基于动态体系结构的软件自适应调整研究

论文摘要

随着计算机技术不断发展,软件的变化特性越来越受到广泛关注。特别是在动态异构的网络环境成为主流软件运行环境之后,网络的动态性和开放性使得硬件资源与客户需求更加频繁地变化,导致软件的变化性和复杂性进一步增强,这对当前的基础软件设施提出了全新的挑战,迫切需要一种具有自适应能力的软件体系结构,即要求体系结构能够根据系统内部运行情况和外部上下文状态的变化进行组成结构和行为功能的自主调整和重新配置,为上层应用提供自适应的服务。体系结构的自适应性可分为静态自适应和动态自适应两种类型,主要指的是软件进行变化并达到所希望形态的过程,同时由于具有持续可用性的优点,软件体系结构的自适应特性已成为软件工程研究的热点。当前,在动态体系结构研究中,存在着两个十分重要的问题:一是如何描述具有动态自适应特性的软件体系结构,如何在体系结构层次上刻画系统运行时演化行为。二是基于体系结构的构件动态调整问题。本文从软件体系结构、自适应体系结构模型,动态调整机制三个方面逐步展开研究。在研究软件体系结构相关理论技术基础上,本文基于π演算理论提出了支持动态自适应调整的动态体系结构模型DSAM。首先描述了此模型中的各个组成部分,并对其各个部分功能进行介绍,接着利用π演算中描述了构件行为规约与构件基层CBL的核心语法;再利用反射机制来对自适应元层AML进行表达;并对自适应调整的原因与时机进行形式化分析。最后描述了C-S系统的自适应体系结构模型。在此基础上,设计了一种基于DSAM的自适应调整算法,该算法根据运行时上下文信息的变化,能够动态调整内部构件的组织结构和运行时行为。首先分析了动态自适应中系统一致性约束,将其分为五类,分析现有方法存在的不足。然后为解决此问题,先介绍了行为一致性及改进了行为一致性保证办法,接着介绍了自适应调整过程中一致性约束机制。最后基于系统一致性办法提出了可靠自适应调整机制。最后,通过一个基于DSAM信息管理系统应用实例验证前面工作的有效性与可行性,首先介绍了应用系统的体系结构设计原则与其内部构件的实现,其次描述了系统在上下文变化的情况下构件自适应调整的过程;最后对其自适应调整过程进行功能测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 本文主要研究工作
• 1.3 本文的组织结构
• 第二章 软件体系结构相关工作
• 2.1 软件体系结构的起源与发展
• 2.2 软件体系结构的概述
• 2.3 软件体系结构描述语言
• 2.3.1 Darwin
• 2.3.2 Unicon
• 2.3.3 C2-ADL
• 2.3.4 Wright
• 2.4 软件体系结构的动态演化
• 2.4.1 动态软件体系结构概述
• 2.4.2 动态软件体系结构研究现状
• 2.4.3 三种主要的动态软件体系结构模型
• 第三章 自适应体系结构模型DSAM
• 3.1 π演算
• 3.1.1 π演算基本语法
• 3.1.2 π演算的约简与迁移关系
• 3.2 自适应体系结构模型
• 3.2.1 DSAM 模型概述
• 3.2.2 DSAM 结构
• 3.3 构件基层CBL 组成部分
• 3.3.1 构件行为规约
• 3.3.2 构件基层CBL 核心语法
• 3.4 自适应层AML 的反射机制
• 3.5 DSAM 模型形式化分析
• 3.5.1 基本数据类型表示
• 3.5.2 DSAM 模型建模
• 3.5.3 面向C-S 系统的DSAM 研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 DSAM 自适应调整算法设计
• 4.1 系统自适应调整概述
• 4.2 监控层ML 响应关键技术
• 4.3 DSAM 一致性保证方法
• 4.3.1 行为一致性定义
• 4.3.2 行为一致性保证方法
• 4.3.3 LS（TS）集合计算方法
• 4.4 DSAM 模型的自适应调整机制
• 4.4.1 自适应调整过程一致性约束
• 4.4.2 自适应调整的实施
• 4.4.3 系统一致性验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 原型系统设计与实现
• 5.1 信息管理系统概述
• 5.1.1 基本原则
• 5.1.2 系统体系结构设计
• 5.2 构件实现
• 5.3 系统自适应调整过程
• 5.4 自适应调整性能验证
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 将来研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要