Розробка системи автоматизованого мережевого розподілення навчального матеріалу

 

Для створення  системи автоматичного мережевого розподілення інформації було обрано платформу QT (Quasar Technologies) – крос-платформний  інструментарій розробки ПЗ мовою програмування C++, бібліотека класів. Говорячи більш  конкретно, на чільне місце поставлено дві речі: перше – бібліотеки створені для мови С++; друге –  основою є інтерфейс користувача.

Бібліотека QT замислювалася і починалася як крос-платформний інструментарій (toolkit) для швидкої розробки графічних  інтерфейсів (GUI) програм на мові C++, з метою спростити життя програмістів, які пишуть на C++ крос-платформні GUI-програми, що переносяться та повинні працювати  і в середовищі Windows, і в середовищі Unix / Linux, і на комп'ютерах Macintosh.

В даний  час QT значно переросла рамки інструментарію для розробки графічних інтерфейсів  програм. Вона надає програмісту  цілісний каркас (framework), що дозволяє при  написанні більшої частини програми використовувати тільки класи QT і  практично повністю відмовитися  від написання системно-залежного  коду, використання системних викликів (будь то Win32 API виклики або Unix система) або від винаходу власних крос-платформних  обгорток. Класи QT покривають майже  всі потреби програміста. QT дозволяє запускати написане за його допомогою  ПЗ в більшості сучасних операційних систем шляхом простої компіляції програми для кожної ОС без зміни початкового коду. Включає в себе всі основні класи, які можуть знадобитися при розробці прикладного програмного забезпечення, починаючи від елементів графічного інтерфейсу і закінчуючи класами для роботи з рядками, для роботи з файлами, мережею, базами даних, XML, для забезпечення багатопоточності в програмі, і багато-багато іншого. QT є повністю об'єктно-орієнтованим, легко розширюваним і підтримує техніку компонентного програмування. За своїми можливостями і багатством бібліотека QT порівнянна с NET Framework або з системою класів Java 2 EE.

На сьогоднішній день QT задовольняє всім сучасним вимогам  в створенні програм, як невеликих  додатків, так і вузькоспеціалізованих  програмних комплексів.

Таким чином, вибір платформи QT для створення  системи автоматичного мережевого розподілення учбового матеріалу у  комп’ютерному класі я вважаю вдалим, тому що це надає моїй роботі ряд переваг:

1. Платформо-незалежність. QT дозволяє запускати написане за його допомогою ПЗ в більшості сучасних операційних систем шляхом простої компіляції програми для кожної ОС без зміни початкового коду і при роботі ми завжди отримаємо вірний результат і в середовищі Windows, і в середовищі Unix / Linux, і на комп'ютерах Macintosh;

2. Легкість в написанні та розумінні програми. QT надає цілісний каркас (framework), що дозволяє при написанні програми використовувати тільки класи QT і практично повністю відмовитися від написання системно-залежного коду, використання системних викликів та ін. Включає в себе всі основні класи, які можуть знадобитися при розробці прикладного програмного забезпечення, починаючи від елементів графічного інтерфейсу і закінчуючи класами для роботи з рядками, файлами, мережею, базами даних, XML, для забезпечення багатопоточності в програмі і багато іншого;

3. Зручний інтерфейс та легкість в використанні. Однією з основ бібліотек QT є інтерфейс користувача. Бібліотека QT замислювалася як крос-платформний інструментарій (toolkit) для швидкої розробки графічних інтерфейсів (GUI) програм на мові C++.

 

2. Технологія клієнт – сервер: взаємодія клієнта з сервером

 

Технологія  клієнт – сервер є одним із архітектурних  шаблонів програмного забезпечення та домінуючою концепцією у створенні  розподілених мережних застосувань  і передбачає взаємодію та обмін  даними між ними. Вона передбачає такі основні компоненти (див.рис. 1.1):

- набір серверів, які надають інформацію або інші послуги програмам, які звертаються до них;

- набір клієнтів, які використовують сервіси, що надаються серверами;

- мережа, яка забезпечує взаємодію між клієнтами та серверами.

 

Рис. 1.1. – Модель технології клієнт – сервер

 

Клієнт  – це робоча станція користувача, що виконує функції взаємодії  з користувачем, здійснює необхідні  обчислення і забезпечує приєднання до віддалених ресурсів сервера, засобів  їх обробки та управління ними.

Програмне забезпечення клієнта може використовувати  запуск програм на віддалених робочих  місцях чи серверах. Це дозволяє не тільки зберігати фрагменти (модулі) прикладних програм на різних комп'ютерах для  розподілу їх між користувачами, але й виконувати їх на різних комп'ютерах. Робоча станція клієнта може не мати жорсткого диска з якого забезпечується завантаження системних програм. В  цьому випадку використовується віддалене завантаження операційної  системи з віддаленого сервера  в операційну пам'ять комп'ютера  з використанням мережі передачі даних. Програмне забезпечення клієнта  може надавати користувачу сервіси прямого мережевого обміну з допомогою відомих протоколів: ТСР/IР, IPX, NetBios, Ethernet, X.25, тощо.

Сервер  – це одно або багатопроцесорний  комп 'ютер з розділеними пам'яттю, обробкою даних, засобами телекомунікації  і засобами управління устаткуванням. Сервери розрізняються за функціями  обслуговування клієнтів: файл-сервери, сервери баз даних, комунікаційні  сервери, обчислювальні сервери  тощо.

Сервер  взаємодіє з клієнтом за допомогою  механізму транзакцій.

Транзакція  – це сеанс обміну даними між  робочою станцією та сервером, при  якому сервер відслідковує запити клієнта, ставить їх в чергу, виконує згідно з розписом, сповіщає клієнту про  виконання та надає результат  обробки.

Технологія  клієнт – сервер забезпечує використання:

- корпоративного управління всіма ресурсами інформаційної системи, що доступні через мережі передачі даних;

- розділення доступу до даних і програм між: робочими станціями і серверами, які з 'єднані мережами передачі даних;

- організації програмного забезпечення на основі концепції відкритих систем.

Таким чином  за технологією клієнт – сервер користувач не керує ходом виконання  поставленої проблеми, а система  автоматично здійснює рішення поставленої задачі, оптимальним чином використовуючи ресурси технічних засобів, баз даних та засобів телекомунікації. Це означає, що одна задача може вирішуватись багатьма робочими станціями та серверами, які розміщені в різних частинах міста, країни, світу, тобто є територіально розподіленими.

 

3. Робота з мережею засобами QT

 

Модуль  роботи з мережею QtNetwork надає класи, які допомагають зробити мережеве програмування простіше. Він пропонує як класи високого рівня, такі як QHttp і QFtp, які імплементують специфічні протоколи рівня програм, і класи низького рівня, такі як QTcpSocket, QTcpServer і QUdpSocket. З повним переліком класів для написання клієнтів і серверів TCP / IP, які надає модуль QtNetwork можна ознайомитись у Таблиці 1.1.

Таблиця 1.1

Класи	Опис
QAbstractSocket	Базовий функціонал, загальний для  всіх типів сокетів
QAuthenticator	Об'єкт аутентифікації
QFtp	Реалізація клієнтського боку FTP-протоколу
QHostAddress	IP-адреса
QHostInfo	Статичні функції для пошуку імен хостів
QHttp	Реалізація HTTP-протоколу
QHttpHeader	Заголовна інформація для HTTP
QHttpRequestHeader	Заголовна інформація HTTP запиту
QHttpResponseHeader	Заголовна інформація HTTP відповіді
QNetworkAddressEntry	Зберігає одну IP-адресу, підтримувану мережевим інтерфейсом, разом з  маскою мережі та широкомовною адресою

 

Продовження таблиці 1.1

QNetworkInterface	Список IP-адрес комп'ютерів і мережевих  інтерфейсів
QNetworkProxy	Робота з проксі
QSslCertificate	Допоміжне API для сертифікатів X509
QSslCipher	Робота з SSL криптографією
QSslError	Помилка SSL
QSslKey	Інтерфейс для закритих і відкритих  ключів
QSslSocket	Зашифрований SSL-сокет для клієнтів і серверів
QTcpServer	TCP-сервер
QTcpSocket	TCP-сокет
QUdpSocket	UDP-сокет
QUrlInfo	Зберігає інформацію про адреси URL

 

1. Використання TCP за допомогою класів QTcpSocket та QTcpServer

TCP (Transmission Control Protocol) є мережевим протоколом  низького рівня, що використовуються  в більшості інтернет-протоколів, включаючи HTTP і FTP, для передачі  даних. Це надійний, потокоорієнтовний,  що ґрунтується на з'єднаннях транспортний протокол. Особливо добре він підходить для безперервної передачі даних.

Клас QTcpSocket надає інтерфейс для TCP. Ви можете використовувати QTcpSocket для створення  стандартних мережевих протоколів таких як POP3, SMTP і NNTP, і для інших.

Перед передачею  даних повинне бути встановлене TCP-з'єднання з віддаленим хостом і портом (див.рис.1.2). Як тільки зв'язок встановлен, IP-адреса та порт з'єднання доступні через QTcpSocket :: peerAddress() і QTcpSocket :: PeerPort(). Будь-коли з'єднання може бути закрито, і тоді передача даних буде негайно зупинена.

 

Рис. 1.2 – TCP-з'єднання

 

QTcpSocket працює  асинхронно і посилає сигнали,  що повідомляють про зміну  статусу і помилки, так само  як в QHttp і QFtp. Записувати дані  в сокет можна використовуючи QTcpSocket :: write(), а читати дані використовуючи QTcpSocket :: read(). QTcpSocket надає два незалежних  потоку даних: один для читання,  інший для запису.

Так як QTcpSocket успадкований від QIODevice, можна використовувати  його з QTextStream і QDataStream. При читанні  з QTcpSocket потрібно впевнитися, що доступно достатньо даних, це можна зробити  за допомогою виклику QTcpSocket :: bytesAvailable ().

Якщо  вам потрібно обробити вхідні TCP-з'єднання (наприклад, в серверному додатку), використовуйте клас QTcpServer. Викликавши QTcpServer :: listen(), встановіть сервер, і з'єднайтесь з сигналом QTcpServer :: newConnection() або QTcpServer :: incomingConnection(), який надсилається для кожного клієнта при з'єднанні. Працюючи з QTcpServer є дві можливості обробляти вхідні з'єднання:

• перевизначити incomingConnection;
• ловити сигнал newConnection.

У слоті  викличте QTcpServer :: nextPendingConnection() для того, щоб прийняти з'єднання і використовувати  повертаємий об'єкт QTcpSocket для спілкування  з клієнтом.

Хоча  більшість його функцій працює асинхронно, можливо синхронне використання QTcpSocket (в блокуючому режимі). Щоб встановити блокуючий режим викличте функції WaitFor...() QTcpSocket'а, вони призупиняють виконання потоку до тих пір, поки не буде отриманий сигнал. Наприклад, після виклику неблокуючої функції QTcpSocket :: connectToHost(), викличте QTcpSocket :: waitForConnected(), щоб блокувати потік до отримання сигналу connected().

Використання  синхронних сокетів часто призводить до більш простого коду. Головна незручність WaitFor...() підходу полягає в тому, що події не будуть оброблятися, поки потік блокується функцією WaitFor...(). Якщо використати в GUI потоці, то це може "заморозити" користувальницький інтерфейс програми. Тому рекомендується використовувати синхронні сокети тільки в не-GUI потоках. QTcpSocket при синхронному використанні не вимагає циклу подій.

Більш детально розглянемо код QTcpServer :: incomingConnection() (Лістинг 1.1):

 

QTcpServer::incomingConnection(int socketDescriptor)

{ QTcpSocket *socket = new QTcpSocket(this);

   socket->setSocketDescriptor(socketDescriptor);

   d_func()->pendingConnections.append(socket);

}

Лістинг 1.1 – Класи QTcpServer та QTcpSocket

 

Динамічно в кучі створюється новий екземпляр QTcpSocket, зв'язується з вхідним підключенням і зберігається в списку. Важливо, що QTcpSocket створюється в основному  потоці.

 

4. Робота з  файловою системою засобами QT

 

В QT є  дві вбудовані моделі роботи з  файлами: QDirModel і QFileSystemModel та три класи: QDir, QFileInfo та QFile. Розглянемо кожний з них.

 

1. Клас QFileSystemModel

QFileSystemModel клас надає модель даних для  локальної файлової системи. Цей клас забезпечує доступ до локальної файлової системи, забезпечуючи функції перейменування й видалення файлів та каталогів, а також для створення нових каталогів.

QFileSystemModel можна отримати за допомогою  стандартного інтерфейсу, наданого QAbstractItemModel, це також надає деякі  допоміжні функції, специфічні  для каталогу моделі. fileInfo(), isDir(), name() и path() – функції надання інформації про основні файли та каталоги, пов'язані з елементами моделі. Каталоги можуть бути створені і видалені за допомогою mkdir(), rmdir().