممکن است با شکل فشرده ی .gz روبرو شود و قصد ویراستاری و یا دوباره بارگذاری آن را داشته باشد، او می تواند لینک مربوطه را به آرشیو برنامه خود بیاورد و آیکنی که نمایش دهنده ی محتوای داخلی فایل فشرده می باشد را به ویراستار شکل خود وارد کند. با ویرایش آن، یک جعبه ی ذخیره سازی را باز کرده و آیکن آن را به نرمافزار بارگیری بیاورد. از نظر ادراکی، روش می تواند به همراه یک جعبه مکالمه ی ذخیره ای مرسوم استفاده شود، اما نیازمند برنامه ی کاربران برای داشتن محل مشخص و قابل دسترس در فایل های سیستمی می باشد. در عمل این حالت استفاده نمیشود، بنابراین خط لوله های GUI به ندرت به کار گرفته می شوند.
ملاحظات دیگر [ویرایش]
اسم خط لوله از یک تشابه ناهمگون با لوله کشی فیزیکی در یک خط لوله ی رایج گرفته شده است که اجازه ی ورود اطلاعات را در همان جهت خط لوله به کاربر می دهد. لوله ها و فیلترها می توانند به عنوان یک برنامه ی عملکردی دیده شوند که از جریان بایتی برای داده های خود استفاده می کنند. آن ها همچنین می توانند به شکل خاصی از یک واحد برای ورودی- خروجی دیده شوند. مفهوم خط لوله همچنین مرکز توسعه چارچوب تارنما یا پیاده سازی هر Xproc ای می باشد. که در آنجا اجازه ی اصلاح را به جریان منبع قبل از نمایش، داده می شود. این الگو استفاده از رشته های متنی به عنوان ورودی و خروجی برنامه ها را افزایش می دهد. تکیه داشتن بر متون در زمانیکه پوسته های گرافیکی در برنامه های متنی ایجاد می¬شوند، بسیار رایج است.
تاریخچه [ویرایش]
خط لوله های فرایند توسط Douglas Mcllory ابداع شد. او یکی از اولین طراحان سیستم unix بود، و آن را به عنوان یکی از محبوبترین سیستم های عامل مطرح کرد. همچنین این سیستم می تواند به عنوان اولین نمونه ی مهم ترکیبات نرمافزاری در نظر گرفته شود. همچنین ایده¬ی آن به طور اتفاقی به سیستم های دیگری همچون DOS,OS/2,Windows NT, BeOs, AmigaOS, MorphOS, Mac OS X به کار گرفته شد.
منابع [ویرایش]
- ویکیپدیای انگلیسی. //en.wikipedia.org/wiki/pipeline(software)
