基于体系结构的网构软件自适应方法.pdf.pdf

中国科学 E 辑: 信息科学 2008 年第38 卷第6 期: 901 ~ 920 info. 901 《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS 基于体系结构的网构软件自适应方法梅宏①②* , 黄罡①②, 兰灵①②, 李军国①②①北京大学高可信软件技术教育部重点实验室, 北京 100871; ②北京大学信息科学技术学院软件研究所, 北京 100871 * E-mail: ******@pku. 收稿日期: 2007-12-24; 接受日期: 2008-03-06 国家重点基础研究发展规划( 批准号: 2002CB312000) 和国家自然科学基金( 批准号: 90612011) 资助项目摘要作为网构软件的基本特性之一, 自适应性是指软件系统在预设策略的指导下自动地监测系统状态信息, 并在必要时对自身进行调整, 以提供更好的服务. 针对网构软件可适应性、自适应可操作性及适应结果可信性 3 个基本问题, 提出了一种以体系结构为中心的网构软件自适应方法, 即监测、分析、规划、实施等自适应活动均围绕软件体系结构展开, 其中, 网构软件运行状态和行为以运行时软件体系结构的方式实时展现和在线调整; 自适应相关知识通过软件体系结构记录、组织和加工, 以实现系统状态和行为的自动分析和调整规划. 关键词网构软件自适应软件体系结构中间件网构软件是 环境下一种新的软件形态, 具有自主性、协同性、反应性、演化性和多态性等特点[1] . 这些特性在技术上的共性之一可归结为自适应性, 即, 网构软件在运行过程中能够在合适的时刻、合适的场合、准确捕捉变化并进行合理的适应性调整, 以满足功能和质量的需求[2] . 从国内外研究与实践看, 自适应技术并不是一个网构软件独有的、新的话题. 然而, 不论已有成果和经验能否适用于网构软件, 系统化的网构软件自适应需首先解决 3个基本问题: ■网构软件可适应性问题: 即, 哪些或哪类变化可以被感知或理解, 以及哪些或哪类适应性调整可以被实施, 这是网构软件实现系统化自适应的首要问题. 理论上, 网构软件这种典型的人工制品的所有变化都可以被感知或理解, 并实施适应性调整. 但 环境开放、动态、难控等特点, 从实用或实践的角度限定了网构软件自适应的范围. ■自适应可操作性问题: 即, 在给定的可适应范围中, 如何操作才能实现自适应. 这是网构软件自适应的核心问题. 以自治计算[3] 为例, IBM 从产业实践的角度给出了一个以知识为中心、对可管理实体分步骤进行监测、分析、规划和实施的自治计算模型, 并按照人参与系统梅宏等: 基于体系结构的网构软件自适应方法 902 管理的程度划分了基础级、可管理级、可预测级、自适应级、自治级等 5个可操作级别. 尽管自治计算模型及其分级给出了一个具有普适意义的自适应可操作性原理, 但仍需针对网构软件进行特化和细化, 如, 知识在每个活动中的表现及应用、活动之间的自动衔接等, 从而形成实际可操作的网构软件自适应基本结构与机理. ■自适应结果可信性问题: 主要包括自适应操作是否正确以及是否达到预期效果. 这是网构软件自适应得以实际应用的关键问题. 前者需要评估适应后的网构软件的功能正确性, 后者需要评估网构软件的性能、可靠、安全等质量属性(因为它们是网构软件自适应的主要目标). 这些指标均属于网构软件可信性的范畴, 而可适应范围的有限性则决定了自适应的可信性是网构软件可信性的一个子集. 从技术角度看, 上述 3个基本问题可分别具体化为“如何看待和理解网构软件基本形态”、“如何监控网构软件并进行分析决策”、“如何评估网构软件功能正确性和主要质量属性”. 我们认为, 软件体系结构(software architecture, SA) 为系统化地研究并解决这些基本问题提供了一条切实可行的技术途径, 因为: ■ SA 为考察网构软件自适应范围提供了全面、系统、易于理解的模型: SA 是一组构件、连接子以及约束所描述的软件系统总体结构[4] , 能够自然地描述网构软件的基本形态, 即, 一组分布于 环境下各个节点的、具有主体化特征的软件实体, 以及一组用于支撑这些软件实体以各种交互方式进行协同的连接子[5] . 因此, 网构软件的自适应具体表现为软件实体、软件交互、以及运行环境的自适应, 这些因素可分别建模为 SA 中的构件、连接子、约束和变化. ■ SA 为网构软件自适应提供了强有力的可操作性支持: 首先, 自适应的广度和深度取决于相关知识的获取(隐性知识转变为显性知识) 、组织(劣构知识转变为良构知识)和加工( 描述性知识升级为推理性知识). 作为一种模型化、支持分析与决策