設計模式下計算機軟件總線體系結構研究

劉艷艷

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院 信息中心，哈爾濱 150001)

設計模式下計算機軟件總線體系結構研究

劉艷艷

(哈爾濱醫科大學附屬第一醫院 信息中心，哈爾濱 150001)

隨著計算機技術以及各軟件應用的開發，其已經逐步成為我們日常生活以及各企業工廠開發生產中的一個重要工具;而目前在軟件開發與應用上仍存在著一些問題，軟件開發方式也急需改變；為此，提出設計模式下計算機的基礎下進行研究，依據計算機軟件總線的思想，采用CORBA作為主要標準，構造計算機軟件總線的體系以及開發思想，并且設計出在整體結構當中各個模塊所實行的功能；實現應用JAVA和C++語言，編寫客戶端以及服務器之間的通信構成，最后進行該思想改進后計算機跨語言通信實際檢測，檢測結果良好，具有很強的通信效果和對于軟件以往問題的解決。

設計模式；計算機軟件總線；CORBA標準；跨語言通信

0 引言

隨著計算機技術的提出以及不斷發展，配合應用軟件的開發與應用，其已經逐步成為當今我們日常生產生活中必不可少的一部分。而隨著社會的不斷進步，對于軟件應用和相關的系統容量要求也不斷地加深。軟件構架化在20世紀90年代被提出，在很大程度上解決了這種問題。在當前的系統規模中，由于一個系統需要完成多項并行功能，為此，采用軟件的復用以及集成將是非常重要的功能。目前，軟件構造化理論的提出，軟件構造模型已經成為當今較為普遍認同的開發總體標準和開發要求。在這種結構下進行軟件開發為提高開發效率、開發質量，以及對于結構模式的充分利用，相關的開發人員對于開發過程則需要更多的使用軟件復用方式進行軟件構造的設計，并且根據新軟件的相關要求建立有效的應用系統。但是在目前的環境下，基于構件的軟件開發仍然面臨著一些問題，最具代表性的就是單機性太強，不能適應當前網絡環境的應用和當前網絡發展的相應要求[1]。

因此，本文根據當前設計模式下計算機的復用方式以及結構模式進行研究，提出在此基礎上進行軟件總線體系結構建立，采用CORBA標準作為軟件總線結構的開發標準，解決當前較為突出的單機性缺點，并設計出適用于當前網絡環境運行的軟件體系結構模型。其中，從軟件總線結構的設計思想、結構服務、管理維護、總線接口、通信設計這幾個方面進行詳細介紹，旨在提高當前我國軟件的應用開發水平[2]。

1 設計模式

所謂設計模式即為代碼編寫真正工程化，設計模式的提出是根據某代碼經過反復使用、多數人知曉、完整的分類編目、代碼設計經驗而進行總結得出的。設計模式最大的特點就是可以進行代碼重復編寫和使用，并且使得該代碼可以更加容易的被人們所理解以及可靠性的保障。在當前的軟件開發過程當中，設計模式已經成為當一個最基本的基礎。為此，在當前分布式計算機模式下，應用設計模式的相關思想配合分布式計算機的構造進行軟件總線結構的分析和建立很有意義。

在設計模式下可以進行復用的對象軟件主要分為兩種類型。第一種是應用程序工具箱，我們日常所使用的軟件即為相應的應用程序，而工具箱種類繁多，其中舉例JAVA的APL即為工具箱當中的一類。第二種則是框架(Framework)，其主要是對于某項特定的軟件進行復用設計，并且起到協作功能的類別。在當前的技術環境下這種類別也非常多，以JAVA系統為例，EJB(Enterprise Java Benans)就是其中一個較為普遍的，在企業計算環境中，有著廣泛應用的框架結構。因為框架的定義屬于整體結構類別以及對象參數設計方面，為方便做到具體的應用以及應用軟件本身的細節設計，框架起到記錄軟件應用當中所存在的共同決策，并且根據設計模式的復用條件，進行框架設計。在此之外，應用設計模式下，對于分布式計算機環境的應用軟件框架設計可以做到更加完善的理解。一個完整的應用軟件框架采用了多種設計模式，為此，對于設計模式的充分理解則可以做到對于當前分布式計算機系統結構和應用軟件的設計更有幫助[3]。

2 設計模式下分布式計算機軟件總線體系的設計

本文研究目前設計模式下對于系統構造和框架的設計，依據分布式計算機的相關技術支持特點，采用CORBA的標準作為當前設計模式下分布式計算機軟件總線體系結構建立。

2.1 設計思想

在設計的思想當中，該軟件總線設計依據4個原則，包括透明性、開放性、可靠性、通信性。

透明性原則是要求軟件總線對于使用的用戶是透明的，在用戶使用軟件總線系統的過程中，用戶需要使用特定的應用程序向軟件總線管理中心傳輸自己特定的信息并注冊賬號[4]，接著應用程序可以根據所注冊信息作為藍本，發送相關參數符合的消息，并且該消息的格式以及數據的解釋工作都由應用程序來進行規劃，在透明性當中堅持訪問透明性以及重定位透明性。

在開放性的原則當中，應用程序將為用戶提供即插即用的服務，其中在開放性當中通信模塊的設計如圖1所示。在當前環境當中，所有功能以及系統都可以從總線接口處在符合相應的標準情況下接入到整體的總線結構系統當中，并且跟接入的其他軟件和系統進行資源共享和信息傳遞的工作，可以做到對于數據的集成以及模塊的隨意訪問通信要求。這種開發式的軟件總線結構大大地降低了在應用程序當中系統和構件之間的耦合程度。

圖1 基于軟件總線當中的應用集成結構

在可靠性原則當中主要包含了兩種意義，總結為兩種可靠性原則，其中有軟件總線本身方面以及在進行系統組裝過程中。而軟件總線的可靠性是根據IIOP網絡協議以及軟件總線的管理辦法來實現的。IIOP是一種當前網絡中較為普遍的網絡協議，這種協議可以保證軟件的開發部分以及在使用過程中及時不同的軟件應用都可以進行交互操作，進行通信連接。為此，IIOP作為底層的傳輸協議，對于軟件總線的可靠性保證是唯一的體現[5]。

在通用性原則當中，集中體現了應用程序與構件之間的互通操作性能。軟件總線本身的數據傳輸協議較為簡單，限制要求不高，采用其他應用程序以及軟件進行構件連接和信息互通的過程中，只需要連接軟件根據自身的要求和協議方式就可以進行通信連接，對于整體的連接限制極低，為此軟件總線結構的通用性得到充分的體現[6-7]。

2.2 軟件總線體系的結構設計

在設計模式下的分布式計算機軟件總線體系的整體結構設計基本如圖2所示。

圖2 軟件總線的基本組成結構

在此軟件總線結果當中，始終以通用核心作為中心，在核心當中包含了適配器(POA)和通信傳輸協議(IIOP GIOP)等等，并且其都可以實現對象移植能力。在整體的結構當中，由上層的構件開發工作站，其中包括了構件測試、計算、開發、管理系統等方面以及構件儲存系統功能組成。在接口界面當中，為實現不同語言應用程序的使用以及不同語音的構件通信功能，采用了IDL(IDL Compile)編譯器以及CIDL(CIDL Compile)編譯器方式來進行語言程序方面的編輯工作。再應用了APL應用程序來連接系統顯示當中的接口界面。因為采用了安全防護技術的原因，應用系統以及軟件總線布置上需要依靠安全階層協議以及防火墻協議來進行接口的布置。并且在安全技術的支持下設立命名服務功能以及通知服務功能[8]。而通用核心的下層部分組成部分則包括了通信核心以及系統服務功能。在這些服務功能中主要有對象交易服務、按值對象、持續狀態服務、軟件總線控制管理端口、提供目錄查詢服務功能、鑒定授權管理部分等相關的服務組成部分。在經過了系統開發的過程后，推出的軟件總線服務器以及結構應用，將應用后得到的系統使用操作合格文件儲存在存放庫當中。通過對以上的組成部分以及流程的安排形成一個完整的軟件總線體系結構系統[9]。

2.3 軟件總線的服務設計

在軟件總線的服務設計中主要分為一下幾個方面。通用核心、安全接口以及傳輸層安全性、命名服務、事件通知服務，對象事物處理服務、持續狀態服務、按值傳遞對象[10]。軟件總線的服務設計采用量化代碼進行注入式編寫設計，所示具體代碼設計如下：

#inclfgude

insgt N;

int **mgaze;

}

ignt zx,zy;

void PrsdgintsdgMazsdge(int N){

int *l[2],i,j;

}

l[0]=(int*)masggsdlloc(sizeof(l)*N*N);

l[1]=(int*)malsdgloc(sizeof(l)*N*N);

for(i=0;i

l[0][i]=-1;

}

for(i=0;i

for(j=0;j

if(mdgsdaze[i][j]>1){

l[0][mdgdsaze[i][j]-2]=i;

}

l[1][mgsdgaze[i][j]-2]=j;

}

}數據引入......

}for(i=0;i

2.3.1 通信核心設計

在通信核心的設計當中，主要關乎的兩個設計方面，可移植對象適配器POA、通信傳輸協議IIOP，可移植對象適配器的設計目的是為了可保證在軟件總線當中任何軟件都可以進行通信，提供透明支持以及仆從隱式激活等方面。在每一個構件服務器當中可以存在多個POA，并且每一個適配器都支持一個特有的不同的軟件應用，而且它們之間都是相對獨立的存在方式。同時在構件組裝的過程中，POA所具備的伸縮性決定了軟件構件服務的定位策略[11]。而IIOP則是為了實現軟件之間可以進行相互通信和操作功能。通信核心的設計過程用公式表示為:

(1)

2.3.2 安全接口和傳輸層安全性

此功能服務是為了保證在通信過程當中為應用程序提供安全保障以及數據完整性的支持組件功能。傳輸層安全性是處于應用程序協議以及TCP/IP之間的安全協議。在采用CORBA標準進行協議通信的過程中，安全協議位于傳輸層協議之上，并且在經過了傳輸層安全協議之后進行相應的IIOP通信功能。在配置安全協議的方法上依靠單一的配置文件或是一系列的工具來進行配置策略。只需要在整體協議代碼之上加入小部分的協議代碼就可以實現安全協議的配置工作。協議代碼如下所示。

if(l[0][i]!=-1)prdgdsintf("(%d,%d) ",l[0][i]+1,l[1][i]+1);

elsebrdsgeak;

}

}intSelMadgze(intx,inty){

if(T>9||R>9||I<0||y<0)return(0)

}

retufrn(!mgaze[x][y]);

}intFinfdMaze(intdsx,inty,intm){

if(x==zx&&y==zy){

msdaze[x][y]=m;

return(1)

并且應用程序APL可以對于安全協議進行隨時更改，符合當前的網絡環境和數據傳輸的需求。對于安全協議進行更改的計算公式為:

(2)

其中:Hj是傳輸層系數；pj(t)代表安全接口參量;βj為CORBA標準進行協議通信過程的檢驗數據;aij是養老金給付的管理費用。

2.3.3 命名服務

命名服務則是目錄服務的統稱，應用了對象的特有標記的名字就可以對于相關的對象進行引用。在結構當中的大部分對象都可以使用命名服務來進行體系內部查找，找得相關的數據或是服務支持。在操作上采用的綁定和釋放的辦法，在一個服務目錄當中綁定一個特有的名字，便可以引用其相關的參數和數據等信息，并且將這些數據儲存在目錄當中。在使用的過程中用戶只需要輸入相應的名字信息，就可以搜索到相關的應用程序軟件。搜索過程采用如下公式：

(3)

其中:va表示命名服務的對象；xa代表相關數據的特征分量；ta代表用戶的名字信息；ε為應用程序的參量，表示一個常數。

2.3.4 事件通知服務

在以往的情況中，應用程序所使用的是同步請求以及恢復機制。然而在客戶機請求相關的服務器進行相應的操作過程中，為實現同步性的高要求，客戶機和服務器之間的連接呈現出應用程序軟件的縮放性和開放性會受到較為明顯的限制。并且客戶機和服務器應用程序之間的耦合狀態還為體系處理相關故障中增加了復雜性，嚴重影響了體系的靈活性要求。采用事件通知服務可以在異步非耦合的狀況下實現通信，減少了客戶機詢問服務器當前狀況的次數，而且可以進行了異步通訊傳輸的功能，具有很大的優勢。

2.3.5 對象事物處理

對象事物處理(OTS)定義了兩種不同的傳播方式：一種是隱式的傳播方式；另一種是顯式的傳播方式。在隱式的傳播方式黨中，需要特定的IDL來激發遠程傳播的能力，并且參數附加了上下文。而在顯式的傳播方式當中，事物的上下文則由IDL的數據格式來進行表現，并且并列在IDL激發參數上。而在應用程序管理中體現為直接和間接這兩種方式。直接方式中事物工廠之間生產出相應的新事物，間接方式中則體現出應用程序不會直接出現在事物當中。

2.3.6 持續狀態服務

持續狀態服務是為了保證軟件總線體系可以正常運行并且做到儲存相關信息而設立的高效嵌入式數據庫。以依靠特定的編輯語言來實現儲存功能。在通過更新儲存對象化身的同時也會對數據當中的儲存對象進行同步更新。而數據庫的通信則依靠接口連接總控制端來進行。

2.3.7 按值傳遞對象服務

按值傳遞對象(ObV)是為了一個對象可以被按值傳遞而轉化為某種特定的格式的工具。在某個應用領域中每一個對象都占有一個獨有的系統內存，保證為它發送的相關指令可作出相應的消息反饋。要將該對象可以傳遞到其他的應用領域當中則需要將它進行串行化改變，使得消息形式為字節流并且在新的領域當中進行重新組合。

2.4 軟件總線體系的管理和維護設計

在軟件總線體系當中，應用分布式系統的管理方向主要包含了計算機管理、網絡管理、應用程序管理以及數據管理等方面。在分布式網絡管理當中主要包含了管理獨享、代理、管理者等方面。網絡管理協議則指定了代理方面和管理者之間的消息傳遞格式。其中網絡管理當中的協議主要有SNMP、CMIP。在應用程序監控當中采用分布式管理的應用程序監控器，做到不會干擾到管理對象的組成結構而且減少其他技術的輸入而實現對于對象的管理辦法。主要是由連接到應用程序服務器當中的管理庫來實現與管理對象的IDL接口，并且利用這些接口來進行管理器與對象之間的交互作用。而性能監控則在于有關性能瓶頸的信息。通常會產生的反應為立即反應和長久反應這兩種方式。在數據庫中所支持的動態數據參數發生了參數重新配置，其所在系統中則會立即產生相應的反應。在儲存管理當中則起到了對于數據庫當中的數據實現備份以及恢復工作，并且對于歷史數據進行相應的刪除或是更改為新數據。具體運算執行的代碼為：

truct jinzhanelem

{

infhjgt yidi;

idfgnt erdi

int direction

strudfgct jinzhagnelem *next;

}

stdfgruct zhjdan

{

struct jinzdfhanelem *ding,*di

};fg

void main()

{ vodid inidfgtzahn(struct zhan *p)

voidjd Datainput(struct mazeelegdm maze[jie][jie])

vjgoid

mazecrogdss(struhct zhan

*p,struct mazefgelem maze[jie][jie]);

strdguct zhan *pstrugct mazeelem maze1[jie][jie]

initzdjnahn(p)

Dataingjput(jmaze1)

mazecdfross(p,mdfaze1)

2.5 軟件總線體系內的接口設計

在接口的設計當中基于軟件總線體系當中的軟件目標建立相應的高結合度的構件組合模式，并且實現每一個構件可以獨立完成自身的任務實現構件當中的低耦合度。為此需要對于接口的設計和定義做到明確。將所有的構件規范的劃分為多個獨立接口，并且使得構件內部的關聯性得到限制。在設計軟件總線體系的接口時，應用IDL可以滿足以上的需求。然而，因為IDL缺乏邏輯性以及控制結構的能力，只能進行相應的接口程序定義。具體運算式如下所示。

(4)

(5)

(6)

(7)

2.6 通信結構設計

在通信結構設計當中主要由軟件總線APL、軟件總線接口、軟件總線系統管理以及軟件總線服務來組成。通信方式采用的是“客戶機-服務器”的通信方式。在進程與通信結構之間都是一種對等關系。軟件總線的功能性則需要根據用戶的相應要求來決定，其結構如圖3所示。

圖3 軟件總線體系的通信結構設計

與接口界面上側連接的是應用程序A和應用程序B。與通用核心右側為應用系統和軟件總線API的安全接口，利用的是安全套接層協議(SSL)和防火墻技術。右側為命名服務和通知服務。軟線總線API的下部為軟件總線通信核心的各種服務：對象交易服務OTS，持續狀態服務PSS，按值對象ObV，軟件總線管理控制，目錄服務，鑒定授權管理。

3 軟件總線體系建立中的跨語言通信實驗

3.1 實驗目的

在軟件總線平臺當中應用Java語言以及C++語言分別編寫應用軟件，并且生成客戶端和通信服務器，通過實際操作，觀察該軟件總線平臺是否可以做到跨語言通信。

3.2 實驗結果

在實驗當中選擇了上述論述當中的CORBA作為標準，并且應用JAVA開發系統開發出了軟件總線體系的客戶端以及服務器。首先應用OMG IDL語言對接口的語言進行編寫和描述，接著再運用編譯器來對客戶端的存根類、服務器端框架、特定類庫和接口進行生成。最后用JAVA語言對程序進行編寫，生成客戶端和服務器字節碼。而另一方面利用C++語言編寫程序。程序編寫的方式同上步驟大致相同，并對兩種編寫語言在軟件總線體系當中的顯示結果進行展示和分析。

具體的編寫流程如下：

1)應用IDL對接口文件進行定義，描述功能。

2)應用IDLJ轉化IDL文件，并適合JAVA進行編程，生成代碼存根和helper類。

3)應用omniidl轉化IDL文件，并適合C++進行編程。生成同上。

4)啟動服務。

5)啟動JAVA編寫的服務程序。

6)應用兩種編程語言對客戶機進行不同的調試和生成服務。

以Java調試服務器和C++語言調試服務器分別做實驗，進行對比分析，得到Java調試服務器結果以及C++語言調試服務器結果分別如圖4和圖5所示。

圖4 Java調試服務器結果

圖5 C++語言調試服務器結果

結果顯示，在啟動命令服務的系統顯示當中，采用的JAVA服務器端口或是C++語言編寫的服務器端口的服務命令一樣。為此，可以總結為不同的語言編寫行駛在軟件總線體系當中所呈現出來的框架是一樣的，可以實現不同語言下的通信功能。

4 結論

本文根據設計模式下的分布式計算機體系，分析當前在軟件開發的過程中出現的相關問題依靠軟件總線體系進行解決的辦法。使得當前的軟件開發可以滿足多種編寫語言通信功能，實現在當前網絡環境下的軟件開發發展。摒棄了原有的開發方式的單機性質，實現軟件開發在網絡環境當中進行，提高了開發效率以及質量。并且進行了跨語言程序編寫的檢測，檢測結果顯示在軟件總線的體系當中完全實現了跨語言編寫的功能。而目前這類研究范圍極其廣泛，其他相關的研究仍亟待開發。

[1] 張秋余，袁占亭，翟志萬，等.分布式計算機軟件總線體系結構研究與設計[J].計算機工程, 2004，30(20):109-110.

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Research on Computer Software Bus Architecture Based on Design Pattern

Liu Yanyan

(Information Center,First Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,China)

With the development of computer technology and software applications, it has gradually become an important tool in our daily life and the development and production of various enterprise factories. At present, there are still some problems in software development and application. Approving the basis of computer in design mode, based on the software bus thought to solve the problem, using CORBA as the main standard, construct the software bus system and the development of ideas, and designed the overall structure in which the implementation of each module function. Realize the application of JAVA and C++ language client and server communication composition. Finally, the idea of improved computer cross language communication actual detection, detection results are very optimistic, has a strong communication effect and software for the past to solve the problem.

design pattern; computer software bus; CORBA standard;cross language communication

2017-01-18；

2017-02-15。

劉艷艷(1979-)，女，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，主要從事計算機軟件設計方向的研究。

1671-4598(2017)04-0130-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.04.036

TP311

A