專利名稱：一種普適計算環(huán)境下的部署與配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及普適計算領(lǐng)域應(yīng)用程序的部署與配置方法，具體涉及一種普 適計算環(huán)境下的部署與配置方法。
背景技術(shù)：
計算技術(shù)的發(fā)展與普及使計算機得以融入人們的工作和生活，"無時無處 不在而又不可見"的普適計算時代正在到來，普適計算模式將是未來的主流 技術(shù)。普適計算是物理空間與信息空間的融合，具有適應(yīng)性、便捷性、泛在 性等特點，其中泛在性在物理維度上表現(xiàn)為廣泛存在的環(huán)境感知、無處不在
的網(wǎng)絡(luò)接入和多種多樣的人機交互，簡單的說泛在性強調(diào)的是普適環(huán)境運行
的硬件平臺的多樣性，包括PC、 PDA、 FPGA、傳感器和各種嵌入式設(shè)備， 簡單的說普適計算環(huán)境的運行系統(tǒng)是一個分布式實時嵌入式(Distributed Real-time Embedded, DRE)系統(tǒng)。
分布式實時嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模逐年在增加，這給應(yīng)用開發(fā)者在效率上提 出了挑戰(zhàn)，應(yīng)對開發(fā)效率問題，基于構(gòu)件的軟件開發(fā)(Component-Based Software Development, CBSD )方法是一個成功的解決途徑，該方法已經(jīng)在 業(yè)界得到了廣泛的承認，并成功運用于大型信息系統(tǒng)的開發(fā)，典型的是對象 管理組織(Object Management Group ， OMG)制定的CORBA構(gòu)件模型 (CORBA Component Model, CCM)和Sun的EJB。不幸的是，CCM和EJB 不能直接用于開發(fā)分布式實時嵌入式系統(tǒng)，因為它們相對于分布式實時嵌入 式系統(tǒng)而言太復(fù)雜，這是由分布式實時嵌入式系統(tǒng)的特點(計算和存儲資源受限、嚴格的服務(wù)質(zhì)量(Quality of Services, QoS )要求、異構(gòu)性(包括操 作系統(tǒng)的異抅和硬件平臺的異構(gòu))、高性能和高可靠性等)決定了的，所以 傳統(tǒng)的CCM和EJB不能直接用于開發(fā)分布式實時嵌入式系統(tǒng)，也就是不能
直接用于對普適計算系統(tǒng)的開發(fā)。所以，開發(fā)普適計算環(huán)境下的應(yīng)用軟件， 需要實現(xiàn)系統(tǒng)的輕量級，即軟件系統(tǒng)對運行平臺的硬件環(huán)境要求簡單、資源 占用少，易于用戶編程。如果用基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，就 需要實現(xiàn)構(gòu)件模型的輕量級和與之配套的輕量級容器，同時還需要支持系統(tǒng) 的實時性。OMG的輕量級CCM對傳統(tǒng)CCM作了相應(yīng)的裁剪，適合于開發(fā) 輕量級系統(tǒng)平臺和輕量級的應(yīng)用系統(tǒng)。
基于構(gòu)件的軟件開發(fā)過程中，應(yīng)用程序的部署與配置是系統(tǒng)運行前的一 個重要環(huán)節(jié)，所以部署與配置工具是一個重要的工具，靈活方便的配置、自 動的生成膠合代碼(glue code )、自動的部署是中間件領(lǐng)域的趨勢?？v觀所 有基于CCM的系統(tǒng)的部署與配置工具，如法國里爾大學開發(fā)的OpenCCM、 Exolab組織開發(fā)的也被稱為OpenCCM的系統(tǒng)、CPI的EJCCM、 D.O.G.開發(fā) 的JavaCCM、 ICMG的K2-CCM、都沒有提供一個直觀方便的配置與部署工 具，國防科學技術(shù)大學計算機學院研制的StarCCM、 FPX的MicoCCM,雖 然提供了相應(yīng)的組裝和打包工具，但都是針對傳統(tǒng)的大型企業(yè)信息系統(tǒng)的計 算，對使用人員要求較多的CORBA(Common Object Request Broker Architecture)和CCM知識，且他們都使用靜態(tài)部署方法，不能釆用動態(tài)部署 的方式，沒有提供一種非常有效的部署與配置方法。普適計算不同于傳統(tǒng)的 計算模式，部署與配置過程也與傳統(tǒng)方式有所不同，傳統(tǒng)方法的部署與配置 都是以靜態(tài)的方式實現(xiàn)的，且不能對系統(tǒng)進行前期和后期驗證。而普適計算環(huán)境下的部署和配置方式是動態(tài)的，如何實現(xiàn)動態(tài)的部署和配置、且能支持 大規(guī)模異構(gòu)系統(tǒng)的部署與配置，能進行相關(guān)配置且具有可擴展性的實現(xiàn)方法 是本領(lǐng)域技術(shù)人員所關(guān)注的問題。
模型驅(qū)動開發(fā)(Model Driven Development, MDD )方法是解決該問題的 一個可能途徑，該方法使用模型來代表系統(tǒng)的各元素(如軟件模塊)之間的 關(guān)系，直到最終系統(tǒng)開發(fā)出來之前，模型一直充當整個系統(tǒng)的媒介，也就是 作為輸入和輸出之用。通常情況下模型驅(qū)動方法包括模型驅(qū)動架構(gòu)方法和模 型集成計算方法
模型集成計算(Model Integrated Computing, MIC)方法是指用領(lǐng)域相 關(guān)建模語言(Domain Specific Modeling Languages, DSMLs )代表系統(tǒng)中的
元素和元素之間的關(guān)系，同時對模型進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，簡單地說領(lǐng)域相關(guān)建 模語言包括特定領(lǐng)域的元模型和在元模型基礎(chǔ)之上的解釋器，該解釋器用來 解釋元模型，并把元模型映射成到目標平臺或者說目標系統(tǒng)上。具體的講， 實現(xiàn)模型集成計算包括以下步驟
第一步，建立領(lǐng)域相關(guān)的模型或釆用現(xiàn)有規(guī)范中的模型，模型具體表現(xiàn) 為UML類第二步，釆用第一步的模型建立元模型；
第三步，在元模型的基礎(chǔ)之上，寫相應(yīng)的插件；
第四步，通過第二，三步就實現(xiàn)了該領(lǐng)域的建模語言，接下來就是使用 該語言進行相應(yīng)的操作。如果能生成普適計算環(huán)境下的部署與配置語言，就 可以利用該語言進行基于構(gòu)件的應(yīng)用程序的配置與部署。
美國Vanderbilt大學的軟件集成系統(tǒng)研究所(Institute for SoftwareIntegrated Systems ， ISIS )研制的通用建模環(huán)境(General Modeling Environment, GME)可用于模型集成計算。
把模型驅(qū)動開發(fā)方法用于普適計算環(huán)境下的部署與配置，是一種新鮮的 嘗試，如何將兩者結(jié)合起來是本技術(shù)領(lǐng)域人員關(guān)注的問題。模型驅(qū)動開發(fā)方 法雖然已經(jīng)提出很多年，然而目前還沒有公開技術(shù)資料涉及到普適計算環(huán)境 下的配置與部署成熟方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是為普適計算環(huán)境提供一個可視化的、動態(tài)的、可 擴展的且對系統(tǒng)的實時特性加以支持的部署與配置方法，為實現(xiàn)上述目的， 本發(fā)明把模型驅(qū)動的方法用于普適計算環(huán)境下的部署與配置。
本發(fā)明包括以下步驟
第一步，釆用OMG制定的基于構(gòu)件的分布式應(yīng)用程序的部署與配置規(guī) 范(Deployment and Configuration of Component-based Distributed Applications Specification, D&C Spec.)中定義的基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法各個過程的模 型形成普適計算環(huán)境的部署與配置相關(guān)的領(lǐng)域模型，各個過程的模型由 UML類圖和為了完整性而定義的對象約束語言(Object Constraint Language, OCL)組成。
第二步，根據(jù)領(lǐng)域模型在通用建模環(huán)境GME中建立普適計算領(lǐng)域的部署 與配置元模型(Meta-modds),并在元模型上添加相關(guān)的對象約東語言O(shè)CL, 使得部署與配置工具可以實現(xiàn)配置與部署模型的靜態(tài)約東，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的 靜態(tài)語義。具體的步驟包括
■建立CORBAIDL2.x的元模型；
■建立CORBAIDL3,x的元模型；■建立構(gòu)件運行平臺的元模型；
■建立構(gòu)件具體實現(xiàn)的元模型； ■建立構(gòu)件組裝的元模型； ■建立應(yīng)用程序部署的元模型。
第三步，利用通用建模環(huán)境GME提供的插件機制，用支持COM接口 的編程語言(C++、 VisualBasic、 Java、 Python)編寫針對領(lǐng)域模型的插件， 利用插件對普適計算環(huán)境的配置與部署相關(guān)的領(lǐng)域模型進行遍歷、分析、讀 取，將領(lǐng)域模型映射成普適計算領(lǐng)域相關(guān)的構(gòu)件描述IDL( Interface Definition Language,接口定義語言)文件、構(gòu)件的實現(xiàn)描述CIDL (Component Implementation Definition Language ，構(gòu)件實現(xiàn)定義語言)文件、配置與部署 描述XML文件。
插件指能遍歷、讀取、分析模型，并根據(jù)相應(yīng)的映射機制把模型映射為 對應(yīng)的描述文件，該描述文件和模型一致。GME提供了相應(yīng)的接口來對插 件的開發(fā)提供支持，任何一個插件都是通過public viod invokeEx(JBuilder builder, JBuilderObject focus, Collection selected, int param)來作為編寫插件的
入口函數(shù)，builder、 focus、 selected三個參數(shù)表示選擇不同的遍歷入口 。具 體來講，builder能遍歷讀取模型中的任何元素，focus表示入口為聚焦的模 型，而selected表示能遍歷讀取鼠標選中的所有模型。 插件包括
* IDL Generator:根據(jù)接口定義語言IDL的模型生成相應(yīng)的IDL文件；
* CIDL Generator:根據(jù)構(gòu)件實現(xiàn)定義語言CIDL的模型生成CIDL文件；
* UUID Manager:為每個元素(比如一個構(gòu)件、構(gòu)件包等)生成一個通用唯 一標識UUID ( Universally Unique Identifier Description);
* Domain Generator:生成應(yīng)用系統(tǒng)運行平臺的描述文件，包括結(jié)點， 連接器，橋接器，共享資源等信息；
* Package Generator:生成構(gòu)件包的描述信息，具體包括
■構(gòu)件結(jié)構(gòu)描述描述一個構(gòu)件的接口、端口和屬性等信息；
■構(gòu)件實現(xiàn)制品描述描述一個構(gòu)件的具體物理實現(xiàn)(.Dll和.Class
文件)；
■構(gòu)件包描述描述一個構(gòu)件的多種可替換的實現(xiàn)方式，如各種操
作系統(tǒng)的版本； ■構(gòu)件包配置描述描述一個構(gòu)件包的配置信息；
■構(gòu)件實現(xiàn)描述描述一個構(gòu)件到底是組裝實現(xiàn)還是原子實現(xiàn)，原 子實現(xiàn)指的是一個構(gòu)件就是一個.dll文件或者.class文件，組裝實
現(xiàn)指的是該構(gòu)件實現(xiàn)是通過組裝多個構(gòu)件而成為一個大的構(gòu)件。 參 Deployment Plan Generator: 結(jié)合Domain Generator 和 Package Generator生成的描述文件生成部署計劃的描述文件，部署計劃是指把 應(yīng)用系統(tǒng)的多個構(gòu)件映射到目標結(jié)點上，把需求映射到資源上的描 述；
第四步，把可視化的部署與配置建模語言裝載進通用建模環(huán)境中，使用 該語言進行普適計算環(huán)境的部署與配置，及部署與配置文件的生成，包括以 下步驟
步驟l.利用IDL2.x的模型來定義構(gòu)件接口 ； 步驟2.利用IDL 3.x的模型來定義構(gòu)件類型；步驟3.利用IDL3.x來管理構(gòu)件的類型； 步驟4.實現(xiàn)步驟2所定義的構(gòu)件；
步驟5.把步驟4實現(xiàn)的多個子構(gòu)件組裝成一個大的構(gòu)件； 步驟6.對運行的目標平臺進行建模；
步驟7.把組裝的各個子構(gòu)件映射到運行平臺上，完成模型的建立； 步驟8.點擊插件，由IDLGenerator自動生成所需要的構(gòu)件的描述文件、 由CIDL Generator生成構(gòu)件的實現(xiàn)描述文件、由Domain Generator, Package Generator、 Deployment Plan Generator生成部署與配置文件； 第五步，利用基于CCM規(guī)范開發(fā)的部署引擎導(dǎo)入部署與配置文件，對系 統(tǒng)進行部署，部署引擎根據(jù)部署與配置文件的描述，把構(gòu)件庫的構(gòu)件自動安 裝到目標平臺上。
釆用本發(fā)明可以達到如下的有益效果，或者按該方法實現(xiàn)的工具有如下 一下特點
1. 本發(fā)明把模型驅(qū)動的方法用于普適計算環(huán)境下的部署與配置，通過對 元模型(Meta-model)添加對象約東語言，實現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)語義，也
就是對模型進行早期驗證，避免很多不必要的失誤。
2. 通過在GME中寫插件的方式來實現(xiàn)動態(tài)約東和動態(tài)語義，實現(xiàn)模型
的后期驗證。
3. 通過在GME中寫插件，能自動化的生成構(gòu)件描述文件、部署配置文 件，提高開發(fā)效率。
4. 通過第二步對運行環(huán)境的抽象建模，對普適計算環(huán)境下的異構(gòu)系統(tǒng)進 行支持；5. 通過第二步中對基于構(gòu)件的軟件開發(fā)的組裝過程進行建模，進而對大 規(guī)模及超大規(guī)模的應(yīng)用程序的部署與配置提供支持。
6. 釆用本發(fā)明可以對元模型和插件的擴展來實現(xiàn)工具的可擴展性。


圖l是本發(fā)明的總體流程圖；本發(fā)明包括以下步驟
第一步，釆用OMG制定的基于構(gòu)件的分布式應(yīng)用程序的部署與配置規(guī)
范中定義的基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法各個過程的模型形成普適計算環(huán)境的
部署與配置相關(guān)的領(lǐng)域模型，各個過程的模型由UML類圖和為了完整性而 定義的對象約束語言O(shè)CL組成。
第二步，根據(jù)領(lǐng)域模型在通用建模環(huán)境GME中建立普適計算領(lǐng)域的部署 與配置元模型，并在元模型上添加相關(guān)的對象約東語言O(shè)CL。
第三步，利用通用建模環(huán)境GME提供的插件機制，用支持COM接口 的編程語言編寫針對領(lǐng)域模型的插件，利用插件對普適計算環(huán)境的配置與部 署相關(guān)的領(lǐng)域模型進行遍歷、分析、讀取，將領(lǐng)域模型映射成普適計算領(lǐng)域 相關(guān)的構(gòu)件描述IDL文件、構(gòu)件的實現(xiàn)描述CIDL文件、配置與部署描述 XML文件。
第四步，把可視化的部署與配置建模語言裝載進通用建模環(huán)境中，使用 該語言進行普適計算環(huán)境的部署與配置，生成部署與配置文件。
第五步，利用基于CCM規(guī)范開發(fā)的部署引擎導(dǎo)入部署與配置文件，對系 統(tǒng)進行部署，部署引擎根據(jù)部署與配置文件的描述，把構(gòu)件庫的構(gòu)件自動安 裝到目標平臺上。
權(quán)利要求
1. 一種普適計算環(huán)境下的部署與配置方法，其特征在于包括如下步驟第一步，采用對象管理組織OMG制定的基于構(gòu)件的分布式應(yīng)用程序的部署與配置規(guī)范中定義的基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法各個過程的模型形成普適計算環(huán)境的部署與配置相關(guān)的領(lǐng)域模型，各個過程的模型由通用建模語言UML類圖和為了完整性而定義的對象約束語言O(shè)CL組成；第二步，根據(jù)領(lǐng)域模型在通用建模環(huán)境GME中建立普適計算領(lǐng)域的部署與配置元模型Meta-modeminl.gifs，包括CORBA IDL2.x的元模型、CORBA IDL3.x的元模型、構(gòu)件運行平臺的元模型、構(gòu)件具體實現(xiàn)的元模型、構(gòu)件組裝的元模型、應(yīng)用程序部署的元模型，并在元模型上添加相關(guān)的對象約束語言O(shè)CL；第三步，利用通用建模環(huán)境提供的插件機制，用支持COM接口的編程語言編寫針對領(lǐng)域模型的插件，利用插件對普適計算環(huán)境的配置與部署相關(guān)的領(lǐng)域模型進行遍歷、分析、讀取，將領(lǐng)域模型映射成普適計算領(lǐng)域相關(guān)的構(gòu)件描述文件、構(gòu)件的實現(xiàn)描述文件、配置與部署描述文件；插件包括●IDL Generator根據(jù)接口定義語言IDL的模型生成相應(yīng)的IDL文件；●CIDL Generator根據(jù)構(gòu)件實現(xiàn)定義語言CIDL的模型生成CIDL文件；●UUID Manager為每個元素生成一個通用唯一標識UUID；●Domain Generator生成應(yīng)用系統(tǒng)運行平臺的描述文件，包括結(jié)點，連接器，橋接器，共享資源；●Package Generator生成構(gòu)件包的描述信息，具體包括■構(gòu)件結(jié)構(gòu)描述描述一個構(gòu)件的接口、端口和屬性；■構(gòu)件實現(xiàn)制品描述描述一個構(gòu)件的具體物理實現(xiàn)，為.Dll和.Class文件；■構(gòu)件包描述描述一個構(gòu)件的多種可替換的實現(xiàn)方式；■構(gòu)件包配置描述描述一個構(gòu)件包的配置信息；■構(gòu)件實現(xiàn)描述描述一個構(gòu)件到底是組裝實現(xiàn)還是原子實現(xiàn)，原子實現(xiàn)指的是一個構(gòu)件就是一個.dll文件或者.class文件，組裝實現(xiàn)指的是該構(gòu)件實現(xiàn)是通過組裝多個構(gòu)件而成為一個大的構(gòu)件；■Deployment Plan Generator結(jié)合Domain Generator和PackageGenerator生成的描述文件生成部署計劃的描述文件，部署計劃是指把應(yīng)用系統(tǒng)的多個構(gòu)件映射到目標結(jié)點上，把需求映射到資源上的描述；第四步，把可視化的部署與配置建模語言裝載進通用建模環(huán)境中，使用該語言進行普適計算環(huán)境的部署與配置，包括以下步驟步驟1. 利用IDL 2.x的模型來定義構(gòu)件接口；步驟2. 利用IDL 3.x的模型來定義構(gòu)件類型；步驟3. 利用IDL 3.x來管理構(gòu)件的類型；步驟4. 實現(xiàn)步驟2所定義的構(gòu)件；步驟5. 把步驟4實現(xiàn)的多個子構(gòu)件組裝成一個大的構(gòu)件；步驟6. 對運行的目標平臺進行建模；步驟7. 把組裝的各個子構(gòu)件映射到運行平臺上，完成模型的建立；步驟8. 點擊插件，由IDL Generator自動生成所需要的構(gòu)件的描述文件、由CIDL Generator生成構(gòu)件的實現(xiàn)描述文件、由Domain Generator、Package Generator、Deployment Plan Generator生成部署與配置文件；第五步，利用基于CCM規(guī)范開發(fā)的部署引擎導(dǎo)入部署與配置文件，對系統(tǒng)進行部署，部署引擎根據(jù)部署與配置文件的描述，把構(gòu)件庫的構(gòu)件自動的安裝到目標平臺上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種普適計算環(huán)境下的部署與配置方法，目的是為普適計算環(huán)境提供可視化的、動態(tài)的、可擴展的部署與配置方法。技術(shù)方案是先采用基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法各個過程的模型形成普適計算環(huán)境的部署與配置相關(guān)的領(lǐng)域模型，根據(jù)領(lǐng)域模型建立普適計算領(lǐng)域的部署與配置元模型，再編寫針對領(lǐng)域模型的插件，利用插件對領(lǐng)域模型進行遍歷、分析、讀取，將領(lǐng)域模型映射成描述文件，使用可視化的部署與配置建模語言進行部署與配置，利用部署引擎導(dǎo)入部署與配置文件，對系統(tǒng)進行部署。采用本發(fā)明可實現(xiàn)可視化的、動態(tài)的、可擴展的且對系統(tǒng)的實時特性加以支持的部署與配置。
文檔編號G06F9/44GK101425010SQ200810143799
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者博 丁, 史殿習, 張一明, 王懷民 申請人:中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學