面向?qū)ο蟆獦?gòu)件的軟件動態(tài)演化技術(shù)研究.pdf

1、軟件發(fā)展的歷史表明，影響軟件技術(shù)發(fā)展的主要要素為計算平臺、人的思維模式以及問題域，而以上要素在軟件開發(fā)活動中又被抽象為平臺空間、認知空間以及問題空間。因此從本質(zhì)上，軟件技術(shù)的發(fā)展是人們對三個空間的認識不斷深化，而且促進他們相互之間演化的過程。而當前隨著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展，同時具有計算和組網(wǎng)能力設(shè)備的小型化、微型化和嵌入化使得網(wǎng)絡無處不在，人們對三個空間的認識發(fā)生重大變化，從而推動針對因特網(wǎng)環(huán)境下新型軟件技術(shù)的研究。目前，楊芙清、梅宏、呂建

2、等針對因特網(wǎng)開放、動態(tài)、難控的網(wǎng)絡環(huán)境提出網(wǎng)構(gòu)軟件的概念；IBM的Kephart和Chess等針對軟件之間的協(xié)同、自我管理(包括調(diào)整、維護等)等問題提出自治計算的概念。但無論是網(wǎng)構(gòu)軟件、自治計算或者還是其他針對因特網(wǎng)的軟件模型，均面臨軟件運行環(huán)境易變帶來的挑戰(zhàn)-動態(tài)演化，即軟件系統(tǒng)要能在開放、動態(tài)、難控的環(huán)境下，針對外部環(huán)境的變化而變化，并通過自我調(diào)整達到外部期望的過程。當前軟件的動態(tài)演化也已成為軟件工程中研究的熱點，成為實現(xiàn)動態(tài)、開放

3、、靈活多變系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，本文也對動態(tài)演化進行深入地研究。
　　 本文首先從因特網(wǎng)環(huán)境下軟件動態(tài)演化的需求出發(fā)，提出的軟件動態(tài)演化區(qū)分原則，分析軟件動態(tài)演化的研究現(xiàn)狀，并從軟件如何支持動態(tài)演化、怎樣動態(tài)演化以及演化后正確性和一致性方面進行系統(tǒng)地闡述，并重點討論了軟件動態(tài)演化的建模、系統(tǒng)框架等問題。進而在對現(xiàn)有軟件動態(tài)演化的分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出一種新型的軟件動態(tài)演化概念模型，為下一步軟件動態(tài)演化的研究提供指導。
　　

4、軟件演化中的行為一致性、相容性以及系統(tǒng)完整性約束，長期以來是動態(tài)演化中研究的熱點，而現(xiàn)有形式化理論一般只針對演化的某一方面，難以對動態(tài)演化的性質(zhì)提供完整的分析和驗證，并且對環(huán)境及環(huán)境變化的描述較少。因此本文在Milner的Bigraph理論基礎(chǔ)上，提出基于Bigraph的建模方法，并論證動態(tài)演化的相關(guān)特性。與以往基于Petri Net、π演算以及進程代數(shù)不同，綜合Bigraph能融合π演算和移動Ambient演算的優(yōu)點，同時引入環(huán)境上下

5、文參與系統(tǒng)的遷移，使系統(tǒng)的描述更為直觀和精確，適合對動態(tài)演化的形式化建模，并由于利用Bigraph可模擬其他演算，因此也可充分利用以前的研究成果。實例表明，基于Bigraph提出的軟件建模機制，可為軟件動態(tài)演化的形式化方法提供堅實的基礎(chǔ)。
　　 軟件動態(tài)演化機制是動態(tài)演化中的關(guān)鍵問題之一。本文基于設(shè)計模式中的命令模式，依據(jù)方法調(diào)用與方法執(zhí)行分離的原則，采用集中調(diào)度控制所有方法執(zhí)行的方式，在反射的基礎(chǔ)上設(shè)計出一種靈活的軟件在線演化

6、機制(FOEM)。該機制的設(shè)計原理是把系統(tǒng)中所有的方法調(diào)用封裝成命令請求，加入主動隊列，而在具體調(diào)度時檢查內(nèi)部配置配置文件，根據(jù)配置的具體對象類型、方法名稱以及相關(guān)動作，動態(tài)增加或者替換該方法調(diào)用，從而達到在線變更軟件系統(tǒng)行為的目標。實驗表明該機制靈活多變，且具有普遍的適用性，能滿足大多數(shù)動態(tài)演化軟件的需求。但該機制并不適合涉及多個對象的復雜演化流程，因此本文從面向服務的計算模型中得到啟發(fā)，提出面向服務對象的”偽面向服務”動態(tài)演化機制(

7、SOSA)，并利用服務對象注冊表解耦直接對象引用，從而在運行中動態(tài)解釋服務對象的調(diào)用，進而完成復雜的演化邏輯變更。該機制把SOA方式引入程序設(shè)計內(nèi)部，與外部的服務調(diào)用統(tǒng)一風格，便于局部/遠端對象的無縫遷移以及服務流程的動態(tài)組合，可靈活實現(xiàn)軟件的動態(tài)演化。
　　 系統(tǒng)框架是動態(tài)演化軟件能否被快速開發(fā)和廣泛部署的關(guān)鍵指標。本文基于對象動態(tài)替換機制，設(shè)計實現(xiàn)一種適合嵌入式環(huán)境的動態(tài)演化框架。該框架利用面向?qū)ο竽Ｐ椭?，對象的?nèi)存布局只與

8、類中的變量以及虛函數(shù)相關(guān)，當這兩部分保持不變時，新對象的內(nèi)存映像將保持與原始對象一致，故當新對象替換原始對象后(完全取代原始對象的地址空間)，系統(tǒng)調(diào)用對應地址的指令時，其實是對新對象的調(diào)用，從而“透明”地切換至新對象，利用對象的更新完成系統(tǒng)演化需求。
　　 針對當前動態(tài)演化主要從宏觀層面研究動態(tài)演化軟件的形式化、模型以及框架，且主要側(cè)重功能性需求，而對非功能性需求的研究較少或采用定性的方法，本文對動態(tài)演化過程中的非功能性需求，特

9、別是性能與可靠性進行定量的研究。提出基于體系結(jié)構(gòu)模型的動態(tài)組件分派方法，滿足系統(tǒng)動態(tài)演化過程中的性能需求，并證明該組件分派問題為NP問題，給出相應的啟發(fā)式算法。對于可靠性，本文提出基于分布式體系結(jié)構(gòu)模型的逆序組件分派算法滿足動態(tài)演化過程的系統(tǒng)可靠性需求。通過實驗表明，本文提出的相關(guān)算法適合于滿足在實時抉擇條件下動態(tài)演化的相關(guān)非功能性需求，為動態(tài)演化的演化決策提供指導思路。
　　 綜上，通過對動態(tài)演化軟件的形式化、演化機制、系統(tǒng)框