網(wǎng)構軟件的研究與進展

PAGEIIPAGE網(wǎng)構軟件的研究與進展摘要：隨著Internet的快速發(fā)展與普及，如何在開放、動態(tài)、難控的網(wǎng)絡環(huán)境下實現(xiàn)各類資源的共享和集成己經(jīng)成為計算機軟件技術面臨的重要挑戰(zhàn)之一，為了應對挑戰(zhàn)，許多新理念、新概念、新模型、新方法和新技術應運而生.在系統(tǒng)分析以面向?qū)ο蠓椒ㄅc技術為代表的經(jīng)典軟件方法與技術體系不足的基礎上，從軟件方法學及其技術支撐的角度，通過對軟件技術發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)的思考與分析，初步凝練出了網(wǎng)構軟件的概念框架、基本特征、邏輯內(nèi)涵與關鍵技術.然后，在此總體構架之下，對近年來出現(xiàn)的各種相關的軟件新概念、新模型、新方法和新技術從基本理念開放化、軟件實體主體化、軟件協(xié)同分離化、運行機制自適應、開發(fā)方法群體化、外部環(huán)境顯式化、安全保障可信化、系統(tǒng)管理自治化、技術體系系統(tǒng)化等多個側面加以系統(tǒng)的綜述與介紹二最后，在綜合分析的基礎上提煉出進一步的研究問題。關鍵詞：網(wǎng)構軟件；軟件方法；學軟件技術

目錄一、Internet平臺簡介的反觀 1二、軟件的觀念的變革與前沿 2三、網(wǎng)構軟件的設想與挑戰(zhàn) 5參考文獻 7PAGE7一、Internet平臺簡介的反觀Internet平臺不具備統(tǒng)一控制的“真”分布性，在節(jié)點方面表現(xiàn)出來的是異常的自治性，在節(jié)點的鏈接上表現(xiàn)出來的是開放和動態(tài)，作為主體的人和作為客體的設備以及作為中間應用環(huán)節(jié)的軟件表現(xiàn)出多方面的異構性，在現(xiàn)實行為中表現(xiàn)出缺乏預測能力，在使用的方式上表現(xiàn)出來的是多樣性和變化性，在鏈接環(huán)境上表現(xiàn)出復雜性。其和傳統(tǒng)的計算機硬件平臺有著顯著區(qū)別。Internet自開發(fā)應用以來，給社會的發(fā)展和電子信息化行業(yè)帶來翻天覆地的變化，計算機軟件的開發(fā)應用和運行維護由起先的靜止不變轉化為開放動態(tài)，并且很難受到使用者的局限。在現(xiàn)實中，關于怎樣在封閉靜止的環(huán)境中使得資源共享和統(tǒng)一管理成為現(xiàn)實這一問題已被廣泛關注。反觀現(xiàn)今廣泛流行的技術體系，其基礎是面向?qū)ο?，產(chǎn)生的環(huán)境是靜止、密閉的，我們?nèi)绻?jīng)過直接的、自然的考量，發(fā)現(xiàn)他們在互通、變化、難控的生態(tài)環(huán)境下，他們的基礎軟件的模型、方法、技術和基本原理等在開展軟件開放、運行和維護的時候很難自由發(fā)揮。從小的方面來說，其具有三個方面的特征，一方面是設計對象的行為由其他的對象來指使實施，自身可以設定自身的參數(shù)，但是不具備應變能力的部分自主性特性，另一方面是設計對象對其他對象的指令都是事先已經(jīng)被設定好了的，不論外界環(huán)境如何變化其指令不能發(fā)生改變的功能固定性，再一方面是設計對象與外界環(huán)境和其他對象的交流只能是簡單的信息來往和信息交換，而不能通過復雜的語言和感知能力實現(xiàn)更多更深的交流溝通的交流單一性。從總的方面來說，軟件實體在結構上和其交聯(lián)部分存在緊密聯(lián)合的關系，交聯(lián)部分一般都是通過二次開發(fā)實現(xiàn)其功能應用的，通常情況下都是內(nèi)置于該軟件的附加設置中，如果遇到不能滿足環(huán)境需要情況發(fā)生，那么必須再次進行系統(tǒng)開發(fā)。在實際的系統(tǒng)應用開發(fā)過程中，我們想要在互通、變化、難控的環(huán)境條件下，實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的開發(fā)、運行和維護，必須首先攻克技術難題，實現(xiàn)部分自主性和功能固定性的主體化變革，把信息交流方式從原先的內(nèi)部單一置換轉化成可變多元化，進而實現(xiàn)三個方面的轉化：一方面，實體的結構分解轉變?yōu)榉菍嶓w的聚合，另一方面，系統(tǒng)運行環(huán)境的靜止性轉變?yōu)樽兓?，再一方面，系統(tǒng)目標的唯一、準確轉變?yōu)椴淮_切、多方面性，這些轉化實現(xiàn)了面向?qū)ο蠹夹g體系基礎的適宜于互通、變化、難控周圍環(huán)境發(fā)展一種新的技術體系的有效鏈接。因此，如果要對開放、動態(tài)、難控環(huán)境下的軟件系統(tǒng)的開發(fā)、運行和維護提供直接、自然和有效的支持，就需要在面向?qū)ο蠹夹g體系的基礎上，完成從有限自主性和固定封裝性到軟件實體主體化的轉變、從交互方式的內(nèi)嵌性與單調(diào)性到協(xié)同方式的分離性與多樣性的轉變、從封閉可控的軟件結構到開放協(xié)同軟件結構的轉變二進而在上述轉變的基礎上，進一步完成從基于實體的結構分解到基于協(xié)同的實體聚合的轉變、從系統(tǒng)運行靜態(tài)性到系統(tǒng)演化動態(tài)性的轉變、從系統(tǒng)目標的確定性到多重不確定性的轉變等.上述轉變?yōu)樵诿嫦驅(qū)ο蠹夹g體系基礎上發(fā)展一種新的適合于開放、動態(tài)、難控網(wǎng)絡環(huán)境的軟件新方法與技術體系提供了切入點。二、軟件的觀念的變革與前沿在近代的軟件發(fā)展史中，眾多新的理念、方法和技術模式逐漸被開發(fā)應用到現(xiàn)實中。在軟件的需求上，由于Internet的基礎連接功能，人們對網(wǎng)絡資源關注的重點己經(jīng)從各個孤立的“點”轉向互相連接的“面與體”.例如，信息資源互連而形成的WWW、跨邊界的企業(yè)互連而形成的電子商務、遠程計算資源互連而形成的計算網(wǎng)格、各類嵌入式系統(tǒng)互連而形成的網(wǎng)絡嵌入式系統(tǒng)等大范圍應用，說明世界各地已經(jīng)越來越重視資源的共享，互聯(lián)網(wǎng)時代也需要這樣的資源共享，在這樣的大環(huán)境下，各類新型計算模式廣泛出現(xiàn)。而且觸發(fā)了人們開始從資源的開放聯(lián)盟(opencoalitionofresources)的角度對軟件技術的思考與實踐[}l.從基礎平臺的角度，隨著各種高速連接方式的進步，人們對Internet平臺的認識己從計算機通過互聯(lián)網(wǎng)進行彼此相互連接逐漸發(fā)展為不同空間、時間、區(qū)域的完美統(tǒng)一，"TheNetworkistheComputer”和“GlobalUbiquitousComputer”是其典型代表如何在這樣一種“計算機平臺”上開發(fā)、應用和維護其電腦軟件，早已變成計算機科學和技術發(fā)展史上難以逾越的技術瓶頸。在現(xiàn)實應用中，計算機平臺和應用的需求逐漸由原先的密封性轉變?yōu)殚_放性，社會針對計算機軟件的開發(fā)運營也逐漸被引起關注和重視。軟件的開發(fā)應用早已改變了其對外部環(huán)境的認識，原先是簡單更好結構，現(xiàn)今是分析和構建互通、變化、難控的模擬模型，主要的工作任務方面在分布對象技術角度上，重新認識外部環(huán)境和軟件操作性，隨著時代和技術進步，外部環(huán)境的特性已從早期的異構轉變成為了互通、變化、難控，并進行了相關分析和模型構建，經(jīng)典性的做法表現(xiàn)在對象技術角度為進一步認知和互動異構環(huán)境，表現(xiàn)在智能Agent角度為難以保存、不準確、變化、連續(xù)等，這其中經(jīng)過了多個環(huán)節(jié)，比如說對象、構件和服務等，隨之而產(chǎn)生了眾多新技術，如軟件Agent，實體由客體轉化為主體，也就是我們常常說的內(nèi)容表現(xiàn)為自我歸納、結構表現(xiàn)為自我完善和實體表現(xiàn)為相互適應。當然，軟件開放也是不斷進步和發(fā)展的，這中間經(jīng)過了各環(huán)節(jié)中相應的對象、構件和服務等問題。這些問題隨著開發(fā)者在系統(tǒng)開發(fā)過程中集中式結構、工業(yè)化開發(fā)、構件開發(fā)、系統(tǒng)組裝等分離并構迎刃而解，最終達到服務終端消費者的目的。這些轉變或者說轉化，既是開發(fā)者解決軟件開發(fā)過程中實際問題的具體表現(xiàn)，更深遠的是開發(fā)者為終端消費者在軟件開發(fā)應用中解決需求的直接表現(xiàn)，并最終達到向大面積用戶直接提供終端服務的目的。軟件在運行的過程中，所提出的理念與技術主要涉及軟件實體的交互與協(xié)同，大致可分為三類:異構化做法:運用技術方法如中間件，以適應異構過程中RPC機制、對象機制，達到不同類語言在異構環(huán)境中操作的可實行性，以及傳統(tǒng)技術能夠在異構環(huán)境持續(xù)發(fā)揮功能，代表性工作有CORBA(commonobjectrequestbrokerarchitecture)等。結構化處理:外部環(huán)境的不斷變化要求將協(xié)同結構與軟件實體分離，并顯式地給出相應的協(xié)同結構與機制，開發(fā)者在開發(fā)過程中可以聚合多種形式的系統(tǒng)軟件，此外，即使開發(fā)者不更改軟件實體，同樣可以針對協(xié)同機制進行順序開發(fā)、靜態(tài)修改和動態(tài)演變的過程。動態(tài)化處理:在開放、動態(tài)軟件體系結構等框架之下，研究各種協(xié)同結構的語法、語義和語用環(huán)境及其相互之間關系，指出相互轉換的原理和互相制約的前提，設立開放、動態(tài)、多變的環(huán)境以及轉換關系的相應映射，以實現(xiàn)軟件可以支持動態(tài)演化。在軟件的日常維護和管理方面，一定環(huán)境下，大型軟件由于其自身具有分散交互性而表現(xiàn)出高度復雜化，有的甚至突破了軟件開放者的技術水平，不能得到有效控制，而產(chǎn)生軟件應用過程中的BUG，所以，軟件開發(fā)者在軟件試運行的時候就應該正確處理這些問題，這個環(huán)節(jié)也是眾多軟件開發(fā)者急需面臨解決的問題，否則，軟件開放將受到阻礙，難以達到其投資方的市場運用目的。隨之，開發(fā)者們在實踐過程中慢慢探索出自治計算辦法，也就是計算機系統(tǒng)在運行過程中可以自我進行調(diào)節(jié)，并保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定高效，這樣就可以為軟件開發(fā)者節(jié)省大量的開發(fā)時間。同時，軟件開放后應該是安全的，為此，軟件系統(tǒng)即使是在開放的環(huán)境中運行，也不應該存在資料外泄現(xiàn)象，各自資源信息都是保存在特定的加密環(huán)境中。否則，將造成不可估量的嚴重后果。如何使軟件系統(tǒng)能夠根據(jù)管理者的要求實現(xiàn)自我管理（包括安裝、配置、調(diào)節(jié)與維護等）已經(jīng)成為軟件領域的重要挑戰(zhàn)之一。在安全信息缺乏的基礎上，開展授權工作，如何落實軟件系統(tǒng)的安全問題已成為軟件開發(fā)行業(yè)內(nèi)尤為重要的研究課題。其中的一個保守方法就是在安全技術所提供的消息完整性及保密性的基礎上，建立軟件實體間的足夠可信關系，為選取足夠可信的軟件實體來構作軟件系統(tǒng)提供支撐二從可靠性角度來看，軟件系統(tǒng)在開發(fā)過程中的環(huán)境是互通的，其產(chǎn)生的封裝軟件源來自于不一樣的第三方供應，而且他在形成和運行的時候也是不斷變化發(fā)展的，導致不能通過起先的過程監(jiān)視、控制測算、白盒分析等方式來控制他的可靠性和穩(wěn)定性。因此，可行途徑之一是采取足夠可信的途徑來為其提供支撐.歸結起來，保障開放環(huán)境下軟件系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性的方法之一是通過剛性保障白盒的方法來應用實施黑盒的柔性可信保障技術來實現(xiàn)。其所涉及的主要關鍵技術包括可信管理技術和可信評估技術。如果從軟件方法學及其技術支撐的角度對上述工作加以簡單歸結，其發(fā)展趨勢是，應用資源聯(lián)盟化、基礎平臺網(wǎng)絡化、外部環(huán)境顯式化、軟件實體自動化、開發(fā)方式多樣化、結構模型合作化、異構處理同樣化、軟件協(xié)同專一化、運行機制靈活化、系統(tǒng)維護自動化、系統(tǒng)保障安全性等.長期的關于軟件開發(fā)技術發(fā)展的經(jīng)驗實踐證明，一旦軟件的原始支撐和應用需求發(fā)生改變和變動，軟件開發(fā)的方法、技術都會發(fā)生巨大的變化，同時，會引導新的方法、技術進一步產(chǎn)生和發(fā)展?？傮w上來看，軟件開發(fā)就是給定待解問題，由軟件開發(fā)者通過智力活動過程開發(fā)出能夠在所提供的平臺上有效運行的、能夠解決問題的軟件.在此意義下，軟件開發(fā)的個宏觀要素可抽象概括為(平臺空間、認知空間、問題空間).我們認為，軟件方法與技術體系的發(fā)展過程就是在新驅(qū)動力的推動之下，對這三個空間的認識不斷深化并將其有機融合的過程.20世紀70年代興起的結構化方法學與技術體系就是由于計算機基礎能力(速度、存儲與外設)的快速發(fā)展和軟件危機的出現(xiàn)而導致人們對基礎的程序設計方法與語言的科學思考而產(chǎn)生的，它較好地融合了軟件開發(fā)的兩要素:(平臺空間，認知空間)二而20世紀80年代開始成熟，并且至今仍為主流的面向?qū)ο蠓椒ㄅc技術體系則是在結構化方法的基礎上，進一步利用和發(fā)展了從宏觀角度控制軟件復雜性的手段，如關注分離、信息隱蔽、模塊化等，并將問題空間納入軟件設計的范疇，提出與問題結構具有良好對應關系的對象式程序模型的概念與支撐機制，從而有效實現(xiàn)了軟件設計三要素(平臺空間、認知空間、問題空間)的有機融合.然而，從Internet平臺和開放應用系統(tǒng)的角度，面向?qū)ο蠓椒ㄅc技術體系所涉及的軟件開發(fā)三要素主要是針對集中可控環(huán)境而言的.而在開放、動態(tài)、難控的環(huán)境下，軟件設計三要素的內(nèi)涵己發(fā)生了重要的變化:平臺空間己經(jīng)從單個或多個可控計算機向開放的Internet平臺發(fā)展，其主要作用己經(jīng)開始從“計算為主”逐步向“通信連接為主”的方面轉變二認知空間己經(jīng)開始從“面向個體程序員”開始向“群體化和服務化方式”的過渡，其關注點在面向?qū)ο蟮摹捌脚_斗程序員斗問題”的基礎上，開始向關注“個體斗群體開發(fā)者斗大量使用者”的方面過渡二問題空間己經(jīng)從確定環(huán)境下的單個問題求解，到開放開發(fā)環(huán)境下的群體問題求解，開始向非確定環(huán)境下如何為大量最終用戶提供優(yōu)質(zhì)服務的方面發(fā)展，側重點由原先的問題尋求解決轉變?yōu)榄h(huán)境開發(fā)時的資源共享。在這樣的形勢和環(huán)境下，一定的框架限制下歸納總結軟件開發(fā)的新的理念、模式、方法、技術、定義等，顯得非常適應軟件開發(fā)的時代需求，以此來促進面向Internet的軟件新方法和新技術體系的誕生。三、網(wǎng)構軟件的設想與挑戰(zhàn)在互通、變化、難控的網(wǎng)絡環(huán)境下，實現(xiàn)資源共享是Internet平臺開發(fā)應用軟件的最終目的，當今歷史中，最成功的莫過于WWW(WorldWideWeb)，他的成功之處在于他實現(xiàn)了全世界網(wǎng)絡資源的信息共享，以及成功收集管理信息資源，同時，給第三方的軟件開發(fā)者一個良好的經(jīng)驗說明和示范，在歷史上有著里程碑的網(wǎng)絡發(fā)展象征意義，概括說來，可以總結其特點以下幾個方面，一是各自資源信息的獨立性，每一個信息資源的開發(fā)者都是唯一不變的，其各自提供著自身的信息表現(xiàn)，二是鏈接方式的多元化，各個獨立的信息內(nèi)容可以根據(jù)較為快捷、方便、靈活的命令方式構成多元化的聯(lián)通方式，以此達到不同信息資源的相互聯(lián)通發(fā)展，經(jīng)過進一步發(fā)展應用，各自的信息資源更深的發(fā)展和擴散，由于信息網(wǎng)絡的開發(fā)者在群體性質(zhì)上是極其分散的，導致軟件信息在開發(fā)的時候是不斷變化和發(fā)展的，三是方便用戶快捷使用，用戶是世界各地的所有人群，保證了www持續(xù)穩(wěn)定成長，并且實用性非常強，而且為不同的使用者可以量身制定開啟運行的不同方式，個性化十足，四是環(huán)境的充分開放，各類資源信息的發(fā)布和傳播是極其難以管理和控制的，當www的內(nèi)容中包含某些不適宜信息資源的時候，其是不能通過自身控制來實現(xiàn)資源封鎖的，世界各地的使用者都可以通過網(wǎng)址鏈接查看該信息內(nèi)容。同樣，軟件系統(tǒng)的開發(fā)應用和產(chǎn)生必須是在互通、變化、難控的網(wǎng)絡環(huán)境下進行的，因此，大多軟件綜合表現(xiàn)看來都是較為柔和的、可變的、連續(xù)的、多功能的。在技術方面，互聯(lián)網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)中，都包含著軟件的主體化服務模式，緊接著，不同的軟件之間相互構建協(xié)同運作方式，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的共享，這樣的一種軟件名為Web(softwareWeb)，與www有差不多的功能作用，由于是在互通、變化、難控的網(wǎng)絡環(huán)境下，以及用戶的個性化需求，導致web不可能如www一樣快速發(fā)展，但是web可以發(fā)覺環(huán)境的改變，而且可以通過這些預測調(diào)整相應指標的高低，使得盡可能多的方便和滿足更多的用戶群體。這樣的一種全新意識形態(tài)的軟件被命名為網(wǎng)構軟件(Internetware)。換種方式來說，網(wǎng)構軟件雖然產(chǎn)生于互通、變化、難控的網(wǎng)絡環(huán)境下，但其依然是軟件系統(tǒng)的抽象畫描述，其包括兩組軟件實體，一組分布于各個環(huán)境的各個區(qū)域中，是主動作為的。另一組主要是基礎支撐作用，以保障軟件實體能夠正常的交互協(xié)同發(fā)揮功能。網(wǎng)構軟件可以通過這些預測調(diào)整相應指標的高低，使得盡可能多的方便和滿足更多的用戶群體。在邏輯運算方面，網(wǎng)構軟件的組成、運作、目的、研發(fā)、安全、壽命等都同傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)有著本質(zhì)的不同。在系統(tǒng)的結構方面，網(wǎng)構軟件也不同于傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)，可以從橫向和縱向分開來看。橫向方面，網(wǎng)構軟件一般是由第三方制作的，區(qū)域范圍涉及較廣，是一組主體化服務的軟件，進而經(jīng)過性質(zhì)不一樣的信息資源互聯(lián)互通而產(chǎn)生，縱向方面，體現(xiàn)有目標和控制兩個層面，前者是經(jīng)典軟件的補充，同時還是環(huán)境的一種抽象，后者是環(huán)境變化和系統(tǒng)改善過程的決定部分。在系統(tǒng)使用方面，網(wǎng)構軟件強調(diào)的是環(huán)境的制動和推動，這與經(jīng)典軟件有著顯著的不同，經(jīng)典軟件是不關注的。系統(tǒng)使用過程中相應其結構也有兩種系統(tǒng)的使用，一種是目標，另一種是控制。前者側重于滿足客戶的需求，后者側重于環(huán)境的判斷。總的來說，網(wǎng)構軟件的產(chǎn)生是與用戶的需求分不開的，同時在環(huán)境發(fā)生變化時，及時地進行自我調(diào)整和改善，進而重新滿足用戶需求，然后進行周而復始的重復和運用。參考文獻[1]LvJ,A-IaXX,TaoXP,etal.Onenvironment-drivensoftw