一種嵌入式軟件組件更新方法的研究與實現(xiàn)

郭秋麗，趙益民，邸海濤

（航空工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

動態(tài)更新的研究始于19世紀60年代，在開放的Internet環(huán)境下，動態(tài)性和多變性的需求越來越明顯。大多數(shù)系統(tǒng)都處于持續(xù)運行中，如果停機更新維護，則會帶來巨大的損失，這就要求軟件系統(tǒng)具有動態(tài)更新的能力，能實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)更新。嵌入式軟件組件經(jīng)過組裝和集成后形成龐大的軟件系統(tǒng)，但對執(zhí)行時間、可靠性、安全性、可用性及功耗等因素要求較高，使用者在經(jīng)過評估或性能改進后，會對不符合需求的軟件組件進行更新，于是就引入了對軟件組件更新的需求。文章提出了一種嵌入式軟件組件的更新方法，并具體實現(xiàn)了更新過程。

1 組件更新方式

根據(jù)嵌入式軟件組件更新發(fā)生的時機不同，可將組件更新方式分為以下4種：

（1）設(shè)計時更新：在軟件編譯前，通過修改組件的設(shè)計或源代碼，重新編譯和部署來適應變化。在文章中不考慮這種類型的組件更新。（2）運行前更新：又稱為靜態(tài)更新，指在軟件編譯之后、運行之前進行的更新。（3）有限制的動態(tài)更新：一般在設(shè)計時就規(guī)定了更新的具體條件，比如將系統(tǒng)設(shè)置為“安全”模式后進行一些規(guī)定的更新操作，不會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一致性。黃英蘭等[1]提到了基于確定策略的機載分布式系統(tǒng)多級重構(gòu)方法就是通過預先定義系統(tǒng)的重構(gòu)策略，并將策略存儲在配置數(shù)據(jù)中來實現(xiàn)的。（4）動態(tài)更新：又稱為運行時更新，指在組件運行過程中，根據(jù)應用需要和環(huán)境變化，動態(tài)的進行組件運行、維護和更新。

2 一種嵌入式軟件組件更新方法的設(shè)計

組件更新在本質(zhì)上是指刪除舊組件和增加新組件的替換操作。在具體替換時，需要收集舊組件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后傳遞給新組件，新組件通過直接使用這些狀態(tài)和數(shù)據(jù)或根據(jù)系統(tǒng)約束對其進行轉(zhuǎn)化，最終使新系統(tǒng)能正確運行。若替換操作不成功，系統(tǒng)必須恢復到原來的狀態(tài)。因此，組件必須滿足以下特性：

（1）新、舊組件必須兼容，并且新組件必須符合功能屬性要求，以減少更新后對整個系統(tǒng)的影響。（2）新組件只影響與其相連的組件，不能影響系統(tǒng)中的其他組件。（3）保證組件滿足一致性要求，即行為一致性、狀態(tài)一致性、應用一致性。

2.1 嵌入式軟件組件系統(tǒng)的組成

嵌入式軟件組件系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、驅(qū)動、組件管理框架、組件和組件庫組成，其中操作系統(tǒng)和驅(qū)動與硬件環(huán)境緊密聯(lián)系，組件分為應用組件和中間件組件，中間件組件運行在組件管理框架中。組件是不能直接與底層軟件進行交互的，需要組件管理框架來完成。組件管理框架是一個支持組件運行和部署的環(huán)境，主要負責組件與外部的連接、組件生命周期的管理、組件服務(wù)的綁定調(diào)用、為組件分配系統(tǒng)資源等功能[2-3]。組件管理框架在組件更新時起到了非常重要的作用，通過組件管理框架可以實現(xiàn)組件狀態(tài)的遷移，如：組件增加、組件刪除、組件修改、組件升級和組件替換等操作。嵌入式軟件組件系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 嵌入式軟件組件系統(tǒng)組成

2.2 組件更新策略

當嵌入式系統(tǒng)有組件更新需求時，系統(tǒng)需要判斷當前更新操作是否可以進行，一般是通過組件的依賴關(guān)系來判斷的。配置描述文件以一種規(guī)范化、易于理解的方式來全面、準確地描述組件信息，包括：組件名稱、版本、提供商、功能、服務(wù)、依賴服務(wù)等，其中組件依賴服務(wù)屬性描述了該組件對其他組件的依賴關(guān)系及依賴強度。

假如系統(tǒng)中有組件A、組件B和組件C 3個組件在運行，其中，組件A依賴于組件B，且組件B是為組件A而加載運行的，組件C依賴于組件A。現(xiàn)在要求動態(tài)更新組件A，處理規(guī)則如下：

（1）如果新組件A沒有提供給組件C所需要的服務(wù)，則系統(tǒng)判斷其不符合一致性規(guī)則，不允許更新。（2）如果新組件A提供了組件C所需要的服務(wù)，但沒有依賴組件B，則不影響整個系統(tǒng)的運行，允許更新。在更新成功后，將舊組件A和組件B同時卸載。（3）如果新組件A提供了組件C所需要的服務(wù)，也依賴于組件B，則允許更新，更新成功后，將舊組件A卸載，保留組件B。

3 一種嵌入式軟件組件更新方法的實現(xiàn)

3.1 組件更新軟件

組件更新軟件用來實現(xiàn)組件的更新。如圖2所示，組件更新軟件分為更新響應、動態(tài)更新、狀態(tài)恢復共3個子模塊。

圖2 組件更新軟件功能模塊

（1）更新響應模塊：當組件框架接收到組件更新的命令后，即調(diào)用更新響應模塊，對組件及當前狀態(tài)進行判斷，確定能否更新、靜態(tài)更新或動態(tài)更新等。（2）動態(tài)更新模塊：主要進行組件的動態(tài)更新。（3）狀態(tài)恢復模塊：無論組件更新成功與否，系統(tǒng)都要進行更新動作后的清理工作。如果更新失敗，則要將系統(tǒng)恢復到更新之前的狀態(tài)；如果更新成功，則要將舊組件相關(guān)信息清除。

3.2 組件更新的過程

當組件框架調(diào)用了更新響應功能后，組件更新軟件就開始執(zhí)行，組件更新的過程如圖3所示。

圖 3個組件更新過程

（1）執(zhí)行組件下載功能，將新組件下載到本地組件庫中。（2）判斷所要更新的模塊名稱是否安裝在當前的軟件組件管理框架中，如果沒有被安裝，則結(jié)束更新過程。（3）判斷新組件是否滿足一致性要求，如果不滿足則結(jié)束更新過程。（4）判斷舊組件是否被加載到內(nèi)存，如果沒有則將新組件進行安裝，并在安裝文件中記錄安裝信息，卸載舊組件，結(jié)束更新過程。（5）如果組件被加載到內(nèi)存，且參與了系統(tǒng)功能服務(wù)，則要進行動態(tài)更新。先判斷舊組件是否被當前運行的組件強制依賴，如果有，則結(jié)束更新過程。（6）如果舊組件沒有被強制依賴，則將舊組件的狀態(tài)設(shè)置為“Updating”，將其他組件對舊組件的依賴關(guān)系標記為“Updating”，將舊組件對其他組件的服務(wù)依賴關(guān)系標記為“Updating”。（7）安裝加載新組件，為新組件注冊并建立服務(wù)依賴關(guān)系，將其他組件對舊組件的依賴關(guān)系遷移到新組件上來，并將依賴關(guān)系標記為“Normal”，將新組件的狀態(tài)設(shè)置為“Runing”。新組件安裝時，將舊組件的安裝信息更名位“_old”。（8）如果新組件安裝運行正常，將系統(tǒng)中舊組件的依賴關(guān)系刪除，將安裝文件目錄中舊組件的安裝文件刪除，結(jié)束組件更新過程。（9）如果新組件在安裝加載過程中出了問題，系統(tǒng)將會退回到舊組件狀態(tài)，并且結(jié)束更新過程。退回過程：將其他組件對舊組件的依賴關(guān)系記錄標記為“Normal”；將舊組件對其他組件的服務(wù)依賴關(guān)系標記為“Normal”；將舊組件的狀態(tài)設(shè)置為“Runing”；從安裝文件目錄中將新組件的安裝文件刪除，將舊組件的安裝文件名稱恢復成原來的名稱。

4 結(jié)語

文章提出了一種嵌入式軟件組件的更新方法，并實現(xiàn)了更新過程。在嵌入式系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)發(fā)展的道路上，軟件的復雜度越來越高，動態(tài)性和多變性的需求就越來越明顯，提供軟件系統(tǒng)的動態(tài)更新能力，保證系統(tǒng)在不停機的狀態(tài)下進行軟件更新，將會降低人工成本，提高嵌入式系統(tǒng)的運行效率。