淺談新一代公共軟件平臺的構(gòu)建

黃振業(yè)

【摘 要】本文闡述了公共軟件平臺的功能及發(fā)展。分析了當(dāng)前平臺開發(fā)和應(yīng)用中存在的不足及在實(shí)踐中遇到的困難，提出了一種新的公共軟件平臺的構(gòu)建方法，并闡明了其優(yōu)點(diǎn)以及對其開發(fā)流程和相應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)模式進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】公共軟件平臺；組件對象模型；開放源代碼

1 軟件平臺的產(chǎn)生及發(fā)展

軟件平臺通常是指建構(gòu)于硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用開發(fā)框架，它的范疇并沒有一個(gè)嚴(yán)格的界定。通常操作系統(tǒng)之上與具體的應(yīng)用邏輯無關(guān)的公共軟件部分都可以歸于軟件平臺，當(dāng)然在具體的實(shí)現(xiàn)中平臺和應(yīng)用也經(jīng)常出現(xiàn)在此消彼漲或相互重疊的現(xiàn)象。

顯而易見，軟件平臺產(chǎn)生的初衷是為了在規(guī)模化的軟件開發(fā)中提高應(yīng)用軟件開發(fā)效率，節(jié)約開發(fā)資源；由于平臺完成了絕大部分公共代碼，因而應(yīng)用程序的開發(fā)將大為簡化，同時(shí)采用一套穩(wěn)定的公共平臺也大大降低了測試和維護(hù)的工作量。

目前公共軟件平臺的實(shí)現(xiàn)主要包括以下幾個(gè)方面：

操作系統(tǒng)適配層：通常是一個(gè)公共函數(shù)庫，它的主要目的是封裝系統(tǒng)調(diào)用，隔離應(yīng)用程序和底層操作系統(tǒng)及硬件，實(shí)現(xiàn)代碼的可移植性。

OAM框架：提供公共的操作維護(hù)機(jī)制。

應(yīng)用程序框架：主要是為了進(jìn)一步簡化應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)或增強(qiáng)某些特性，而引入的公共的服務(wù)，如任務(wù)管理，狀態(tài)機(jī)模板，以及為了適應(yīng)分布式應(yīng)用和負(fù)載均分，高可靠性而引入的一些公共的機(jī)制或中間件。

開發(fā)工具：為了方便應(yīng)用實(shí)現(xiàn)而開發(fā)的一些輔助設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)工具，如任務(wù)編輯器，狀態(tài)機(jī)編譯器等。

2 傳統(tǒng)軟件平臺建設(shè)中面臨的困難

傳統(tǒng)的軟件平臺通常是由專門的團(tuán)隊(duì)開發(fā)，作為獨(dú)立的子系統(tǒng)或通過SERVICE LIBRARY的方式提供服務(wù)給應(yīng)用開發(fā)人員。但是這種方法有著很多不足之處：

1）平臺功能的重復(fù)開發(fā)嚴(yán)重。由于平臺的開發(fā)往往是和應(yīng)用開發(fā)同時(shí)進(jìn)行，甚至落后于應(yīng)用的開發(fā)，造成了大量平臺功能在不同應(yīng)用中重復(fù)實(shí)現(xiàn)和棘手的版本問題。

2）平臺后期推廣困難。由于市場的壓力，很多軟件產(chǎn)品的開發(fā)來不及針對軟件平臺做詳細(xì)的全局的規(guī)劃，同時(shí)由于軟件巨大的代碼量和復(fù)雜度，使后來的平臺引入，特別是替換那些已經(jīng)在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了的功能變得困難重重。對于那些模塊化不好的軟件，由于錯(cuò)綜復(fù)雜的依賴關(guān)系和交叉耦合，實(shí)際上如果不重寫軟件，那么不可能實(shí)現(xiàn)平臺化。

3）平臺功能的擴(kuò)充較慢。平臺功能的升級速度很難滿足各種不同應(yīng)用的多方面的需求。

4）對一些復(fù)雜應(yīng)用特性支持困難。采用C函數(shù)庫或獨(dú)立子系統(tǒng)的方式來提供對一些高級特性的支持，如分布性與高可靠性，容易造成平臺自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和靈活性的下降。

為了克服這些困難，我們有必要考慮從根本上改進(jìn)平臺開發(fā)模式和實(shí)現(xiàn)方法，以促進(jìn)平臺在實(shí)時(shí)開發(fā)中應(yīng)用。

3 新一代軟件平臺

有一種形象的說法：騎自行車是不可能登上月球的。分析計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)，編程語言的每一次升級都帶來開發(fā)效率的提高和軟件結(jié)構(gòu)的變化。要實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的功能和特性，通常必須采用更先進(jìn)的開發(fā)工具和方法。

設(shè)想一下，如果我們用匯編語言來開發(fā)目前實(shí)時(shí)系統(tǒng)中一個(gè)簡單的模塊，如果消息隊(duì)列或者協(xié)議棧將會是什么情況。實(shí)際上，現(xiàn)今的實(shí)時(shí)軟件開發(fā)正處于這種困境中，現(xiàn)有的開發(fā)手段不足以應(yīng)付開發(fā)復(fù)雜度和可靠性要求越來越高的軟件系統(tǒng)的要求。同時(shí)我們看到，編程語言的發(fā)展趨勢是隨著需求的不斷提高而不斷引入新的特性和增強(qiáng)的語素-從指令，到語言，函數(shù)，對象，再到組件。正是由于C語言的基本語素——函數(shù)缺乏支持更高級需求的特征，因而造成了廣泛存在的代碼復(fù)用率和開發(fā)效率低下的問題。

綜上所述，平臺開發(fā)和應(yīng)用中存在的問題主要是和軟件的設(shè)計(jì)方法和開發(fā)模式有關(guān)。要解決這些問題，必須從軟件工程的方向入手，對目前的開發(fā)模式進(jìn)行改造。那么，實(shí)時(shí)軟件開發(fā)應(yīng)該采用什么樣的開發(fā)工具和開發(fā)模式呢？首先，工程化意味著必須有明確的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組裝、測試的階段和分工。其次，工程化還有一層隱含的意思，那就是必須在相當(dāng)大的限度內(nèi)，軟件開發(fā)的效率應(yīng)當(dāng)與投入的人力資源成近似正比關(guān)系。在當(dāng)前的模式下很難完全做到第一點(diǎn)，即便是做了，效果也不理想；對于第二點(diǎn)，則其限度——即人員的飽和點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際要求。

工程化是產(chǎn)業(yè)化的必然要求。如果我們把目光從實(shí)時(shí)軟件轉(zhuǎn)向桌面平臺去看一看，或許能從中得到啟發(fā)。微軟已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了到軟件工程的轉(zhuǎn)化，其根本途徑是組件式開發(fā)。簡單地講，組件式開發(fā)就是像建筑業(yè)用磚、瓦、水泥板等預(yù)制件來構(gòu)造一座軟件大廈一樣。它的根本依據(jù)是軟件實(shí)現(xiàn)的模塊化分解和建模，即任意軟件可以分解為無交叉耦合的多個(gè)模塊。模塊的劃分越細(xì)，則并發(fā)開發(fā)的人員越多，開發(fā)效率就越高；建模則是要求按上訴條件分解后的軟件系統(tǒng)可以用完備的非代碼的方法描述。即開發(fā)人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)文檔完成模塊開發(fā)和組合。

如果引入了平臺的概念，實(shí)時(shí)軟件和桌面軟件實(shí)際上已經(jīng)沒有本質(zhì)的區(qū)別。桌面軟件的開發(fā)模式和經(jīng)驗(yàn)也同樣適用于實(shí)時(shí)軟件的開發(fā)。因此，組件式開發(fā)也將是實(shí)時(shí)軟件開發(fā)工程化的必經(jīng)之路。

4 實(shí)現(xiàn)方法

建設(shè)組件化的公共軟件平臺應(yīng)采取以下幾個(gè)步驟：

1）制定組件規(guī)范。必須針對實(shí)時(shí)軟件的特性對微軟的COM規(guī)范進(jìn)行必要的擴(kuò)展，包括增加支持實(shí)時(shí)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)接口。

2）選取或開發(fā)OS適配庫，組件支持庫，開發(fā)組件編譯器，測試環(huán)境。這是組件式開發(fā)的基礎(chǔ)。

3）建立組件資源庫，包括管理界面，組件上下載界面，Q/A界面。建立組件資源庫的目的是固化已有的軟件成果，使其可以繼承和復(fù)用。顯然，組件資源庫將隨著時(shí)間的推移而不斷擴(kuò)大。完善的交互界面可以提高資源庫的使用效率。

4）培訓(xùn)開發(fā)人員。包括組件的開發(fā)和使用，組件的檢索，下載和提交。

5）開放資源庫，接受提交，測試并發(fā)布已提交的組件。觀察當(dāng)前留下的開放源代碼的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，這是一種非常有效的分布式開發(fā)模式。它的成功之處一方面在于能夠匯聚零散的開發(fā)資源——由于眾多的參與者的加入，每一個(gè)開放源代碼軟件都能夠得到充分的開發(fā)、測試、使用和維護(hù)的支持。另外一個(gè)成功的原因在于，每一個(gè)項(xiàng)目成員的參與，通常都是基于對這個(gè)項(xiàng)目的強(qiáng)烈需求或者濃厚興趣。雖然這種方法來開發(fā)一個(gè)完整的商用軟件是不充分的，但是它卻可以成為開發(fā)一個(gè)逐步積累的組件資源庫的最佳途徑。特別是如果對于每一個(gè)提交都有相應(yīng)的激勵(lì)，就能夠更加有效地提高向組件式開發(fā)轉(zhuǎn)化的進(jìn)程。開發(fā)人員會非常樂于開發(fā)和使用組件，并且逐步對已有的軟件中可以用組件實(shí)現(xiàn)的代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而擴(kuò)大已有代碼的組件化比率，并最終實(shí)現(xiàn)全面的組件式開發(fā)。

6）當(dāng)設(shè)計(jì)人員，開發(fā)人員都已經(jīng)習(xí)慣于組件式開發(fā)時(shí)，原有的開發(fā)隊(duì)伍就會自然而然地分化為：系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、組件開發(fā)人員和使用者。很顯然，他們的功能分別對應(yīng)于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和組裝，這正是軟件工程的要求之一。

7）隨著組件資源的不斷積累，新的應(yīng)用軟件開發(fā)將變得越來越簡單，效率也越來越高。

與傳統(tǒng)平臺相比，新的方案具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）強(qiáng)調(diào)了平臺自身的模塊化，即使用者可以根據(jù)需求選取必要的功能模塊，而不必依賴于龐大、復(fù)雜的平臺子系統(tǒng)。

2）應(yīng)用開發(fā)人員可以根據(jù)自己的需求對已有的平臺功能進(jìn)行擴(kuò)展和擴(kuò)充，而不會影響其它的使用者。這大大提高了平臺的發(fā)展速度。

3）良好的組件規(guī)范和設(shè)計(jì)方法能夠保證么一個(gè)組件都成為恒久的軟件資源，使之不會隨著產(chǎn)品的升級換代而流失。

4）統(tǒng)一的資源庫使不同應(yīng)用之間也可以實(shí)現(xiàn)組件共享，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)公司范圍內(nèi)開發(fā)資源的優(yōu)化。

5）可以促使開發(fā)人員提高模塊化意識，改善軟件結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然我們要做到這些，前提是必須制定和實(shí)施完善的組件對象模型規(guī)范。從長遠(yuǎn)的發(fā)展考慮，越早實(shí)施新的方案越有利于開發(fā)效率提高和資源的積累。

【參考文獻(xiàn)】

[1]汪瑞嶸，等.基于SOA的軟件公共服務(wù)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，軟件產(chǎn)業(yè)與工程，2014.11.

[2]Samuel Qu，Using COM+&UML for Real-time Software Design，2003.endprint