软件复用、软件合成与软件集成

软件复用、软件合成与软件集成

黄靖,赵海光

(华中科技大学计算机学院,湖北武汉430074)

摘要:软件复用被视为解决软件危机的一条现实可行的途径。在软件复用的科学研究与实践活动中,针对不同的应用领域,结合相关的计算机新兴技术,出现了许多解决软件危机的方法与途径,软件合成、软件集成就是软件复用的成功实践扩展和技术应用之一。简要地介绍了软件复用,分别给出了软件合成、软件集成的概念,归纳总结了二者实现所涉及的关键技术、适用领域和应用目的,详尽地对比了软件合成、软件集成的区别。

关键词:软件复用;软件合成;软件集成;软件构件;中间件

中图法分类号:TP311.5文献标识码:A文章编号:1001-3695(2004)09-0118-03

Softw a re Reu se,Softw are Com posit ion and S oft w ar e Int egrat ion

HU ANG J ing,ZHAO Hai-gua ng

(School of Comp uter S cience,H uazhong Univer sity of S cience&Technology,Wuhan Hubei430074,China)

Abst ract:S oft ware Reuse is to be considered a s t he feasible w ay to solve t he problem of soft wa re crisis.In t he resea rch and practice of the S oftw are Reuse,com posing the rela tive adva nce com puter technology,people found m a ny solut ions of Soft wa re Reuse a im ing at different a pplia nce fields.S oft wa re C om pos it ion a nd Soft wa re Integrat ion are t he s uccessful exam ples of the ex-pa ns ion of the pra ct ice and t he applica tion of the t echnology of the S oft wa re Reuse.After a brief introduct ion of S oftw are Re-use,t his diss erta tion provides the accurat e concepts of S oftwa re C om pos it ion and Soft wa re Integrat ion and the distinct ion be-t ween the tw o.On t he bas is of that,t he critica l technology,t he sphere and purpose of applica tion involved in S oftw are Com posi-t ion a nd Soft wa re Int eg ra tion are dis cussed.

Key wo rds:S oftw are Reuse;S oft wa re C om pos it ion;S oft wa re Integra tion;S oftwa re Com ponent;M iddleware

半个世纪以来,计算机软件作为一门学科得到了迅速发展,相关技术和方法层出不穷,研究领域不断深入与扩展。计算机的应用范围也得到了很大程度的普及,人们对软件系统的需求急剧上升,随之而来的软件规模越来越大,开发费用越来越高,开发的质量和效率不断降低的问题日益严重。如何解决这些日益复杂的矛盾,满足高质量、高效率地开发各种各样日趋复杂、大型的软件系统的需要,消除所谓的“软件危机”,使得软件工程作为一门独立的学科受到越来越多的关注,成为软件技术中发展较快的一个分支学科领域。近年来,尤其是20世纪90年代以后,面向对象方法与技术成为主流的软件开发技术,使得软件复用被视为解决软件危机的一条现实可行的途径[1]。与此同时,软件构件模型、计算机网络、分布式系统等相关技术的研究与发展,又为软件复用注入了新的活力,使得在软件复用的科学研究与实践活动中,针对不同的应用领域,结合一些相关技术,出现了许多解决软件危机的方法与途径,成为软件复用研究领域的一个实践扩展和技术应用。软件合成、软件集成正是这些成功方法之一。

1 软件复用

定义1 软件复用(Software Reuse)是指重复使用“为了复用目的而设计的软件”的过程[2]。

软件复用的概念是在1968年NATO软件工程会议上被第一次引入的,在其后的几十年中,进行了许多复用技术的研究和实践活动,但因技术和非技术方面的种种因素,造成复用技术在整体上对软件产业的影响不尽人意[3]。面向对象方法和技术的出现及成熟,为软件复用提供了强有力的技术支持,尤其是软件构件技术的发展为其注入了新的活力,使得软件复用研究重新成为热点,被视为解决软件危机,提高软件生产效率和质量的一个现实可行的途径,同时也成为了避免软件开发中重复劳动的解决方案,并在一定程度上降低了软件开发的费用。

软件复用可以从多个角度进行考察。根据复用的对象,可以分为产品复用和过程复用。其中基于构件的复用是产品复用的主要形式,也是当前复用研究的焦点。根据对可复用信息进行复用的方式,又可以分为黑盒复用和白盒复用[4]。软件复用作为软件工程中一个研究热点,其实现涉及的关键技术主要包括:软件构件技术(Software Component Technology)、领域工程(Domain Engineering)、软件架构(Software Architecture)、软件再工程(Software Reengineering)、开放系统(Open Sys-tem)、软件工程(Softw are Process)、CASE技术等。国内外对其成功的研究和实践活动有:卡内基梅隆大学的软件工程研究所(CMU/SEI)提出的面向特征领域分析方法(Feature-Oriented Domain Analysis Method,FODA方法)[5];瑞典CelsiusTech Sys-tem公司和美国空军电子系统中心(ESC)的产品线系统[6],产品线系统(Product Line System)是CMU/SEI提出的产品开发的组织方式[7];OMG组织的CORBA和微软公司的COM/

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?计算机应用研究2004年

收稿日期:2003-09-26;修返日期:2003-12-05

DCOM;C aldieri和Ba sili提出的一种工厂化的软件生产方式[9];我国北京大学自主研究开发的国家重点科技攻关课题———青鸟工程。

目前,无论何种形式的软件复用,都离不开面向对象方法和技术。构件是核心和基础,复用是手段,这种模式才是软件产业工程化、工业化的必由之路。软件合成、软件集成也正是基于构件技术的一种复用实践。

2 软件合成

复用是成熟的工程领域的一个基本特征,如在计算机硬件工程中就实现了即插即用的生产模式。只要将硬件的各个部分通过统一的接口有机地连接在一块,便可快速廉价地组装计算机,大大提高了计算机的生产效率和质量。同样,在软件产业化的进程中,人们越来越重视复用在软件开发中的重要性。软件工程师们如何有效地利用现有的软件资源,将其有机地连接、组装、合成为新的软件系统;如何高效率、高质量地分工协作完成满足用户需求的软件,是增强软件生产能力、促进软件产业化的重要标志。软件合成就是一个有效的软件复用方法。

定义2 软件合成(Softw are Composition)是指软件间基于一定的软件构件模型,按照特定的软件体系结构,通过某种标准的接口机制进行无缝的连接,组装成新的、具有某种功能特性的软件系统或软件构件的活动过程。

不难看出,规范的软件构件模型、标准的接口机制是进行软件合成的前提与基础;健壮的体系结构是软件合成的装配框架。因而其实现所涉及的关键技术包括软件构件技术(构件模型)、软件体系结构(合成框架)、构件库的管理以及接口规约等。

(1)软件构件技术。它是支持软件合成的核心技术。目前基于构件的软件开发(Component-based Software Develop-ment)模式越来越成熟,对于具有相对独立功能和可复用价值的构件的研究与开发工作越来越多,如微软的组件对象模型COM,SUN公司的EJB以及OMG新近推出的CCM(CORBA Component Model)。对于软件构件技术的研究内容大致包括:构件的获取;构件的模型;构件描述语言;构件分类与检索;构件复合组装;标准化[10]。

(2)软件体系结构。软件体系结构(即合成框架)是对合成系统整体结构设计的刻画,它为软件合成提供了基础和上下文。软件工程师们可以通过连接子(即连接中间件,如CORBA 中的ORB)的方式,将现有的构件进行无缝的连接,合成一个大的应用系统。健壮的体系结构有利于软件的合成和升级,同时也能充分体现在基于构件的软件开发模式中、软件合成对软件功能的扩展性和对用户需求的适应性。

(3)接口规约。接口对软件构件模型来说至关重要,同时也是软件合成的桥梁。一方面软件构件的接口把客户请求和构件的实现完全隔离开来;另一方面客户对构件的了解和使用只能通过接口来实现。接口是信息封装技术在构件模型中最重要的表现,同时也是构件间互操作和重用的基础,所以规范标准的接口规约是软件合成的前提和基础。

软件合成的方法与实践在一定的应用领域、一定的层面上体现了软件复用的思想。随着基于构件化软件开发方法的不断深入,构件化软件越来越多,人们在开发新的软件系统过程中,不必像以往一样“一切从头”开始,在需求文档、编码、测试等各个环节均可利用前期的工作成果,这样就大大提高了工作的质量和效率。其应用表现为:通过为现有软件安装插件和添加补丁包的方式来增强现有软件的功能,体现出在这种开发模式下软件合成对软件功能的扩展性和对用户需求的适应性;当前软件规模和开发难度越来越大,根据分层设计开发的思想,软件工程师分工协作,按照特定的软件体系结构进行软件合成组装,形成满足客户需求的软件系统;通过不同粒度软件合成的更大粒度软件所具有的某些功能,是单一小粒度构件所不具有的,需要这些不同小粒度构件的协作才能完成;在软件合成中添加一些非功能性要求,如实时性、安全性。

目前国内外对于软件合成有许多成功的实践,其中Mi-crosoft的组件对象模型COM和国内北京大学自主研究开发的国家重点科技攻关课题“青鸟工程”就是在软件合成方面成功的案例。

3软件集成

20世纪90年代以来,计算机网络的迅速发展,尤其是In-ternet的广泛普及与应用,为我们提供了一个广域的、乃至全球范围的信息基础设施和资源丰富的网络计算平台,极大地推动了软件技术的发展,同时软件的概念也相应地发生了变化。它不再是仅仅局限于某一台PC之上,而更多的是由网络中诸多的软件子系统相互协作共同完成某些功能、运行于网络计算平台的软件系统,体现出软件系统的开放性。在这种环境下,如何进行高质量、高效率的软件开发;如何有效地解决规模日益庞大的软件系统带来的开发难度,对我们在软件工程领域的研究提出了新的要求。随着网络技术、分布式系统等相关技术的迅速发展,为软件复用的研究带来了新的曙光,软件集成正是在这种背景之下软件复用的一种实践扩展和技术应用。

定义3 软件集成(Software Integration)即软件系统集成,是指对现有软件系统(软件构件、非软件构件或遗留系统)按照一定的体系结构,通过特定的基础设施(集成中间件),在分布式环境中进行同构或异构互连、相互协作,并根据需要能满足一定性能要求(如实时性、安全性)的活动过程。

根据软件开发分层设计的思想,软件集成可以分为数据集成、业务集成和表示层集成三个层面的集成。其实现涉及的关键技术有软件构件技术、中间件技术(包括通信技术、分布式对象计算技术)、软件体系结构等。

(1)软件构件技术。软件构件技术同样也是软件集成的关键技术,其天生所具有的良好的功能实现封装性和方便的接口交互性非常有利于软件系统间的互连和协作。随着计算机应用在各行各业的广泛深入,用户积累了大量极具价值的系统资源,在构造新系统时,用户希望利用这些资源;另一方面这些系统可能是用不同的语言编写,分布于网络不同计算机中。因而如何有效地将这些已有的系统集成或移植到新系统中,并且在将来尽可能使它们不再成为“孤岛系统”,是软件集成急需解决的问题。通过基于软件构件技术的黑盒复用或白盒复用的形式,对已有系统进行改造,封装成符合集成要求的系统,是进行软件复用实践一个很有效的方法。

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第9期黄靖等:软件复用、软件合成与软件集成

(2)集成中间件。中间件是位于应用系统和基础件之间的通用服务系统,具有标准的程序接口和协议,可实现不同硬件和操作系统平台上的数据共享和应用互操作,还能对一些操作性能进行动态响应,如实时性、安全性。在软件集成中引入中间件技术,可以十分方便地对已有软件系统进行集成,实现数据、业务和表示层三个层面的集成,同时也能体现软件系统开发的开放性和可扩展性。集成中间件分为基于远程过程调用中间件和面向对象中间件,现在比较流行的是面向对象集成中间件。在分布式软件集成系统中需要一个基础设施,使各台计算机上的服务提供者能在网络上进行通信和协作,这种基础设施就是集成中间件,如CORBA中的ORB,通过它能达到分布式软件系统中资源的访问透明性和位置透明性,保证在分布同构或异构环境下对象之间的互操作。开发人员因此能够访问并集成大量的软件资源,而不用考虑其开发者或开发过程中使用的工具或语言。

(3)软件体系结构。在软件集成中,软件体系结构就是一种集成架构,它是分布式软件应用系统开发者进行软件集成的指导基础。不同的应用领域有不同的架构,目前比较流行的架构有J2EE,Window s DN A,CORB A,Web S erv ice等。

4 软件合成与软件集成的比较

软件合成与软件集成容易混淆,尽管它们采用了许多相同的关键技术,但二者之间存在着区别与联系。它们的相同之处在于:

(1)在软件规模越来越大、开发难度日益增加的情况下,进行高质量、高效率软件开发的一种模式和方法;

(2)基于软件构件技术,采用成熟的面向对象开发方法;

(3)需要一定的体系结构作为其合成或集成的指导基础(即合成框架、集成架构)。

不同之处在于:

(1)适用领域不一样。软件合成更侧重于同构环境下,特别是单机系统中构件的组装,按照分层设计的思想,属于垂直层面的装配;软件集成则更侧重于分布异构环境下构件间的集成,属于水平层面的装配。

(2)应用目的不一样。软件合成主要是解决软件系统的高效开发与升级的问题;软件集成大多是解决遗留系统、孤岛系统间相互通信与互操作的问题。

(3)对软件复用实现的程度不一样。在软件合成中,从一开始就是合成那些为了复用目的而设计的构件,属于完整意义上的软件复用,即基于软件(构件)的应用系统构造(Develop-ment with Reuse);而软件集成过程中,很多情况下是对已有一些非构件化的遗留系统进行集成,这些系统由于历史的原因,在开发之初就不是为了进行复用目的而设计的,所以在软件集成的过程中,存在着一个遗留系统重新改造、封装、构件化的过程。

(4)关键技术研究的侧重点不同。由于软件合成、软件集成在软件复用实现程度上的差异,所以二者在软件构件技术方面的研究重点也存在着不同之处。软件合成更侧重于构件模型、构件描述语言、构件库的管理、构件分类和检索、构件复合组装等方面,归属于复用软件(构件)开发(Development for Re-use)的过程;而软件集成则更侧重于构件的封装、获取和接口描述语言方面的研究。对于软件体系结构,软件集成更着重于其研究,特别是在分布式集成领域。

(5)对软件系统中性能要求的实现不一样。软件合成通常是通过在构件模型中加入性能属性来体现的,是一种静态意义上的性能实现;软件集成是在集成中间件中建立专门的性能机制来进行动态响应,如建立实时调度机制来满足软件系统的实时性,添加安全服务来满足软件系统的安全性。

5结束语

软件合成、软件集成均是软件复用研究的一个实践扩展和技术应用,它们根据不同的软件开发目的适用于不同的领域,既有区别又有联系,相互交叉、相互渗透,同时在特定的情形下又是一致的。因而弄清它们的概念、涉及的关键技术、适用领域和目的,对于具体的研究工作至关重要,是进行软件开发的前提与基础。笔者所在的课题组,目前正在进行一个基金项目的科研工作,其中涉及到软件合成、软件集成领域的诸多方面。为体现出软件系统对性能的要求,在构件技术研究方面,建立了一个具有性能约束的构件模型(Performance-Constraint Com-ponent Model,PCCM);在软件系统集成方法研究中,根据分布异构环境的实际情况,采用了CORBA体系结构。下一步的工作重点将着重于研究与实现能满足一定性能要求的集成中间件。

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[10]Mei Hong,Chang Jichuan,et https://www.360docs.net/doc/e87155852.html,posing Software Components at

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try,2000.224-231.

作者简介:

黄靖(1977-),男,博士研究生,研究方向为软件工程;赵海光(1966-),男,博士研究生,研究方向为软件工程。

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