支持集成与扩展的构件接口模型研究

nt Interface Model Supported Integration and Expansion
W AN G Qiong DU Cheng lie
( College of Comput er S cien ce, N ort hw est ern Polyt echnical U niversit y, Xi! an 710072, China)
第 37 卷 第 7 期 2010 年 7 月
计 算 机 科 学 Co mput er Science
Vo l. 37 No. 7 July 2010
支持集成与扩展的构件接口模型研究
王 琼 杜承烈 ( 西北工业大学计算机学院 西安 710072)
摘 要 接口是构件与外界交互的唯一场所 , 接口的设计直接涉 及到构件集 成与扩展 的难易程度 。 提 出了一个 面向
软件体系结构的具有性能约束的构件接口 模型 , 该接口 模型遵 守构件 的封装 性 , 允 许客户 了解构 件的拓 扑结构 等信 息 , 支持构件在接口处的集成与扩展 ; 同时还增加了性能描述 和性能保 障机制 , 以实现对 构件的性能 控制 。 该模 型在 某国防基础科研项目的研究中得到了应用 , 达到了比较好的效果 。 关键词 软件体系结构 , 构件 , 接口 , 集成 , 扩展 , 性能约束 中图法分类号 T P303 文献标 识码 A
[ 1]
致对 复用的要 求不仅仅是 功能 , 针对领域 特点还会有 相应的 性能要求 , 例如军工领域、 航空航天领域等的应用对时间的要 求很高。因此要将软 件复用 真正广泛 深入到 各个领 域中 去 , 具有性能约束 的软件复用是必然的也是必需的。 因此 , 定义新的构件接口模型、 扩充和增强构件接口规约 成为新的重要 研究课题 [ 2] 。针 对构件 的集成 与扩展 , 本 文对 文献 [ 3] 中的接口模型进 行了扩 展 , 引 入了性 能约束 ( 关 于性 能约束方面 , 本文以实 时性为 例 , 引 入 t imer [ 9] 来 实现 ) , 提出 了一个面向软 件体 系结 构的 具有 性能 约 束的 构件 接口 模型 A O PCCI M ( A r chitec tur e O riented and with Per fo r mance C onstr aint Com po nent Inte rf ace M o del) , 该模型贯通 体系结 构设计和 CBSE 构件组装 实现 , 运用层 次结 构控制 构件 行为 协议规约的复 杂度。与 文献[ 3] 相比 , A O PCCI M 增加 了扩展 端口和性能控 制端口 , 支持构件的集成与扩展 , 同时还增加了 性能约束和性 能保障机制 , 实现了对构件的性能控制。
Abstract Co mpo nent interface is the only interaction betw een com ponent and envir onment, and t he design o f interface affects the complex ity of integ ration and expansion of component directly. A n architecture or iented and w ith per form ance co nstr aint component inter face model ( A O PCCI M ) was pr oposed. T his inter face model co mplies w ith encapsula t ion char acteristic o f co mpo nent and allow s customer to understand the infor matio n o f co mpo nent, such as the topolog y of component, for integr atio n and ex pansio n o f component in co mpo nent inter face. It a lso adds per for mance descr iption and per for mance g uar ant ee mechanism to contr ol the component perfo rmance. T he application of this model in some foundatio nal project ion has pr oved its effection. Keywords Softw are ar chitect ur e, Component, Interface, Integ ration, Ext ensio n, Per formance co nst raint 接口是构件与外界交互的唯一场所 , 一方 面 , 构件接口把 客户请求与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 理论 支持 组 装设 计 , 它允许将设计任务劈成一定数量的子任务 , 每个子任务由 独立的人员来设计 ; 因此可以将接口 F 精化成形如 ( F 1 | | F 2 | | ∀| | F k ) 的接口
到稿日期 : 2009 08 10 基础科研项目资助。 王 返修日期 : 2009 10 11
1 相关研究工作
关于构件 接口描述理论 , 有不少学者提出了自己的思 路 , 对传统接口模 型作了扩展 和描述。文 献 [ 4] 提出 了一种 改进
本文受航空科学基金 ( 2007ZD 53043) , 十一五 武器装备预先研 究项目 ( 102010101) , 某国防
具体的软构件 仍然是黑盒的 , 但是构件的内部结构信息可见。 ( 3) 定制端口包括数据参数、 类型参数、 函数参数 或简单 对象 , 通常由构件组装 人员提供 。定制端 口不能 包含向 外提 供服务元素。 ( 4) 交互端口包括共享的数据、 服务提供操 作、 服 务请求 操作、 向外发出消息、 能够响应的 外部消息、 写入数据的管 道、 读出数据的管 道 , 同时能够包括其它构件接口。 ( 5) 性能控制端口 根据 控制的 性能 不同 , 包含 的性 能信 息也不同 , 比如实时性能控制端口包含的性能信息有截止 期、 任务的同步、 共享资源、 线程优先级等。 ( 6) 扩展端口包含有构件内部的子构 件、 函 数、 拓 扑结构 以及交互端口 中的预留端口等相关信息。 ( 7) 构件接口具有 两级 行为协 议 : 端口 级行为 协议 和接 口级行为协议 。 A O PCCI M 各元素之间的关系如图 1 所示。
图1
A O PCCIM 各元素之间的关系
2. 2
AOPCCIM 分析 A O PCCI M 构件接口模型具有 两个 特点 : 一是 不同 端口
的分类 , 二是交互端口和接口的嵌套定义。 A O PCCI M 进行端口分类 , 即定 制端口 、 交 互端 口、 性能 控制端口和扩 展端口。虽然 它们的型 构基本 相同 , 但是 逻辑 功能却不相同 。定制 端口用 于构件功 能的定 制和完 善 ; 交互 端口 用于构件 与外界的交 互和通信 ; 性能 控制端口类 似于定 制端口 , 但它是对性能而非功能的定制 ; 扩展端口用于满足用 户的特殊需求 。定制端 口和扩展端口经常在构件部署的时候 设定 , 而交互端口能够与其它构件的端口进行动态交互 , 性能 控制端口则是 在构件与其他构件动态交互时实现。几类端口 的分离符合 多维 关注 分离 的思 想 , 易于 构件 理解、 定 制和 复 用 , 同 时体 现了 SA 的思 想 , 即注 重构 件之 间的 逻辑 交互 关 系。 SA 的研究把构件接口依据其逻辑交互功能划分为端 口 , 形成二级结构 , 而 A O PCCIM 构件接口模型提 出端口和 接口 相互嵌套定义 , 形成一个树型层次结构 , 是 SA 二级接 口结构 思想的深化。其遵循 的思想 是 : 复 杂软件 系统层 次合成 已经 是普 遍接受的 原则 , 复杂的构件 接口和交 互协议同样 应该能 够进行层次合 成和定义。由此带来的好处有 : ( 1) 控制接口规 约复杂度 ; ( 2) 支持 SA 的求精与实现 ; ( 3) 提升构件组 装的抽 象级别等。 2. 3 AOPCCIM 的型构规约 下面用 BNF 范 式 给出 A OP CCIM 的 型构 规 约 , 接口 协 议规约和端口 协议规约见 2. 4 节 。
琼 ( 1973- ) , 女 , 博士生 , 主要研究方向为分布测控与仿真 , E mai l: w q78026@ gm ai l. com; 杜承烈 ( 1970- ) , 男 , 教授, 博士生导师 , 主 要研究
方向为分布测控与仿真。
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的软构件接口模型 , 该模型是 基于自 动计 数机 ∃ ∃ ∃ 一种 传统 有限状态机的扩展 , 描述了构件提供接口 ( 提供哪些服务及什 么时候提供 ) 和使用接口 ( 使用哪些服务和什么时候使用 ) ; 其 独特之处在于接口的连接允许自适应地选择一个构件所提供 的功能 , 以防所需求的外部构件没有全部准备 好 ; 该方法为构 件的自动组 装生成系统 提供了可 能 , 其 实现依赖于 一个负责 整个提供服 务接口的协 议 , 但 是该模型 没有提供相 应的协议 负责需求服 务接口 , 否则这种 构件连接 的自适应选 择会更加 高效。文献 [ 3] 提出 了 一 种 面向 体 系 结 构的 构 件 接 口模 型 ACI M , 它既能表 达体系结构设计的高层 抽象构 件 , 又 能表达 底层代码级别的实现 构件 , 是 SA 和 CBSE 技术 融合的 一种 探索和尝试 ; 同时 , 基于 CSP, 提出 了 A CIM 的两级构 件接口 行为协议及 其形式规约 方法 , 能够简化 复杂构件的 行为协议 规约和规约 各种抽象级 别构件的 行为协议 ; 但是没 有提及对 于性能方面的约束。文献 [ 5] 提出了一 个具有 性能约 束的构 件模型 ∃ ∃ ∃ PCCM , 在该模型 的接口 描述 中除 了传 统的 功能 接口描述 , 为了达到性 能约束 的要求 , 还增 加了性 能接口 维 , 形成了{ 功能接口 , 性能接口 } 二维构件模型 ; 该模型为领域构 件性能约束 的实现提供 了一个思 路 , 但 是没有考虑 构件的进 一步集成与扩展。文献 [ 6] 开发了一 种叫做 CID ER ( C ompo nent I nter face D escr ipt or ) 的构件接口描述 语言 , 该 语言是一 个面向对象的语言 , 它使得软件工程师可以捕 捉、 集成和重用 基于可重用软构件模型的构件接口。文献 [ 7] 介绍 了一种基 于时序逻辑 的构件交互 协议规约 方法 ; 该协议规约 采取互动 的方法限制构件的签名要素 ( 即属性 , 操作和事件 ) , 这种方法 的特别之处是允 许构 件交 互协 议或 构件 交互 约束 的逐 步规 约 , 它与文 献 [ 3] 提出的 协议规约 思想类似 , 但是没 有明确的 分层概念。 还有一些其它的研究思路 , 这里不一一列 举。