面向服务的自适应云资源信息集成软件架构

面向服务的自适应云资源信息集成软件架构要:面向服务体系架构是实现云资源信息集成的软件开发关键技术。目前，常见的soa平台云服务效率比较低，尤其是不能支持自适应云资源信息集成软件的动态变化。为改善和提高软件的云资源信息集成效果和扩展度，首先对软件资源集成的云模型表示方法、云资源信息集成软件架构的行为规约及服务组合调度算法等方面展开研究；然后基于此改进相应算法，提出一种面向服务的自适应云资源信息集成软件架构；最后进行了应用实验。实验结果表明，所提模型比传统架构更具有良好的云资源信息集成效果和实用价值。:面向服务体系架构；云资源；信息集成；行为规约；自适应软件架构abstract:service-orientedarchitecture(soa)isthekeytechnologyofsoftwaredevelopmentforrealizingcloudresourceinformationintegration.nowadays,commonsoaplatformsusuallyhavelowercloudserviceefficiency,especiallyincapableofsupportingdynamicevolutionofintegrationsoftwareofself-adaptedcloudresourceinformation.toimprovesoftwareefficiencyandextensionforcloudresourceinformationintegration,firstbystudyingcloudmodelofsoftwareresourceintegration,behaviorspecificationandservicecombinationalgorithmsofcloudresourceintegrationsoftwarearchitecture,thenimprovingcorrespondingalgorithms,asoftwarearchitecturewasproposedforservice-orientedandself-adaptedcloudresourceinformationintegration.finally,theapplicationexperimentsweremade.theexperimentalresultsdemonstratetheproposedmodelhassoundresourceinformationintegrationeffectsandutilitycomparedwithconventionalarchitectures.keywords:service-orientedarchitecture(soa);cloudresource;informationintegration;behaviorspecification;self-adaptedsoftwarearchitecture0引言面向服务的自适应云资源信息集成软件系统是一种利用云资源信息集成服务平台，按用户需求自组织云环境软件资源，为用户提供服务的新模式软件系统［1］。面向服务的体系架构(service-orientedarchitecture,soa)作为信息资源集成软件开发的重要复用手段和重点研究内容，在云资源信息集成软件设计中同样发挥着重要作用。随着信息技术的发展，面向服务的资源信息集成软件架构突破了时空约束，越来越朝着资源“云”化与集成化方向发展，其指导思想是利用云模型在信息资源定性、定量表示及其转换时的桥梁作用，把互联网信息资源虚拟化为“云”后集成存储起来，面向特定用户提供服务［1］。因此，面向服务的自适应云资源信息集成软件架构是指将先进的互联网技术、软件开发技术与云计算技术相结合，基于云环境信息资源的虚拟集成和大规模应用的可伸缩性、自适应性而构建的面向用户特定服务的软件开发模型［2-3］，是对云资源信息集成软件所需的软件元素（如构件）、软件元素属性及其之间的关系（如构件之间、构件与环境之间、云滴与云滴之间）等方面的综合描述［4］。基于此，可以为用户提供一个集网络集成、云资源信息集成和应用服务集成为一体的软件支撑平台。1有关研究目前，相关的软件架构主要包括云制造架构［1］、云布局架构［2］14734］960架构［5］、可信架构［6］、bigraph自适应软件架构（简记为bigraph架构）［7］、uml架构［8］、矢量图架构［9］、决策架构［10］、多维分离架构［11］等。传统软件架构的研究重点在于使分散的软件资源通过大型网络连接起来，形成物理上的服务中心，强调资源汇聚，协同完成任务，进而为分布在不同地理位置上的用户提供各类服务［1］1,［2］1473,［3］1337和数据库检索的时间复杂度偏高，稳定性和安全性偏低，尤其是缺乏服务组合自适应规约和调度模型，行为自动建模能力不足。传统软件架构并不能很好地验证软件系统演化过程中的自适应性、一致性、兼容性、灵活性、完整性等动态特征，这对云资源信息集成软件的开发产生了严重影响。为更好地满足自适应云资源信息集成软件开发需求，本文针对传统架构的不足，从软件资源集成云模型表示、架构行为规约及服务组合调度等角度，设计一种面向服务的自适应云资源信息集成软件架构（service-orientedself-adaptedcloudresourceinformationintegrationsoftwarearchitecture,sosacriisa）。2sosacriisa关键技术2.1面向服务软件资源集成的云模型表示方法云模型具有良好的数学性质，能够实现定性概念与其数值表示之间的不确定性转换算法，例如正态分布云模型、正向云模型、逆向云模型，是最重要的用于统一刻画语言值随机性、模糊性及二者之间关联性的模型［12-13］。u是一个用数值表示的定量论域，c是u上的定性概念，若定量值x∈u是c的一次随机实现，x对c的确定度μ(x)∈［0,1］是有稳定倾向的随机数，且当μ:u→［0,1］，有x∈u,x→μ(x)，则x在论域u上的分布称为云，记为c(x)，每一个x称为一个云滴［12］1343,［13］3316假设h，i，k，r≤n，n∈n，软件构件集com={comi|i∈n}；软件构件属性集coma={comai|i∈n}；软件资源集sr={sri|i∈n}；服务组件集s={si|i∈n}；dom(集合)表示定量论域，其定量值为n,即com、coma、sr、s分别是论域dom(com)、dom(coma)、dom(sr)、dom(s)上的定性概念；资源sri和srj是定性概念sr中的随机实现，其输入参数分别以srhisrkip1(sr)={〈srh1,srk1,…,〈srhr,srkr}；服务组件sh、sk分别是定性概念s中的随机实现，其输入参数分别以shiski之间的配对集合记作p2(s)={〈sh1,sk1,…,〈shr,skr}；con(h)是第h个服务提供给其他组件的随机活动集合，活动执行标记为f；var(k)是第k个服务运行所需其他组件支持的随机活动集合，执行标记为g。若f和g，都有f∈dom(s)∧g∈p2(s)，f∈dom(sr)∧g∈p1(sr)，f∈dom(com)∧g∈p1(sr)，f∈dom(coma)∧g∈p2(s)，使得：comi∈［con(comh)∧var(comh)］sri∈［var(srk)∧con(srk)］si∈［var(sk)∧con(sk)］comai∈［var(comak∧con(comak)］(1)则称面向服务组件集s的软件资源集sr基于云模式进行了资源集成行为运算，记作s⊕sr或f⊕g。该运算实质是资源信息被虚拟化为云模式表示的过程，它是由服务组件sh、sk通过正向云算法［12］1343srh、srk进行连接子规约运算行为而实现的。但该运算仅描述了软件架构行为规约的共享模型，它并不能保证演化结束后新的云资源信息集成软件架构各服务组件之间依然保持一致，缺乏服务组件自适应的行为规约具体算法，在云资源信息集成软件架构行为规约的自适应规则设计方面则显示出不足。在软件架构复用时，由于不同的软件架构其行为方式不同，设计软件架构行为规约的自适应规则并将软件架构某些部分相应地替换为实际需要的元信息描述显得非常重要。因此，需对自适应云资源信息集成软件架构的行为规约算法进行设计。2.2云资源集成软件架构的行为规约算法软件架构行为规约是云资源信息集成软件架构研究中的重要内容，它是一个软件项目中供管理团队、架构师、开发师自动控制与规约软件架构行为的环节，贯穿了软件项目的生命周期，主要用来将软件架构行为中的元信息（例如运算状态控制、交互类型、层次数及模块数自动控制、安全性、自适应环境变化等方面的信息）表示成形式化的规则形式，这有助于解决软件架构行为随服务组件动态变化而动态演化的问题。软件架构行为规约的研究模型比较多，其中bigraph理论自适应规约模型［7］98schema模型［10］1198［14］是性能较好的模型。尤其是bigraph理论自适应规约模型的π演算语法重点规约运算状态控制，而schema模型则重点对软件架构连接子的交互程度、类型及自适应规则进行规约。它们的总体思想是识别、归并与规约软件架构集成元信息，从而使云资源信息集成软件架构中服务组件的基本组成单元自适应初步的行为可变性控制。但它们在单独规约云资源信息集成软件架构连接子的更新行为时，更多的是将架构中服务组件的运算行为置于一种不活跃控制状态，限制了云资源信息集成软件架构连接子交互类型的确定及服务组件运算行为的进一步动态性演化。2.2.1π演算语法的改进算法鉴于bigraph理论自适应规约模型的优点，在2.1节介绍的相关概念表示的基础上，使用正态分布云模型，先对bigraph理论自适应规约模型的π演算语法进行如下形式的算法改进：程序前b=pre.b|ifaistruethen{b1joinb2}|choose{activeb1orb2or…bn}|ifaisfalsethen{bremoveb1orb2or…bn}|inactivedistribution|replicateb|pre∷=byfsendv|byfreceivev程序后bi为运算行为（i为自然数）；if、then、choose、inactive2.1节中以定性概念表示的软件构件集com、软件构件属性集coma、软件资源集sr、服务组件集s置于不活跃行为控制状态；remove、active、send、replicate、receive不确定知识表示的普适性，将2.1节中以随机概念表示的资源sri、活动集con(h)与var(k)、输入参数shiskip1(sr)与p2(s)置于活跃行为控制状态。因此，相比改进前的7］99云资源信息集成软件架构连接子的增加、删除或更新行为，可将运算状态控制、层次数及模块数自动控制等元信息的控制行为置于活跃或者不活跃状态，使得2.1节中的f⊕g运算在自适应演化结束后新的云资源信息软件架构各服务组件之间依然保持一致，并在变化的云环境中展示出不同的行为，这对于自适应云资源信息集成软件而言不会因为环境变化而对运算结果产生严重影响。2.2.2自适应规则的改进算法改进后的π演算语法在启动新的迭代过程之前，需要利用模型的形式化定义精确刻画云资源信息集成软件架构连接子之间的交互程度以及确定交互类型，而这是改进的bigraph理论自适应规约模型并不完全具备的功能。另一方面，基于正向云模型的schema模型重点描述了软件架构连接子的交互程度、类型及具体规则，但是缺乏多属性决策过程的优选，规则自适应能力和动态性演化能力有限。因此为了进一步对云资源信息集成软件架构的行为进行规约，可以综合利用正向云模型和改进的bigraph理论自适应规约模型的优点，把schema模型改进为如下形式的云资源信息集成软件架构行为规约的自适应规则：程序前？云资源元信息