基于微内核的中间件自适应机制研究与实现

论文摘要

中间件是普适计算环境下的重要基础软件。普适计算泛在、动态和开放的特点要求中间件有能力对自身进行调整,从而适应应用环境的变化。然而,现有普适计算中间件的自适应机制存在如下三个较突出的问题:自适应模型与实现技术或使用场景紧密相关,抽象层次较低;结构较难扩展,难以应对普适应用需求的快速增长;自适应逻辑与中间件业务逻辑混杂,使得自适应逻辑难以理解、修改和重用。微内核技术作为一种体系结构设计模式,强调动态可裁剪性和可扩展性。本文使用微内核技术作为中间件的架构基础,借鉴反射技术、构件技术和AOP方面分离思想,提出了基于微内核的中间件自适应模型MMAM,通过一阶时序逻辑对模型进行形式化建模,系统化地给出了中间件自适应机制的形式规约,并以上述模型为基础,设计了基于微内核的自适应中间件内核MAMK。通过构件模型封装中间件服务和自适应逻辑,在事件引擎驱动下实施中间件自适应行为,较好地达到了普适计算对中间件适应性、扩展性要求的目标。本文主要研究工作包括以下几个方面:（一）研究了自适应中间件的基础概念、关键技术,对比分析典型项目,选择微内核技术作为中间件自适应机制的架构基础,并重点研究了微内核技术的内涵和应用现状。（二）提出了基于微内核的中间件自适应模型MMAM。该模型采用“组件+连接子”抽象中间件软件结构,使用面向方面的内核实体封装自适应逻辑,通过内核自省机制和事件机制驱动中间件自适应行为。给出了MMAM的形式化规约,通过一阶时序逻辑描述该模型中的自适应实体、自适应行为和可重用的自适应逻辑。（三）基于MMAM模型,设计了基于微内核的自适应中间件内核MAMK。通过构件模型封装中间件服务,增强中间件的适应性和扩展性;通过构件化的自适应方面,在事件引擎驱动下访问内核反射接口,实施中间件自适应行为。（四）实现了MAMK原型系统,结合实际场景做了测试分析。结果表明:MAMK具有良好的可扩展性,并能根据环境的变化,动态调整中间件组成结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 普适计算
• 1.1.2 中间件技术
• 1.2 研究动机
• 1.3 研究内容与贡献
• 1.4 论文结构
• 第二章 相关技术研究
• 2.1 自适应中间件
• 2.1.1 自适应中间件的定义
• 2.1.2 自适应中间件的分类
• 2.1.3 自适应中间件关键技术
• 2.1.4 自适应中间件研究现状
• 2.1.5 研究现状对比分析
• 2.2 微内核技术
• 2.2.1 微内核设计模式
• 2.2.2 微内核技术应用现状
• 2.3 小结
• 第三章 基于微内核的中间件自适应模型
• 3.1 MMAM 模型概念结构
• 3.2 MMAM 模型自适应流程
• 3.3 MMAM 模型形式规约
• 3.3.1 自适应实体模型
• 3.3.2 自适应行为模型
• 3.3.3 自适应方面模型
• 3.4 MMAM 模型描述能力验证
• 3.5 小结
• 第四章 基于微内核的自适应中间件内核设计
• 4.1 MAMK 设计目标与总体结构
• 4.2 MAMK 服务构件模型设计
• 4.2.1 MAMK 服务构件模型定义
• 4.2.2 MAMK 服务构件模型设计原则
• 4.2.3 MAMK 服务构件模型设计
• 4.3 MAMK 核心模块设计
• 4.3.1 构件生命周期管理模块
• 4.3.2 构件依赖关系维护模块
• 4.3.3 事件交互模块
• 4.4 MAMK 自适应策略设计
• 4.4.1 自适应方面构件设计
• 4.4.2 MAMK 自适应流程
• 4.5 小结
• 第五章 系统实现
• 5.1 背景简介
• 5.2 微内核原型实现
• 5.2.1 构件类及其数据结构
• 5.2.2 构件依赖关系管理实现
• 5.2.3 构件生命周期管理实现
• 5.3 实验分析
• 5.4 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 作者在学期间参与的科研项目