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1.提出了用于描述软构件行为协议的网结构CBN(Component Behavior Net),给出了将软构件行为进程代数描述转换为CBN网结构的转换规则与算法,给出了生成的CBN网描述的化简算法。根据软构件行为协议的CBN网描述,利用Petri Net同步距离性质计算交互的软构件行为之间的同步关系,得到软构件行为之间的映射关系的集合,即适配器描述。适配器描述是自动软构件行为适应过程中关键一步,如果适配器描述不充分,在计算适配器行为协议过程中可能会丢失一些消息的交互,导致被适应后的系统中存在死锁。
2.提出了一种软构件行为适应框架,给出了适配器行为协议计算方法。定义了框架的组成部件并描述了组成部件之间的协同关系。为了分析支持数据交互的软构件行为不匹配问题,用死锁来判断软构件行为协议STS(Symbolic Transition Systems)表示的同步合成产品中是否发生了行为不匹配,并给出了死锁的形式化定义及检测死锁的算法。利用自动机的自动分析能力,在计算软构件行为协议STS表示及适配器描述的STS表示的同步矢量产品过程中自动计算适配器的行为协议。适配器遵循它的行为协议协调软构件的交互。
3.给出了软构件行为适应过程中数据处理方法。在自动计算适配器行为协议过程中,利用一个辅助过程Store存储有关接收到的数据的信息,用一个矢量过程处理每个同步矢量中描述的软构件行为的交互。每次由软构件发送的数据被矢量过程接收并存储,在同步矢量中描述的每个软构件的接收事件与存储过程Store进行交互,检查这个事件需要的数据是否都被得到,如果没有则需要等待直到需要的数据都被得到。保证当多个软构件之间按照行为协议进行消息交互时,如果发生消息排序不一致,软构件仍能够正确交互。保证适配器的接收操作与发送操作的顺序与软构件行为操作的顺序一致,从而得到正确的适配器行为,保证软构件之间按照距确的方式进行行为交互。
4.给出了适配器属性验证技术并进行正确性验证。采用Petri Net理论等形式化的方法验证了适配器的安全性、活性、有界性、信息完整性等,并给出了相应的验证规则及算法。按照本文中生成适配器算法计算得到的适配器具有活性、有界性,能够使软构件的行为操作从开始状态到达正确的终止状态,并且软构件中的行为序列被保持到适配器的行为序列中,没有发生信息丢失情况,保持了软构件交互过程中信息的完整性。
开发复杂的分布式系统主要通过组合一些相互交互的软件实体构建而成,这些软件实体可以是子系统、对象、构件或Web服务,也可以是它们互相合作提供的子功能。理想状态下,基于构件的系统是将已经开发好的软构件按照一定的规则组合在一起,实现新的需求,这些软构件互相兼容。在实际应用中,软构件不被修改就被使用是难以做到的,由于软件实体的行为不兼容等问题使得服务之间不能够正确交互。为了重用软构件,在一定程度上先适应软构件,然后使用这些软构件。软构件适应研究的内容是提供一种有效的方法解决软构件在交互过程中出现的各种不匹配,使得软构件以正确的方式进行交互。
本论文研究通用、自动的软构件行为适应问题,即给定软构件接口信息,计算机自动计算出适配器的行为协议,适配器根据它的行为协议协调构件的交互。基于这一背景,论文研究分布式计算环境下软构件适应相关理论、模型及关键技术,主要包括识别软构件行为之间的同步关系、判断软构件行为之间不匹配的发生、计算适配器的行为协议、验证适配器属性等。围绕上述主要研究内容,本文的主要工作总结如下:
1.扩充了软构件接口描述模型。给出了软构件符号接口的形式化定义,采用进程代数扩充了软构件接口描述,使其能够描述顺序、选择、并行的行为结构。
2.采用CBN网结构存储软构件符号信息及行为协议信息。提出了将软构件行为的进程代数描述转换为CBN网描述的转换规则与算法,并对生成的CBN网结构进行了化简,给出了化简算法。根据Petri Net同步距离性质计算交互的软构件行为之间的同步关系,得到软构件行为之间的映射关系的集合,即适配器描述。
3.设计了一个自动的软构件行为适应框架,给出了适配器行为协议计算方法,并给出了数据的处理方法。为了分析支持数据交互的软构件行为不匹配问题,采用符号转换系统(Symbolic Transition Systems,STS)作为软构件行为协议的图形描述工具,并给出了STS描述与CBN网描述之间的对应关系。用死锁来判断软构件行为不匹配的发生。根据软构件行为协议描述及适配器描述自动计算适配器的行为协议。在计算适配器行为协议过程中,用一个矢量过程处理每个同步矢量中描述的软构件行为的交互,用一个辅助过程Store来存储有关接收到的数据信息。在同步矢量中描述的每个软构件的接收事件与存储过程Store进行交互,检查这个事件需要的数据是否都被得到,如果没有则需要等待直到需要的数据都被得到。这种对数据的处理过程可以实现对消息顺序的重新排序。
4.采用形式化方法从适配器的安全性、活性、有界性、信息完整性等方面进行适配器有效性的验证。
5.最后,以一个分布式计算环境下的应用案例一移动小额支付视频点播系统为例,详细介绍了本文中提出的自动软构件行为适应技术。用这个应用案例分析本文中提出的自动软构件行为适应方案的有效性及可行性。
软构件行为适应技术的研究将为更深入的基于构件的软件理论与方法研究积累经验,促进基于构件的软件工程学科领域研究的发展。软构件适应技术可以大幅度提高软构件的可重用性,缩短软件开发周期,提高软件开发效率和质量。软构件适应技术可以应用在具有可适应性的开发平台、分布式软件开发等应用领域中,有着广泛的实际应用前景。