1、精選優質文檔-傾情為你奉上軟件體系結構課程題目：動態軟件體系結構的描述1. 動態軟件體系結構概述軟件體系結構（Software Architecture，簡稱：SA）是對軟件系統整體組織結構和控制結構的刻畫,包括系統中各計算單元(構件)的功能分配、各單元之間的高層交互說明(連接件)以及SA的約束。當前, SA研究主要集中在靜態體系結構上，這種體系結構在運行時不能發生改變。而對于一些需要長期運行且具有特殊使命的系統(如航空航天、生命維持、金融、交通等)，如果系統需求或環境發生了變化，此時停止系統運行進行更新或維護，將會產生高額的費用和巨大的風險，對系統的安全性也會產生很大的影響。靜態體系結構缺乏

2、表示動態更新的機制，很難用其分析、描述這樣的系統，更不能用它來指導系統進行動態演化。因此，動態軟件體系結構（Dynamic Software Architecture，簡稱：DSA）的研究應運而生。允許在系統運行時發生更新的軟件體系結構稱為動態軟件體系結構，動態體系結構在系統創建后可以動態更新。其動態性主要分為三類：交互式動態性，結構化動態性和體系結構動態性。目前，DSA的研究主要集中在以下幾個方面，一是體系結構的動態演化，二是研究模擬和描述體系結構動態更新語言，三是研究支持體系結構動態更新的執行工具。對于DSA動態演化的研究主要圍繞動態演化的需求來源、動態演化時期、動態演化類型、動態演化方法

3、等方面；模擬和描述動態體系結構的研究主要集中在對現有的一些ADL擴展以支持體系結構的動態性；動態演化執行工具有加州大學Irwine分校提出的ArchStudio工具集，倫敦皇家學院提出的SAA（Software Architecture Assistant）,北京大學提出的PKUAS等。當前主流的體系結構模型CORBA、COM/DCOM、EJB等，都不支持體系結構的動態更新。同時，由于動態體系結構本身的復雜性，又缺乏通用的結構模型和有效的形式化描述機制及分析工具，使得學術界對DSA的研究還不成熟，實際應用較少,因而解決軟件的演化問題將成為DSA應用研究領域的一個重要方向。其次,對于與DSA研究

4、相關概念的統一、通用性支持工具、動態演化完整性、一致性、追溯性等問題都有待進一步深入。此外，隨著DSA研究的深入,基于DSA的一些新興軟件體系結構的研究，如自適應軟件體系結構、正交軟件體系結構、自省動態軟件體系結構、網格動態體系結構等,將會成為DSA研究的發展方向。2. 動態體系結構的描述與靜態體系結構的描述一樣，動態體系結構的描述既可以使用描述語言，也可以使用形式化的描述；既可以使用UML建模機制，也可以使用XML建模機制。2.1 DSA的描述語言軟件體系結構描述語言(Architecture Description Language，簡稱：ADL)是SA領域的一個重要研究成果,ADL從較高

5、抽象層次上描述構件接口的語法和語義、系統中的構件和連接子以及它們之間的交互關系、構件的非功能屬性以及構件間協議，從而建立系統的體系結構模型。但是大多數ADL只描述系統的靜態結構，不支持對體系結構動態性的描述。UML作為體系結構建模工具，它不是一種體系結構的描述語言，而是一種設計語言。因此開發動態軟件ADL是很有必要的。近年來，已經開發出了很多動態體系結構描述語言，如Darwin、Dynamic ACMED、Dynamic Wright、Rapide等。（1） Dynamic WrightDynamic Wright是體系結構描述語言Wright的一個擴展，Dynamic Wright的主要目的

6、是試圖模擬或標記已解決軟件系統的動態性。采用Dynamic Wright具有較多的良好特性，其中之一就是能夠很容易地描述軟件的動態環境。在客戶-服務器的體系結構中，如果設計師想要對客戶（Client）的每一步工作所依賴的服務器（Server）進行說明，比如Client最初是依賴于Server1的，當且僅當Server1出現問題時，Client將與Server2進行交互。因此，設計師必須用一個符號來表示每一個接觸點L。圖2-1是上述問題的靜態描述，它圖2-1 靜態描述并不能清楚的反映出設計師對體系結構的動態依賴關系，這樣有可能導致設計師把一些關鍵的方面遺漏，它還需要一些額外的文本對體系結構的行為

7、進行說明。如果采用Dynamic Wright來描述客戶-服務器的體系結構，就用一個動態變化的新符號，即配置“configuror(C)”。通過增加一個configuror到Wright的標記中，設計師就能很好的闡述控制行為，使得設計師能更好地描述系統體系結構?！癈onfiguror”主要涉及這些問題：什么時候軟件體系結構應該重新配置？什么原因使得軟件體系結構需要進行重新配置？重新配置應該怎樣進行？圖2-2是上述問題的動態描述，通過引入虛線和配置C來動態描述該系統的動態特征。這樣設計師就能很容易地把系統的動態環境表述清楚。因此，Dynamic Wright是非常適合動態軟件體系結構的環境描述。

8、圖2-2 動態描述（2） DarwinDarwin是一個用于描述系統配置規劃的ADL，它把一個程序看成是由不同級別的構件進行相應的配置。相對于其他的ADL，老程序員在使用Darwin上顯得更容易些。Darwin具有很多其他ADL的圖形表示和文本表示的特點，Darwin與其他的ADL的主要不同之處在于：Darwin具有一個用于對構件所需要的和提供的服務進行指定的規則。圖2-3是一個采用Darwin對filter構件的圖形化和文本化的描述。圖2-3 構件filter的Darwin描述在Darwin中，服務的命名是局部命名（如next和output），每一個服務需要被局部地指定，也就是說每一個構件能

9、夠從系統中分離出來并且進行獨立測試。Darwin對于表示體系結構構件的開發和設計是一個相當成熟的工具，但是Darwin在其他方面的描述上并不是完美的。（3） Z語言Z語言是一種基于集合理論和一階謂詞邏輯的形式語言或方法，支持軟件的形式化規格的推理及求精，是迄今為止應用最為廣泛的形式語言之一。模式是語言的基本描述單位，一個軟件系統的主要是由若干個模式構成，這些模式刻畫了系統的靜態性質和動態行為。采用擴展的Z語言來描述軟件體系結構的動態特性，其描述規則如下:規則1：構件可以表示一個數據類型，接口同樣可以表示一個數據類型同樣，連接件和接口也可以表示數據類型規則2：接口是用來表示接收還是發出請求的，其

10、接口應該是屬于 receive，send 兩種類型，定義了接口的具體行為規則3：模式名字可以定義一個具體的接口構件或系統，其模式可包括其他的模式來表示其結構和行為規則4：構件之間的連接是通過連接件來實現的，其連接行為也可以定義是一個類型擴展的Z 語言從語義與語法上描述了體系結構中構件連接件和配置，如圖2-4所示圖2-4 擴展Z語言描述DSA2.1 DSA的形式化描述動態軟件系統的形式化描述包括軟件體系結構的描述、體系結構的重新配置和系統行為的描述。對DSA的形式化描述，通?？梢圆捎脠D形化方法、進程代數方法、邏輯方法等。（1） 圖形化方法由于圖能夠直觀地描述系統體系結構及其風格，所以用圖形化方法

11、描述軟件體系結構是很自然的事情，用圖的重寫規則來描述DSA的配置也是一種很自然的方法。采用圖形化方法描述DSA的主要有Le Metayer的描述方法、CHAM方法、Hirsh等的描述方法等。（2） 進程代數方法進程代數方法通常用于研究并發系統，在并發系統中進程通常用代數方法描述，用微分方法對描述進行驗證。多進程代數應用于CCS，CSP和演算。常用的進程代數方法有Dynamic Wright、Darwin、LEDA和PiLar等（3） 邏輯化描述方法邏輯化描述方法是DSA描述的形式化基礎，常用的邏輯描述方法有Gerel、Aguirre-Maibaum方法和ZCL方法等表2-5是對DSA形式化描述

12、方法的歸納與總結，這些描述方法各有其自身的優點和缺點。表2-5 DSA形式化描述方法歸納與總結方法語言提出者具體技術特點圖形化法Le Metayer approachLe Metayer用HR圖文法、圖重寫能用圖重寫來規約體系結構動態行為的途徑CHAMG. Berry和G.Boudol引入轉換規則及項重寫能夠描述、分析SA的動態行為,支持SA配置演化的研究進程代數法DynamicWrightRober.JAllen等使用標簽事件技術對Wright進行擴展支持動態的建模和分析,用于死鎖檢測、模型一致性驗證等工作DarwinMagee、Kramer等一階Pi演算對基于消息傳遞的分布式系統進行描述和

13、動態配置,支持預設的動態演化Pi-ADLArchware基于高階Pi演算支持動態體系結構建模和驗證圖形化和進程代數SAAM模型的描述語言于振華等面向對象Petri網OPN和Pi演算兩種互補的形式化方法適用于基于構件的軟件系統的動態演化,支持動態體系結構建模、分析與驗證JB /SADL張世琨等用偽碼刻畫構件接口、構件結構、構件實現,采用Mealy機刻畫構件的行為支持對JB /HMB風格的系統進行規范化描述,并可在工具的支持下進行系統性質分析、動態模擬運行、動態演化和代碼框架自動生成此外，徐洪珍等人提出用約束超圖表示軟件體系結構,用左右應用條件刻畫軟件體系結構動態演化的前斷言和后斷言,用條件超圖文

14、法建模軟件體系結構動態演化過程；汪玲等人提出用擴展的Bigraph描述面向方面動態軟件體系結構(AODSA)模型的結構；趙智坤等人提出用動態描述邏輯的方法描述DSA，都為DSA的描述與分析提出了新的方法，為DSA的發展奠定了理論基礎。參考文獻：1 張友生.軟件體系結構M. 2版.北京:清華大學出版社, 2014.2 李瓊,姜瑛. 動態軟件體系結構研究綜述J.計算機應用研究，2009.6.3 晏鄭勇.基于動態軟件體系結構的軟件自適應性研究碩士學位論文.2014.5.4 周緒川. 適用于動態軟件體系結構的擴展的Z描述語言J.計算機應用研究，2012.9.5 徐洪珍, 曾國蓀, 陳波. 軟件體系結構動態演化的條件超圖文法