Web應(yīng)用系統(tǒng)國產(chǎn)化遷移模型與方法研究

馮俊池，安豐亮，董 超，尹黨輝

（后勤科學(xué)與技術(shù)研究所，北京 100071）

在信息化領(lǐng)域，自主國產(chǎn)產(chǎn)品代替國外商用產(chǎn)品已成為國家戰(zhàn)略安全的需要[1]。隨著國產(chǎn)處理器芯片、BIOS等硬件技術(shù)以及國產(chǎn)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、中間件等軟件技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟穩(wěn)定，應(yīng)用系統(tǒng)向國產(chǎn)化平臺遷移已具備了基礎(chǔ)條件。Web應(yīng)用系統(tǒng)是目前廣泛使用的軟件系統(tǒng)類型之一，通過研究Web應(yīng)用系統(tǒng)在現(xiàn)有非國產(chǎn)化商用平臺與國產(chǎn)化平臺之間的遷移適配，探索國產(chǎn)化平臺應(yīng)用遷移方法和模型，可以為Web應(yīng)用的遷移提供指導(dǎo)方法，同時，也為其他類型應(yīng)用的遷移適配提供借鑒和支持。

1 國產(chǎn)化基礎(chǔ)軟硬件平臺分析

國內(nèi)自主可控關(guān)鍵軟硬件技術(shù)已取得了重大突破[2]，基礎(chǔ)軟硬件產(chǎn)品的可用性已得到很大提升。

在處理器領(lǐng)域，國產(chǎn)自主通用處理器形成了多種指令集架構(gòu)的系列化處理器產(chǎn)品，產(chǎn)品主頻普遍達(dá)到1.0～2.5 GHz。國產(chǎn)處理器主要有飛騰、龍芯和申威三大系列。龍芯處理器采用類MIPS指令集，目前已發(fā)展到龍芯3系列處理器，最新產(chǎn)品為龍芯3A3000/3B3000，4核64位，主頻1.35～1.5 GHz；飛騰處理器包括FT-1000、FT-1000A、FT-1500A等系列處理器，最新產(chǎn)品為FT-2000/64，兼容ARM v8指令集，64核，主要面向高性能服務(wù)器領(lǐng)域，主頻1.5～2.0 GHz；申威處理器已發(fā)展到第三代，其代表產(chǎn)品為申威1610，兼容Alpha指令集，集成16個64位RISC結(jié)構(gòu)的申威處理器核心，最高工作頻率1.6 GHz。

在操作系統(tǒng)領(lǐng)域，形成了面向服務(wù)器、桌面等領(lǐng)域的國產(chǎn)操作系統(tǒng)。國產(chǎn)通用操作系統(tǒng)主要有中標(biāo)麒麟、中科方德等，均支持國產(chǎn)主流處理器，提供簡單易用的圖形化桌面環(huán)境、豐富的應(yīng)用軟件和完善的開發(fā)環(huán)境。其中，中標(biāo)麒麟操作系統(tǒng)基于開源Linux，對其內(nèi)核和核外環(huán)境進(jìn)行了安全、高可用等增強(qiáng)改進(jìn)，全面對國際主流x86處理器，以及國產(chǎn)處理器，比如龍芯、飛騰、申威系列等進(jìn)行支持，支持Java、C、C++等多種編程和腳本語言，支持Qt、Eclipse等多種集成開發(fā)環(huán)境。

在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域，形成了以達(dá)夢、人大金倉、神通、南大通用等為代表的國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。產(chǎn)品部分性能已經(jīng)與國外主流產(chǎn)品持平，支持SQL通用數(shù)據(jù)庫查詢語言，提供標(biāo)準(zhǔn)的ODBC、JDBC等數(shù)據(jù)訪問接口，支持目前的主流硬件平臺，并穩(wěn)定運(yùn)行于Windows、Linux、中標(biāo)麒麟和Unix等主流操作系統(tǒng)平臺。

國產(chǎn)中間件主要有東方通、中創(chuàng)和金蝶等，完整支持J2EE規(guī)范，支持多層結(jié)構(gòu)應(yīng)用的部署、運(yùn)行。現(xiàn)已開展了與國產(chǎn)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫的兼容性測試，產(chǎn)品達(dá)到實(shí)用化水平，并被大量應(yīng)用于金融、通信、政府等行業(yè)領(lǐng)域。

隨著國產(chǎn)軟硬件單品的不斷發(fā)展，國產(chǎn)整機(jī)產(chǎn)品基本滿足當(dāng)前的使用需求[3]，現(xiàn)已形成了涵蓋多種形態(tài)的計算機(jī)整機(jī)產(chǎn)品，綜合性能得到大幅提升，整機(jī)功能、性能與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)。國產(chǎn)計算機(jī)經(jīng)優(yōu)化適配后，可用于辦公應(yīng)用和管理信息系統(tǒng)等中低端應(yīng)用。

2 Web應(yīng)用遷移模型

Web應(yīng)用系統(tǒng)由現(xiàn)有非國產(chǎn)化商用環(huán)境向國產(chǎn)化環(huán)境遷移時，涉及到多種軟硬件平臺、編程語言和實(shí)現(xiàn)模式等多個方面，存在指令集兼容性、插件兼容性、數(shù)據(jù)庫遷移[4]等諸多問題，而且軟硬件各版本之間也需要考慮兼容性[5]，因此，需要針對應(yīng)用本身和運(yùn)行環(huán)境的多個方面進(jìn)行具體分析，確定遷移內(nèi)容和方法。

2.1 模型定義

將Web應(yīng)用系統(tǒng)拆解為細(xì)粒度的遷移對象，對遷移對象建立遷移規(guī)則，描述遷移對象遷移前后的環(huán)境以及策略，遷移規(guī)則的集合即Web應(yīng)用系統(tǒng)的遷移模型。

遷移規(guī)則采用五元組的形式表示，即遷移對象、源環(huán)境、目標(biāo)對象、目標(biāo)環(huán)境和遷移策略。相關(guān)概念如下：①遷移對象是遷移前保障應(yīng)用系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的必要部件，包括應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部組件、運(yùn)行容器、依賴軟硬件環(huán)境等。②源環(huán)境。遷移對象所依賴的非國產(chǎn)化環(huán)境，是遷移對象的子集。③目標(biāo)對象。在國產(chǎn)化環(huán)境下替代遷移對象，完成相同功能的部件。④目標(biāo)環(huán)境。目標(biāo)對象所依賴的國產(chǎn)化環(huán)境，是目標(biāo)對象的子集。對于CPU等底層基礎(chǔ)環(huán)境，當(dāng)其作為遷移對象時，源環(huán)境和目標(biāo)環(huán)境可以為空。⑤遷移策略。由源環(huán)境中的遷移對象轉(zhuǎn)換到目標(biāo)環(huán)境中的目標(biāo)對象所需采取的策略，包括直接使用、同等替代、適應(yīng)性修改、重新編譯源碼[6]、數(shù)據(jù)遷移等。其中，直接使用的情況，是指在2個環(huán)境下遷移對象均可以正常使用；同等替代，是指目標(biāo)對象可以替代遷移對象在國產(chǎn)環(huán)境中發(fā)揮同樣的作用；適應(yīng)性修改，是指遷移對象需要修改后才能適用于國產(chǎn)環(huán)境；重新編譯源碼，是指遷移對象在源碼級別可移植，針對國產(chǎn)環(huán)境編譯后使用；數(shù)據(jù)遷移，是指需要將數(shù)據(jù)通過手動或自動方式遷移，主要指數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)。

遷移模型中的遷移規(guī)則涵蓋了從基礎(chǔ)軟硬件到上層應(yīng)用的所有遷移對象，從遷移對象的層次描述了遷移的方法和策略，同時，以遷移對象為級別的遷移規(guī)則復(fù)用性強(qiáng)，在不同應(yīng)用遷移時可直接使用。

2.2 Web應(yīng)用系統(tǒng)分層

在遷移過程中，從硬件到軟件，遷移對象主要包括CPU、操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用系統(tǒng)等，其中，應(yīng)用系統(tǒng)是分解確定遷移對象的重點(diǎn)。通過對Web應(yīng)用系統(tǒng)的軟件技術(shù)架構(gòu)的分析，從不同類型的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行綜合，將Web應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行層次劃分，用來更清晰地確定應(yīng)用系統(tǒng)層面的遷移對象。在開發(fā)過程中，Web應(yīng)用一般采用三層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)[7]，分別為數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層。數(shù)據(jù)訪問層用于與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，執(zhí)行數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改等操作；業(yè)務(wù)邏輯層主要用來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則，針對具體問題進(jìn)行處理；表示層為用戶提供交互式操作界面，顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)。針對國產(chǎn)化遷移，需要進(jìn)一步細(xì)分Web應(yīng)用系統(tǒng)。通過對常見的Web應(yīng)用系統(tǒng)的分析，列舉可能用到的技術(shù)框架以及組件，將Web應(yīng)用主要分為視圖展示層、展示框架層、應(yīng)用邏輯層、應(yīng)用框架層、應(yīng)用容器層、數(shù)據(jù)框架層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)存儲層8個層次。

視圖展示層，負(fù)責(zé)用戶前端視圖的顯示和交互，通常采用 Html、Javascript、CSS、Flash、Java Applet等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。展示框架層，包含與前端界面和視圖相關(guān)的框架以及組件等。展示框架層和視圖展示層主要考慮與瀏覽器的兼容性。應(yīng)用邏輯層是Web應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的部分，主要集中在業(yè)務(wù)規(guī)則的制訂、業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)等與業(yè)務(wù)需求有關(guān)的設(shè)計方面，通常采用Java、Servlet、PHP、ASP等語言或技術(shù)。應(yīng)用框架層應(yīng)用邏輯層所采用的框架和組件，比如Spring、Struts等框架。應(yīng)用容器層是Web應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境，主要包括Tomcat、IIS、WebLogic等Web服務(wù)器。數(shù)據(jù)框架層，是在應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)存儲之間的數(shù)據(jù)交互中所采用的框架，包括各種ORM框架等。數(shù)據(jù)訪問層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的訪問和存儲，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的增刪改查等操作，包括數(shù)據(jù)庫訪問驅(qū)動以及各種數(shù)據(jù)庫操作語句等。數(shù)據(jù)存儲層是應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲位置，包括各種結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫、文件系統(tǒng)等。

2.3 應(yīng)用遷移方法

通過對Web應(yīng)用系統(tǒng)建立遷移模型并進(jìn)行分析化簡，即可得到需要遷移的內(nèi)容和方法。建立遷移規(guī)則庫，可在不同應(yīng)用遷移時復(fù)用。生成應(yīng)用遷移模型的步驟是：①將應(yīng)用系統(tǒng)按層次分解，確定每一層次的遷移對象。②分析每一層次的遷移對象，并添加到遷移對象集合中，從最底層的遷移對象開始遍歷。③如果當(dāng)前遷移對象已遍歷，執(zhí)行步驟⑤；如果未遍歷，標(biāo)記其已遍歷，檢查遷移規(guī)則庫中是否相同的遷移規(guī)則可復(fù)用，如有，執(zhí)行步驟④，否則，分析生成遷移規(guī)則，將其加入遷移規(guī)則庫，執(zhí)行步驟④。④將遷移規(guī)則加入遷移模型。⑤如果源環(huán)境不為空，將其作為當(dāng)前遷移對象，執(zhí)行步驟③；否則，將遷移對象集合的下一遷移對象作為當(dāng)前遷移對象，執(zhí)行步驟③。如果遷移對象集合為空，輸出遷移模型，終止。

輸出的遷移模型包含了所有遷移對象所對應(yīng)的遷移規(guī)則，通過篩選除去遷移策略為直接使用或同等替代的遷移規(guī)則，得到的即是遷移過程中需要改造的內(nèi)容和方法。

3 應(yīng)用示例

以某信息管理系統(tǒng)為例，其遷移前和遷移后的軟硬件運(yùn)行環(huán)境如表1所示。

表1 軟硬件運(yùn)行環(huán)境表

該應(yīng)用所用到的技術(shù)框架如表2所示。

表2 技術(shù)框架

建立遷移模型如下：

通過篩選化簡除去直接使用和同等替代的遷移對象后，得到的遷移規(guī)則如下：

該信息管理系統(tǒng)在遷移過程中的內(nèi)容和方法是：①將Oracle數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)遷移到達(dá)夢數(shù)據(jù)庫；②針對應(yīng)用程序中的特定于Oracle的SQL語句做適應(yīng)性修改；③針對應(yīng)用程序中的特定于IE 8的Javascript代碼做適應(yīng)性修改；④將其他遷移對象直接或?qū)⑻娲鷮ο髴?yīng)用于國產(chǎn)化環(huán)境。

4 結(jié)束語

針對Web應(yīng)用系統(tǒng)向國產(chǎn)化軟硬件平臺遷移的問題，提出了應(yīng)用遷移模型和方法；針對Web應(yīng)用系統(tǒng)提出了適用于遷移的層次化結(jié)構(gòu)，基于層次化結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用的遷移對象并確定遷移規(guī)則，大大提高了遷移工作的效率和準(zhǔn)確度。對于其他類型的應(yīng)用，通過改變遷移對象的層次，遷移模型和方法同樣適用。如果將遷移對象國產(chǎn)化后的效果加入遷移規(guī)則中，比如保持一致、性能損失、友好度降低等非功能效果，則可對遷移產(chǎn)生的影響進(jìn)行自動化分析。

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