软件技术的发展与创新

1软件技术的发展与创新蔡希尧2009.052内容一．认识软件二．软件技术的发展和创新三．方法论的创新四．操作系统和中间件的新发展五．虚拟计算及其应用的创新六．数据集成、安全、存储和管理的发展七．软件安全性八．多核处理器适用软件的发展九．软件即服务的冲击3一．认识软件软件的重要性和巨大的影响力并没有得到应有的认识，妨碍了它的作用的发挥。软件能够起什么作用？重要性表现在哪里？以下的事实可以很好地说明。4一．认识软件1．软件存在于信息系统的各个层次，从基础设施到高层应用，都有软件。信息系统是软件密集的系统。2．系统是由实体组成的，实体具有某种功能，功能的执行表现为系统的行为。计算机信息系统中功能的实现可以用硬件，也可以用软件，而以软件为主。5一．认识软件3.环境和应用的需求经常变更，硬件对需求变更的适应性差，变更硬件的代价高，软件可以灵活地适应各种变更，而且可以反复重用，可以移植，变更的成本低。6一．认识软件4．每一个应用都有自己的特殊要求，传统的解决办法是生产专用设备来实现这些特定的应用要求，例如电话交换机是专门用于电话系统的设备。可以利用计算机硬件的通用性，根据应用需求，用软件在通用的计算机硬件上实现各种应用，使执行特定应用软件的通用计算机成为一种专用机。更换软件而保持硬件不变，就成为另外一种专用机。7一．认识软件5．信息系统的安全性是关键的性能，传统的解决方案是采用密码加密，保护信息的安全，使存储的信息或传输中的信息不会被未经授权者使用、篡改或删除。但是，信息系统不仅仅只是存储信息或传输信息，更加重要的是执行功能，以达到应用的目的，而功能的执行依靠的是软件，软件必须安全可靠，功能才能得到正确的执行。8一．认识软件密码算法要编成程序才能够在计算机上执行，可见利用密码保护信息系统的安全性要依靠软件的正确性。密码算法不能消除病毒和木马，而软件能够，例如各种反病毒软件。所以，信息系统的安全性，既有信息的安全性，也有软件的安全性，自身安全的软件，能够保护信息的安全。软件的安全性更加重要。9一．认识软件6．软件正在不断地扩充它的应用领域，兴起新的革命浪潮。以各种价值链联系在一起的信息系统，如电子商务系统，支持的基础是工作流技术，工作流的核心是服务引擎，服务引擎之间的互动形成价值链的运行，而服务引擎是一组软件。10一．认识软件7．软件正在进入人们的日常社会生活，“社会软件”（Socialsoftware，或称“社交软件”）在兴起。社会软件是基于Web的软件，用户可以用来进行互动、建立关系、组织团体、共享数据，人际间的交往方式和社会的组织结构因此正在发生深刻的变化。11一．认识软件8．软件是绿色环境的重要支柱，创建绿色环境需要节能减排。依靠软件的虚拟化技术，可以大幅度地减少信息基础设施的设备数量，降低能耗，提高利用率，改善能源分配和调度，提高管理能力和效率。12一．认识软件9．软件是各种管理工作所依靠的基本技术，是提高各级领导治理能力的技术，是科学研究必备的工作手段，是促进经济发展和社会进步的技术力量。13一．认识软件10．软件是信息技术今后发展的主要依靠力量。正在进行中的电信和计算的大融合，以软件为主导，引领这一潮流的是软件产业及其大企业。14二．软件技术的发展和创新近几年，软件技术发展迅速，有许多创新。1．工程方法论的创新，包括：功能抽取技术、模型驱动体系结构、基于模型的软件工程、基于搜索的软件工程、面向方面的软件开发等。15二．软件技术的发展和创新2．操作系统的新发展，中间件被认定是一类系统软件。3．虚拟计算及其应用的创新。4．数据集成、安全、管理和联网存储的发展。5．肯定了软件安全性是必要的软件需求。16二．软件技术的发展和创新6．多核处理器适用软件的发展。7．软件即服务观念的树立及其巨大影响。这些发展与创新，开辟了新的软件发展的道路，大大地改变了软件工程的面貌。17三．方法论的创新1．功能抽取技术卡内基－梅隆大学软件工程研究院所倡导的“功能抽取”（FunctionExtraction）技术，具有自动计算全部程序行为的能力，是一项具有革命性的新技术，能够用更快和更正确的方法取代传统检查编码的人工方法，将大幅度地改变软件开发的过程和方法，增强软件系统的可信度。18三．方法论的创新功能抽取技术以函数理论作为基础，把程序看作是数学函数或关系的规则，以实现功能行为的自动化计算。它主要关注通用控制结构所产生的数据的净效果，与计算的过程无关。通用的控制结构有三种：组合（序列）控制结构、选择控制结构和迭代（循环）控制结构。19三．方法论的创新2．模型驱动体系结构模型驱动体系结构（Model-drivenarchitecture，MDA）是对象管理集团（OMG）于2001年发布的一种新的软件开发方法。“模型驱动”的意思是软件开发用模型指导系统的理解、设计、实现、部署、操作、维护和修改，改变了长期以来软件开发的道路。20三．方法论的创新MDA把软件和系统的模型以所选择的平台来分类。因为在所有的软件和系统的开发中，都存在对基础设施、语言、硬件、网络拓扑、通信协议等“平台元素”的选择问题。21三．方法论的创新MDA把工作的重点从程序设计转移到建立模型，有三个核心模型：计算无关模型，描述系统的问题域及需求。平台无关模型，描述与平台无关的系统功能和操作。平台专用模型，描述系统使用一个或多个特定平台的操作。22三．方法论的创新MDA的软件开发使用传统的瀑布模型，它的生命周期如下图所示。23三．方法论的创新图中，域和环境用圆表示，圆中的方框表示问题和目标系统。求解过程由实线表示，从问题指向系统。虚线表示行动或结果。CIM：计算无关模型。PIM：平台无关模型。PSM：平台专用模型。ISM：实现专用模型，可有可无。24三．方法论的创新3．基于模型的软件工程基于模型的软件工程（ModelBasedSoftwareEngineering，MBSE）使用建模技术，把软件的生产过程分成两个平行的工程过程，即域工程和应用工程，通过对产品族的属性和结构的形式理解，简化新产品族开发的可重用软件资源的开发，达到码的重用，改善产品质量和产品可维护性，缩短产品开发时间。25三．方法论的创新一个MBSE系统的主要组成成分是软件资产、域工程和应用工程，它们的关系如下图所示：26三．方法论的创新4．基于搜索的软件工程基于搜索的软件工程（Search-basedsoftwareengineering，SBSE）把软件工程的问题当做搜索问题处理，所使用的搜索技术取自元启发式（Metaheuristic）搜索、运筹学和进化计算等领域的通用算法，如遗传算法、模拟退火算法等。27三．方法论的创新利用搜索算法，可以达到自动计算的目的，把软件工程从基于人的智力转移到基于机器的搜索。28三．方法论的创新5．面向方面软件开发“面向方面软件开发”（Aspect-orientedsoftwaredevelopment，AOSD）与“面向方面程序设计”（AOP）的概念是在软件模块化的研究中逐步形成的。AOSD能够在软件开发的需求、体系结构、分析、设计、实现、测试、维护的整个生命周期中，支持软件系统的“穿插关注点”（CrosscuttingConcerns）的模块化。29三．方法论的创新一个关注点（Concerns）就是一个特定的目标，一个需要关心的问题或区域。在多个模块中出现的关注点，叫做“穿插关注点”。穿插关注点使软件的理解、设计、实现和演化变得困难。“方面”（Aspect）就是把多个穿插关注点加以分离，实现关注点的功能所得到的模块。30三．方法论的创新面向方面程序设计（AOP）能够把穿插关注点局部化，成为分离的、封装的模块，对穿插关注点的模块化实现能够提供显式的抽象，可以通过代码库提供自动组合模块（方面）的机制。31四．操作系统和中间件的新发展操作系统近几年来有许多新的改进，以WindowsVista为例，重大的改变有：（1）提高了安全性Microsoft在开发Vista时，使用安全性开发生命周期，开发更安全的软件，通过平台技术的革新来提供层次化的防御，增加了许多安全属性以保护客户的计算机。32四．操作系统和中间件的新发展WindowsVista现在能够提供的安全功能包括：用户账号控制。内置口令和智能卡的认证功能。能够清除病毒、蠕虫、间谍软件等的入侵。网络接入保护。内置个人防火墙。33四．操作系统和中间件的新发展强化了Windows服务，在文件系统、注册处、网络、以及其他容易被恶意攻击所利用的资源中，限制关键性服务的不正常活动。强化了Windows浏览器，通过用户账号控制，限制浏览器除了浏览Web以外，不能修改用户的文件，或者加入某些默认的设置。34四．操作系统和中间件的新发展数据保护。集成的权力管理客户软件，允许一个组织可以执行文档使用策略，用户可以对文件和目录加密，在智能卡上存储密钥。使用BitLocker驱动器加密，提供机器级的数据保护。利用可信平台模块（TPM）芯片存储硬盘加密密钥。35四．操作系统和中间件的新发展（2）加强了搜索功能，便于文件的定位和组织。（3）有32位和64位两种版本，可以选择使用。36四．操作系统和中间件的新发展中间件的地位得到提高，成为新的一类系统软件，是操作系统、程序设计语言、和数据库管理系统等系统软件的重要补充。37四．操作系统和中间件的新发展基于分布对象计算（DOC）的中间件是使用最多的中间件，它的体系结构由具有一定自治能力的软件对象组成，对象可以在大范围互联的网络上分布配置，客户可以调用施加于目标对象的操作以实现互动，或者调用需要完成应用目标的功能。38四．操作系统和中间件的新发展DOC中间件可以分成多个层次，包括特定域中间件、通用中间件、分布中间件和主机基础设施中间件。“主机基础设施中间件”和操作系统及通信协议紧密关联，其主要功能是为更高层次及应用生成一个网络环境。39四．操作系统和中间件的新发展40五．虚拟计算及其应用的创新虚拟化是为真实资源创建替代品的过程，这些替代品与真实资源具有等效的功能和外部接口，但它们的属性（例如尺寸、性能和成本）不同。这些替代品被称为虚拟资源，而它们的用户通常不会察觉到替代过程。41五．虚拟计算及其应用的创新虚拟化具有很强的通用性，是赋予能力的技术，不论机构大小，都能适用，而得益巨大。据IBM公布的数据，基础设施的虚拟化，可以节省80％的能量和85％的机房空间，大幅度地提高了服务器的利用率。42五．虚拟计算及其应用的创新企业面临的许多问题，如服务器的低利用率，扩充基础设施但缺乏场地，缺乏资金购买新的硬件，缺乏备份和恢复能力，控制能耗和冷却费用等等，虚拟化都可以解决或者缓解这些问题。43五．虚拟计算及其应用的创新典型的应用领域：信息资源优化。存储虚拟化。应用虚拟化。业务的连续性和灾难恢复。测试和开发。44六．数据集成、安全、存储和管理的发展1．数据集成数据集成是把不同来源的数据聚集在一起，以便于数据共享，支持一个组织全局的信息管理。对于合作的信息系统，必须对应用加以集成，应用集成的重点是业务过程的集成，业务过程的集成的主要工作是数据集成，没有数据集成，就没有过程集成，也没有应用集成。45六．数据集成、安全、存储和管理的发展使用中间件集成是主要的集成模式。中间件有以下几种形式：远程过程调用（RPC）交易处理（TP）监控器面向消息的中间件（MOM）对象请求中介（ORB）数据请求中介（DRB）包装集成46六．数据集成、安全、存储和管理的发展2．数据安全保护数据安全保护的范围很广，抵制形形色色的数据泄漏事件，都属于数据保护工作。缓解和预防数据泄漏的技术措施：数据加密加密数据的监控密钥的存储和管理存储数据的保护47六．数据集成、安全、存储和管理的发展数据备份和恢复数据匹配反病毒、反间谍、反钓鱼保护等级标记应用代理防火墙建立SSL隧道建立信誉系统托管服务48六．数据集成、安全、存储和管理的发展3．数据联网存储近几年，数字数据迅速增加，操作维护的费用急剧上升，对存储系统的关