分布式实时构件模型及其应用系统集成技术研究

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软件构件化是软件重用技术的重要内容,在分布式计算环境的支持下,基于构件的分布式实时应用系统构造技术是目前软件重用方向的研究热点与难点。分布式实时应用系统的开发既要求系统具有执行时间的可预测性,又要求系统能够适应分布式计算环境,因此分布式实时系统的构件化研究具有挑战性。  将构件化技术应用于分布式实时系统开发的关键,包括实时构件模型、实时构件的运行时环境、构件合成与组装理论、构件分类管理、分布式实时中间件、实时任务的调度算法等。研究证明在目前最新技术的支持下,实现一个基于实时构件模型的分布式实时应用系统集成开发环境是可行的。  实时软件的构件化要求构件模型能够描述构件的时间性能即执行结果的可预测性。具有性能约束的构件模型PCCM(Performance Constrainted Component Model)是一个完备的逻辑构件模型,PCCM能够描述构件的功能、性能接口,同时提出在构件中控制构件性能的思想。RTCOM(Teal Time Component Object Model)模型是一个具有时间约束能力的实时构件实现模型,不但能够描述构件的功能接口同时能够对每个接口的性能进行描述。在建立适当的构件库管理机制后,RTCOM模型具有反射功能,通过反射功能构件库和调度器可以获得构件的各种执行时间特性。RTCOM模型的实现遵循微软的COM规范,是一种与语言无关的实时构件模型。构件运行时环境是软件构件化实施的保证,性能良好的运行时环境可以为构件提供名目众多的公共服务和公共设施,使构件制作的工作量集中在业务逻辑的实现上,研究RTCOM构件的运行时环境是RTCOM模型推广使用的重要环节,根据RTCOM对环境的要求,RTCOM1.0内核的运行时环境设计为一个用户透明的进程外构件,负责管理构件的资源并为构件提供安全性控制。  小粒度原子构件通过合成成为大粒度的复合构件,不断的合成与优化可以为应用领域积累丰富的构件资源,因此构件的合成与组装技术是开发即插即用大粒度构件的关键,而合成与组装的关键在于建立复合构件内部各子构件间的互操作机制。将构件之间的互操作抽象为不同的交互方式、为不同的交互方式设计不同的合成框架、为框架定制合理模板是实现构件合成与组装的一条实现路线。对于实时软构件的合成比通常意义的构件合成更为复杂,因为除了子构件的交互作用外更为困难的是还要描述合成后各功能的执行时间特性。基于RTCOM模型的构件合成在上述技术的基础上,采用TCSP(Timed Communicating Sequential Processes)工具描述复合构件中各子构件的时序与时间特性。试图在实时构件合成中找到适合的性能合成描述方法。  构件库的建立是软件构件化的“物质”基础,只有具有丰富的构件,构件化软件才可能实现。对海量构件的分类管理原则是构件库建立的基础,为RTCOM模型建立的构件分类管理机制采用三级领域分类的方法,实现了基于领域的构件库建立和管理框架。  分布式实时中间件TAO(The ACE ORB)为RTCOM模型提供计算环境的支持,在TAO的实时任务调度算法的基础上实现的可插拔反射式动态弹性调度算法改善了TAO的调度器性能,使其具有更广泛的应用背景。将该调度算法制作为RTCOM构件实现了调度器构件化。  DrtisIDE(Distributed Real Time Information System Integrated Development Environment)是一个支持RTCOM构件的分布式实时信息系统集成开发环境,除具有通常IDE工具软件的功能外,DrtisIDE提供了RTCOM构件的制作、管理、合成等与构件有关的功能以及开发基于RTCOM构件的分布式实时应用系统的功能。Shipdemo就是一个在DrtisIDE下开发的分布式实时应用。  实时系统开发的难度远远大于非实时系统,不论是模型规范或合成与组装技术,实时系统的构件化都要求具有针对实时性需求的描述机制,因此对实时构件模型及其合成与组装技术的研究具有较高的理论意义。随着实时系统在相应行业应用范围的不断扩大,软件的规模和复杂度急速上升,在此背景下开展基于实时构件模型的分布式实时系统集成方法的关键技术研究具有很好的实际价值。
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