面向?qū)ο蟆獦?gòu)件的軟件動(dòng)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(jì)算平臺(tái)、人的思維模式以及問(wèn)題域，而以上要素在軟件開(kāi)發(fā)活動(dòng)中又被抽象為平臺(tái)空間、認(rèn)知空間以及問(wèn)題空間。因此從本質(zhì)上，軟件技術(shù)的發(fā)展是人們對(duì)三個(gè)空間的認(rèn)識(shí)不斷深化，而且促進(jìn)他們相互之間演化的過(guò)程。而當(dāng)前隨著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展，同時(shí)具有計(jì)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(luò)無(wú)處不在，人們對(duì)三個(gè)空間的認(rèn)識(shí)發(fā)生重大變化，從而推動(dòng)針對(duì)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(duì)因特網(wǎng)開(kāi)放、動(dòng)態(tài)、難控的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提出網(wǎng)構(gòu)軟件的概念；IBM的Kephart和Chess等針對(duì)軟件之間的協(xié)同、自我管理(包括調(diào)整、維護(hù)等)等問(wèn)題提出自治計(jì)算的概念。但無(wú)論是網(wǎng)構(gòu)軟件、自治計(jì)算或者還是其他針對(duì)因特網(wǎng)的軟件模型，均面臨軟件運(yùn)行環(huán)境易變帶來(lái)的挑戰(zhàn)-動(dòng)態(tài)演化，即軟件系統(tǒng)要能在開(kāi)放、動(dòng)態(tài)、難控的環(huán)境下，針對(duì)外部環(huán)境的變化而變化，并通過(guò)自我調(diào)整達(dá)到外部期望的過(guò)程。當(dāng)前軟件的動(dòng)態(tài)演化也已成為軟件工程中研究的熱點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、開(kāi)放

3、、靈活多變系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，本文也對(duì)動(dòng)態(tài)演化進(jìn)行深入地研究。
　　 本文首先從因特網(wǎng)環(huán)境下軟件動(dòng)態(tài)演化的需求出發(fā)，提出的軟件動(dòng)態(tài)演化區(qū)分原則，分析軟件動(dòng)態(tài)演化的研究現(xiàn)狀，并從軟件如何支持動(dòng)態(tài)演化、怎樣動(dòng)態(tài)演化以及演化后正確性和一致性方面進(jìn)行系統(tǒng)地闡述，并重點(diǎn)討論了軟件動(dòng)態(tài)演化的建模、系統(tǒng)框架等問(wèn)題。進(jìn)而在對(duì)現(xiàn)有軟件動(dòng)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(dòng)態(tài)演化概念模型，為下一步軟件動(dòng)態(tài)演化的研究提供指導(dǎo)。
　　

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(zhǎng)期以來(lái)是動(dòng)態(tài)演化中研究的熱點(diǎn)，而現(xiàn)有形式化理論一般只針對(duì)演化的某一方面，難以對(duì)動(dòng)態(tài)演化的性質(zhì)提供完整的分析和驗(yàn)證，并且對(duì)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(dòng)態(tài)演化的相關(guān)特性。與以往基于Petri Net、π演算以及進(jìn)程代數(shù)不同，綜合Bigraph能融合π演算和移動(dòng)Ambient演算的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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(duì)動(dòng)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(shí)例表明，基于Bigraph提出的軟件建模機(jī)制，可為軟件動(dòng)態(tài)演化的形式化方法提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　 軟件動(dòng)態(tài)演化機(jī)制是動(dòng)態(tài)演化中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文基于設(shè)計(jì)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(jì)出一種靈活的軟件在線演化

6、機(jī)制(FOEM)。該機(jī)制的設(shè)計(jì)原理是把系統(tǒng)中所有的方法調(diào)用封裝成命令請(qǐng)求，加入主動(dòng)隊(duì)列，而在具體調(diào)度時(shí)檢查內(nèi)部配置配置文件，根據(jù)配置的具體對(duì)象類型、方法名稱以及相關(guān)動(dòng)作，動(dòng)態(tài)增加或者替換該方法調(diào)用，從而達(dá)到在線變更軟件系統(tǒng)行為的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)表明該機(jī)制靈活多變，且具有普遍的適用性，能滿足大多數(shù)動(dòng)態(tài)演化軟件的需求。但該機(jī)制并不適合涉及多個(gè)對(duì)象的復(fù)雜演化流程，因此本文從面向服務(wù)的計(jì)算模型中得到啟發(fā)，提出面向服務(wù)對(duì)象的”偽面向服務(wù)”動(dòng)態(tài)演化機(jī)制(

7、SOSA)，并利用服務(wù)對(duì)象注冊(cè)表解耦直接對(duì)象引用，從而在運(yùn)行中動(dòng)態(tài)解釋服務(wù)對(duì)象的調(diào)用，進(jìn)而完成復(fù)雜的演化邏輯變更。該機(jī)制把SOA方式引入程序設(shè)計(jì)內(nèi)部，與外部的服務(wù)調(diào)用統(tǒng)一風(fēng)格，便于局部/遠(yuǎn)端對(duì)象的無(wú)縫遷移以及服務(wù)流程的動(dòng)態(tài)組合，可靈活實(shí)現(xiàn)軟件的動(dòng)態(tài)演化。
　　 系統(tǒng)框架是動(dòng)態(tài)演化軟件能否被快速開(kāi)發(fā)和廣泛部署的關(guān)鍵指標(biāo)。本文基于對(duì)象動(dòng)態(tài)替換機(jī)制，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種適合嵌入式環(huán)境的動(dòng)態(tài)演化框架。該框架利用面向?qū)ο竽Ｐ椭?，?duì)象的內(nèi)存布局只與

8、類中的變量以及虛函數(shù)相關(guān)，當(dāng)這兩部分保持不變時(shí)，新對(duì)象的內(nèi)存映像將保持與原始對(duì)象一致，故當(dāng)新對(duì)象替換原始對(duì)象后(完全取代原始對(duì)象的地址空間)，系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)地址的指令時(shí)，其實(shí)是對(duì)新對(duì)象的調(diào)用，從而“透明”地切換至新對(duì)象，利用對(duì)象的更新完成系統(tǒng)演化需求。
　　 針對(duì)當(dāng)前動(dòng)態(tài)演化主要從宏觀層面研究動(dòng)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(duì)非功能性需求的研究較少或采用定性的方法，本文對(duì)動(dòng)態(tài)演化過(guò)程中的非功能性需求，特

9、別是性能與可靠性進(jìn)行定量的研究。提出基于體系結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)態(tài)組件分派方法，滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化過(guò)程中的性能需求，并證明該組件分派問(wèn)題為NP問(wèn)題，給出相應(yīng)的啟發(fā)式算法。對(duì)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(dòng)態(tài)演化過(guò)程的系統(tǒng)可靠性需求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的相關(guān)算法適合于滿足在實(shí)時(shí)抉擇條件下動(dòng)態(tài)演化的相關(guān)非功能性需求，為動(dòng)態(tài)演化的演化決策提供指導(dǎo)思路。
　　 綜上，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)演化軟件的形式化、演化機(jī)制、系統(tǒng)框