مقاله مفاهیم اولیه سرویس‌ های وب (برنامه نویسی توزیع شده)

در این مقاله مفاهیم اولیه سرویس‌ های وب را با تمرکز بر برنامه نویسی توزیع شده بررسی می‌کنیم. از جمله مباحث مورد بحث در این مقاله می‌توان به تعریف سرویس های وب، عناصر اصلی آنها، پروتکل‌های مورد استفاده، انواع سرویس های وب، و پیاده‌ سازی سرویس های وب اشاره کرد.

مفاهیم اولیه سرویس های وب

مفاهیم اولیه سرویس های وب از نظر معماری برنامه های توزیع شده انقلابی در جهان نرم افزار ایجاد کرده‌اند. این سرویس‌ها به عنوان نقطه عطفی در تحولات مهم برنامه های توزیع شده در اینترنت ظاهر شده‌اند. با ظهور سرویس های وب، برنامه نویسان قادر به ایجاد برنامه‌هایی با استفاده از بستر وب شده‌اند که تاثیرات عمیقی در حوزه نرم افزار، به ویژه در دنیای اینترنت، داشته‌اند. این تحول نه تنها به تحقق آرزوهای بزرگ صنعت نرم افزار منجر شده است بلکه یک نسل جدید از برنامه های کامپیوتر با توانمندی استفاده از بستر وب به وجود آمده است.

برای بهتر درک مفاهیم سرویس های وب، لازم است به مفاهیم اولیه برنامه های توزیع شده پرداخت. این شامل بررسی اصول، تکامل تدریجی، محدودیت‌ها و رویکردهای متفاوت در طراحی و پیاده سازی برنامه های توزیع شده می‌شود. همچنین، مقالاتی در این زمینه تدوین می‌شوند تا به بررسی جایگاه سرویس های وب در فرآیند طراحی و پیاده سازی برنامه‌های توزیع شده بپردازند.

از این رو، این مجموعه مقالات تلاش می‌کند تا زمینه علمی مناسبی را برای درک بهتر مفاهیم اولیه سرویس های وب ایجاد کند. با بررسی اصول برنامه‌های توزیع شده، تاریخچه تکامل آنها، محدودیت‌ها و رویکردهای مختلف، این مقالات به نقد و تجزیه و تحلیل جامع در زمینه سرویس های وب می‌پردازند و درک ژرفی از نقش و اهمیت آنها در جهان برنامه نویسی فراهم می‌کنند.

سرويس وب چيست؟

سرويس وب، يک URL ، بمنظور آدرس دهی مجموعه ای از قابليت ها ئی است که می توان آنان را از طريق شبکه و بمنظور ايجاد بلاک های اوليه در توليد يک برنامه های توزيع شده ، بخدمت گرفت. يکی از نمونه های اوليه در اين زمينه ، برنامه Microsoft passport است . برنامه فوق ، سرويس های تائيد اعتبار را ارائه می نمايد . تمامی سرويس های فوق ، از طريق درخواست های مبتنی بر HTTP ، قابل دسترس و استفاده خواهند بود .

مقدمه

قبل از ظهور کامپیوترهای شخصی، دورانی بود که برنامه‌های توزیع شده به معنای واقعی وجود نداشت. در آن زمان، استفاده از کامپیوتر به معنای نشستن پشت یک ترمینال و ارتباط با یک سیستم بزرگ (Mainframe) بود. ترمینال‌ها ممکن بودند در چندین ساختمان یا حتی محل‌های فیزیکی مختلف قرار گیرند، اما عملاً یک کامپیوتر مرکزی وجود داشت که مسئولیت انجام تمام پردازش‌ها و ذخیره‌ سازی داده‌ها را برعهده داشت. در این دوره، تکنولوژی این چنین بود که هر نقطه از جهان از طریق ترمینال‌ها به یک مرکز مرکزی متصل می‌شد و این مرکز انجام تمامی عملیات پردازشی را بر عهده داشت، ایجاد یک ساختار متمرکز در فرآیند استفاده از کامپیوترها.

تعریف برنامه توزیع شده

برنامه توزیع شده، با ایجاد مینی کامپیوترها و کامپیوترهای شخصی، اقدام به تحول فعالیت های غیر متمرکز در زمینه‌های پردازش و ذخیره‌ سازی نمود. این نوع برنامه‌ها با هدف خروج از حالت متمرکز، امکان پردازش و ذخیره‌ سازی داده‌ها را ارائه می‌دهند. یک برنامه توزیع شده، به عنوان یک سامانه پویا، توانایی پردازش داده‌ها و ذخیره‌ سازی آن‌ها را با بهره‌گیری از چندین کامپیوتر فیزیکی، که در مکان‌های مختلف قرار گرفته‌اند، فراهم می‌کند. این برنامه‌ها از طریق توزیع منابع وظایف بین کامپیوترها، افزایش کارایی و امنیت را بهبود می‌بخشند و به این ترتیب، مبنایی انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر برای پردازش داده‌ها فراهم می‌سازند.

چرا به برنامه های توزیع شده نیاز داریم؟

نیاز به برنامه‌های توزیع شده در دنیای امروز به دلایل متعددی ایجاد شده است که اهمیت آنها در جوانب مختلف تکنولوژی و سازمانی به وضوح ظاهر می‌شود. یکی از دلایل اساسی مورد توجه، هزینه‌های بالای سیستم‌های Mainframe است. این هزینه‌ها از دو جهت مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. ابتدا، سرمایه‌گذاری اولیه بالا که بسیاری از سازمان‌ها توان مالی آن را ندارند. ثانیا، در این مدل، با تنها یک نقطه آسیب‌پذیر با ریسک بالا مواجه هستیم.

مالکیت اختصاصی داده‌ها نیز یک فاکتور مهم در نیاز به برنامه‌های توزیع شده می‌باشد. سازمان‌ها که دارای داده‌های اختصاصی خود هستند، معمولاً تمایل دارند مسئولیت مدیریت این داده‌ها را به سایر مکان‌های فیزیکی منتقل نکنند. این امر نیاز به حفظ مالکیت داده‌ها و جلوگیری از انتقال غیرمجاز آنها را افزایش می‌دهد.

امنیت یکی از فاکتورهای مهم در زمینه برنامه‌های توزیع شده است. دسترسی آسان به داده‌های یک سازمان و حفظ امانت داده‌های حساس از اهمیت بسزایی برخوردار است. تضمین این دو خواسته با جداسازی فیزیکی داده‌ها از یکدیگر و استفاده از برنامه‌های توزیع شده ممکن می‌شود. این رویکردها توانایی انباشت داده‌ها با نگرش‌های متفاوت در دسترسی سریع و ایمن در ذخیره‌سازی را فراهم می‌کنند.

این مسائل و چالش‌ها نشانگر ضرورت حرکت به سوی الگوهای جدید در طراحی برنامه‌های کامپیوتری می‌باشند. برنامه‌های توزیع شده به عنوان نسل جدیدی از برنامه‌های کامپیوتری به‌وجود آمده‌اند تا با مواجهه با این چالش‌ها و نیازها، بهترین راهکارها را ارائه دهند و از لحاظ عملکرد و امنیت برتری داشته باشند.

برنامه های توزیع شده و ارائه دهندگان سرویس

در حوزه برنامه‌های توزیع شده و ارائه‌دهندگان سرویس، شرکت‌های نرم‌افزاری بزرگ به دلیل نیازمندی به الگوهای جدید و عدم وجود استانداردهای صنعتی، به ارائه راهکارهای مختلف با توجه به دیدگاه‌های خود پرداخته‌اند. این شرکت‌ها توافق کرده‌اند که برنامه‌های توزیع شده باید به صورت عناصر توزیع شده تولید شوند و در این راستا به اتحاد نظر دست یافته‌اند. این اتحاد نه‌تنها باعث ایجاد برنامه‌های منطقی می‌شود که از عناصر متفاوت و توزیع‌شده به عنوان ارائه‌دهندگان سرویس بهره‌مند می‌شوند، بلکه با توزیع قابلیت‌ها و پتانسیل‌ها، امکان ایجاد برنامه‌های بزرگ با سهولت بیشتر ایجاد می‌شود.

رویکرد فوق، با مسائل و تبعات خود، به ساختار و اجزای مختلف یک برنامه توزیع شده می‌پردازد. این اجزا شامل امکانات اساسی یا بلاک‌های اولیه است که با توجه به توزیع قابلیت‌ها، این برنامه‌ها به صورت کارآمد و قابل اطمینان اجرا می‌شوند. در ادامه، برخی از مسائل و تبعات خاص این رویکرد مورد بررسی قرار خواهند گرفت تا به توسعه و بهینه‌سازی برنامه‌های توزیع شده ادامه داده شود.

برنامه های توزیع شده و وب

با اینکه اینترنت بیش از 35 سال است بوجود آمده است ولی صرفاً در اواسط دهه ۱۹۹۰ به این موضوع توجه گردید، اینترنت به عنوان زیرساختی اساسی و بسیار حیاتی برای ایجاد برنامه‌های توزیع شده شناخته شده است. در ابتدا، پروتکل‌های ساده مبتنی بر متن به منظور تبادل سرویس‌های درخواستی و ارسال اطلاعات بر روی اینترنت پیاده‌سازی شدند. گسترش و پذیرش چنین پروتکل‌هایی، باعث شد که اینترنت به عنوان یک محیط موفق برای برنامه‌های توزیع شده شناخته شود. وجود استانداردهای وب، در مقابل سروکار داشتن با تکنولوژی‌های رقابتی و اغلب انحصاری، دلیلی موجه برای توجه جدی به وب به عنوان بستری مناسب برای طراحی و پیاده‌سازی برنامه‌های توزیع شده گردید.

مسائل مربوط به برنامه های توزیع شده سنتی

پیاده سازی برنامه های توزیع شده مستلزم استفاده از تکنیک ها و مدل های جدید است . راهکارهای انتخابی و استفاده شده ، خود باعث بروز مسائل جدید نیز خواهند شد. در این بخش به بررسی مسائل مرتبط با طراحی برنامه های توزیع شده پرداخته و دو معماری خاص در این زمینه را بررسی خواهیم کرد :

• معماری RPC) Remote Procedure Call-based)
• معماری مبتنی بر پیام (Message-based)

ملاحظات مربوط به طراحی برنامه های توزیع شده

در زمان طراحی برنامه های توزیع شده مسائل متعددی وجود دارد که می بایست به آنها توجه کرد :

• نوع داده های متفاوت . سیستم های عامل متفاوت، انواع مختلفی از نوع داده ها را حمایت می نمایند. در برخی موارد ، نوع داده ها در سیستم های عامل متفاوت کاملا” با یکدیگر سازگار، نمی باشند . بنابراین می بایست از راهکارهای مناسب بمنظور برخورد منطقی با نوع داده های متفاوت موجود در سیستم های مختلف ، استفاده گردد.
• بروز اشکال در سرویس دهنده . با توجه به اینکه عناصر یک سیستم توزیعی، عموما” بصورت از راه دور اجراء می گردند، ما دارای چندین نقطه ( مکان) برای بروز اشکال خواهیم بود. بروز اشکال در یکی از نقاط ، می تواند باعث بروز مسائل عمده ای در رابطه با عملکرد تمام برنامه توزیع شده گردد. بنابراین می بایست راهکارهای مناسب در خصوص مواجه شدن با چنین مواردی، اتخاذ گردد .
• بروز اشکال در سرویس گیرنده . در صورتیکه سرویس دهنده ای وضعیت خاصی را ازطرف سرویس گیرنده ، اخذ و ذخیره می نماید و سرویس گیرنده با اشکال مواجه گردد، می بایست از روشی بمنظور اعلام بروز اشکال به سرویس دهنده استفاده کرد. تصمیم گیری و نحوه برخورد با منابع در اختیار سرویس گیرنده نیز از جمله مواردی است که می بایست راهکارهای آن بدرستی مشخص گردد.
• تلاش برای فراخوانی مجدد . در صورتیکه یک متد از راه دور فراخوانده شود و از طرف سرویس دهنده واکنش لازم داده نشود، نباید تلاش مجددی برای فراخوانی متد صورت پذیرد. مثلا” در صورتیکه متدی برای محاسبه هزینه یک سفارش فراخوانده شده و سرویس دهنده درخواستی را دریافت تا سفارش را انجام ولی پاسخ گم گردد منطقی نخواهد بود سفارش مربوطه مجددا” ارسال گردد .
• امنیت . در برنامه های توزیع شده فرصت های زیادی برای تهدید های امنیتی وجود دارد . در این راستا لازم است از یکطرف به مسائل تائید اعتبار و صلاحیت قانونی و از طرف دیگر به ایمن سازی ارتباطات بین یک سرویس گیرنده و یک سرویس دهنده ، توجه جدی صورت پذیرد . حفاظت در مقابل انواع حملات اطلاعاتی از چالش های مهم در زمینه ایمن سازی برنامه های توزیع شده است .
• یکسان سازی زمان (Clock) . عملیات و فرآیندهای متعددی در برنامه های توزیع شده به پارامتر زمان ارتباط خواهد داشت .. مثلا” در یک سیستم سفارشات تا تکلیف وضعیت نحوه پرداخت، مشخص نگردد نمی توان اقدام به پردازش و ثبت سفارش مربوطه نمود. بنابراین می بایست در رابطه با نحوه همسان سازی کلاک (Clock) کامپیوترهای متفاوت که در یک برنامه توزیع شده با یکدیگر ارتباط دارند، تصمیم لازم اتخاذ گردد .

عناصر اصلی سرویس های وب

عناصر اصلی سرویس های وب که در ارتباط با سرویس‌ دهی از طریق اینترنت نقش دارند، شامل سرویس، کلاینت، پروتکل، واسطه کاربر (UI)، و رابط برنامه نویسی کاربردی (API) می‌شوند.

سرویس به عنوان یک برنامه کاربردی از طریق اینترنت در دسترس است و خدمات خود را به کلاینت‌ها ارائه می‌دهد. این سرویس‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: سرویس‌های عمومی که برای عموم مردم در دسترس هستند و سرویس‌های خصوصی که تنها برای کاربران مجاز در دسترس قرار دارند.

کلاینت به عنوان برنامه‌ای است که از سرویس استفاده می‌کند و می‌تواند بر روی دستگاه‌های مختلف اجرا شود، از جمله رایانه‌های شخصی، تلفن‌های همراه، یا دستگاه‌های اینترنت اشیا.

پروتکل مجموعه‌ای از قوانین و مقررات است که نحوه ارتباط سرویس‌ها و کلاینت‌ها را تعیین می‌کند. این پروتکل‌ها به سرویس‌ها و کلاینت‌ها اجازه می‌دهند تا به صورت ایمن و قابل اعتماد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و اطلاعات را مبادله کنند.

واسطه کاربر (UI) رابطی است که کاربران از طریق آن با سرویس تعامل می‌کنند. این واسطه می‌تواند شامل وب‌سایت‌ها، برنامه‌های کاربردی موبایل، یا برنامه‌های کاربردی تحت وب باشد.

رابط برنامه نویسی کاربردی (API) مجموعه‌ای از روش‌ها و داده‌هاست که سرویس‌ها به کلاینت‌ها ارائه می‌دهند. این API‌ها به کلاینت‌ها امکان می‌دهند تا از سرویس‌ها استفاده کنند بدون اینکه نیاز به دانستن نحوه عملکرد داخلی سرویس‌ها داشته باشند.

انواع سرویس های وب

سرویس‌ های وب، به عنوان یکی از اصلی‌ترین اجزای فعالیت‌های آنلاین، انواع مختلفی دارند که می‌توان آنها را بر اساس عوامل مختلفی مرتب کرد. یک طبقه‌بندی معمول بر اساس پروتکل استفاده شده می‌باشد که دو پروتکل اصلی این زمینه SOAP و REST هستند.

SOAP یا Simple Object Access Protocol، یک پروتکل مبتنی بر XML است که برای انتقال اطلاعات بین سرویس‌ها و کلاینت‌ها از طریق پروتکل HTTP استفاده می‌شود. این پروتکل معمولاً برای سرویس های وب پیچیده و تجاری به‌کار می‌رود. از سوی دیگر، REST یا Representational State Transfer یک سبک معماری است که از منابع و عملیات مختلف برای توصیف نحوه ارتباط سرویس‌ها و کلاینت‌ها استفاده می‌کند و به عنوان یک گزینه سبک‌تر برای سرویس های وب ساده معرفی می‌شود.

طبقه‌بندی دیگری بر اساس هدف سرویس های وب صورت می‌گیرد. این اهداف شامل ارائه اطلاعات، پردازش داده‌ها و کنترل دستگاه‌ها می‌شوند. به عنوان مثال، سرویس های وب آب و هوا می‌توانند اطلاعات آب و هوایی را به صورت زمان‌واقعی ارائه دهند. همچنین سرویس های وب پرداخت می‌توانند در پردازش پرداخت‌های آنلاین نقش داشته باشند.

طبقه‌ بندی بر اساس سطح دسترسی نیز به دو دسته‌ی سرویس‌های عمومی و خصوصی تقسیم می‌شوند. سرویس‌های عمومی برای همه قابل دسترسی هستند، مانند سرویس های وب گوگل، در حالی که سرویس‌های خصوصی تنها برای افراد مجاز در دسترس قرار دارند، همچون سرویس های وب داخلی سازمان‌ها.

این طبقه‌ بندی‌ها به صورت ترکیبی نیز ممکن است؛ به عنوان مثال، یک سرویس وب REST عمومی ممکن است برای ارائه اطلاعات آب و هوا به‌ کار گرفته شود.

پیاده سازی سرویس های وب

پیاده‌سازی سرویس های وب به چند مرحله اصلی تقسیم می‌شود. ابتدا در مرحله طراحی سرویس، باید کارکرد سرویس و نحوه دریافت و ارسال داده‌ها را مشخص کرد و پروتکل مورد استفاده برای ارتباط را انتخاب نمود. پس از طراحی، مرحله توسعه سرویس آغاز می‌شود که در آن از زبان‌های برنامه‌نویسی متنوعی مانند Java، Python، یا C++ و چارچوب‌های سرویس وب استفاده می‌شود.

بعد از توسعه، مرحله استقرار سرویس نقش مهمی را بازی می‌کند. در این مرحله، سرویس باید بر روی یک سرور وب نظیر Apache یا Nginx قرار گیرد تا به درستی در دسترس قرار بگیرد. در ادامه، مرحله آزمایش سرویس انجام می‌شود تا تضمین شود که سرویس به صورت صحیح عمل می‌کند. برای این منظور، از ابزارهای تست سرویس وب نظیر SoapUI یا Postman می‌توان استفاده کرد. این مراحل ترتیبی به پیاده‌سازی کامل و عملکرد صحیح سرویس های وب کمک می‌کنند.