中心开发的教学课件35软件技术的六化趋势

软件技术的“六化”趋势 报告人：李长云 教授 湖南工业大学计算机与通信学院 湖南工业大学计算机与通信学院 目录 一种多方互动式学教系统 (发明专利) 软件的本质 一种多方互动式学教系统 (发明专利) 软件技术的“六化”趋势 一种多方互动式学教系统 (发明专利) 我们的工作 湖南工业大学计算机与通信学院 软件的本质 软件是什么？ 软件是客观世界中问题空间与解空间的具体描述。 问题 空间 解 空间 湖南工业大学计算机与通信学院 软件的本质 追求什么？ 追求表达能力强、更符合人类思维模式、具有易构造性、易演 化性和高可信性的计算模型。 构造性 演 化 性 可 信 性 湖南工业大学计算机与通信学院 Internet环境及其应用： v基础平台的开放性、动态性和多变性 v共享资源的多样性（信息、计算、服务） v产业模式的服务化 Internet平台和环境的出现 对软件形态 技术发展 理论研究 提供了 新的契机 提出了新的问题 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的“六化”趋势 软件技术的网络化 软件技术的聚合化 软件技术的动态演化 软件技术的可信化 软件公共功能的基础设施化 软件技术的物化 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的“六化”趋势 软件技术的网络化 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 计算机使用模式的发展 主机 模式 单机 模式 网络 模式 从主机模式发展到单机模式，再到网络模式 多人 一机 一人 一机 一人 多机 从多人一机发展到一人一机，再到一人多机 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 软件技术的网络化基础技术RPC、RMI RPC：远程过程调用，是一项广泛用于支持分布式应用程序 （不同组件分布在不同计算机上的应用程序）的技术。 RPC 的主要目的是为组件提供一种相互通信的方式，使这些 组件之间能够相互发出请求并传递这些请求的结果。 RMI：远程方法调用（Remote Method Invocation）是 Enterprise JavaBeans的支柱。 RMI是JEE的网络机制，允许你编写分布式对象，使得对象 的通信范围能够在内存中，跨Java虚拟机，跨物理设备。 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 软件技术的网络化体系标准-DCE RPC 目录服务 分布时 间服务 安全服务 DCE线程 DCE线程:提供在 单个进程内多线 程的创建、管理 及同步的手段。 DCE安全服务:提 供分布式计算环境 下安全通信及资源 访问控制。 DCE远程过程 调用(RPC):包 括一个开发工 具和一个运行 时间服务。 用于维护关于各种 分布资源(如用户, 机器,基于DCE RPC的分布应用程 序等等)的信息,包 括资源的名字及位 置。 DCE分布时间服务:提 供分布式计算环境中 计算机的同步时间。 五大 核心 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 软件技术的网络化体系标准-CORBA 对象请求代理ORB 对象服务 领域接口 应用接口 通用设施 ORB使对象在分布式环境 中透明地收发请求和响应 对象服务是为使用和实现对 象提供的基本的服务集合 应用接口是用户应 用软件自行提供的 供他人使用的服务 通用设施是为许多应用提供 的服务集合 领域接口是为特定的应用领 域提供的公共服务的集合 CORBA的通用参考体系结构（OMA） 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 软件技术的网络化体系标准微软标准 DCOM COM+ .NET COM COM是组件对象 模型,是实现3/N 层应用的基础,它 的目的就是组件 化,应用程序分层 NET 是一个全面 的产品，它建立在 行业标准和 Internet 标准之上 ，提供开发（工具 ）、管理（服务器 ）、使用（构造块 服务和智能客户端 ）以及 XML Web 服务体验（丰富的 用户体验） 分布组件对象 模型,可支持不 同计算机上组 件对象与客户 程序之间或者 组件对象之间 的通信 把COM、DCOM和 MTS的编程模型结 合起来,更加注重于 分布式网络应用的 设计和实现,增加了 一些服务，比如队 列服务、负载平衡 、内存数据库、事 件服务等 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 软件技术的网络化体系标准Java EE JDBC (Java Database Connectivity ) EJB(Enterprise JavaBeans) JMAPI（Java Management API） Java RMI(Java Remote Method Invocation) JNDI(Java Naming and Directory Interface) JTS(Java transaction Service) JMS(Java Message Service) 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 软件技术的网络化的新形态网格计算 网格定义：协调地理范围广泛的资源，并对此进行有效的管理，使其形成一个单一的映 像。用户可以方便地使用统一的API调用这些网格资源。 一种基于网络的分布式计算技术， 对等计算实体采用开放标准在 异构环境下进行协同操作 湖南工业大学计算机与通信学院 提高设备利用率 自我管理、自我维护 动态、灵活的系统 基于互联网的灾难备份架构 软件技术的网络化 软件技术的网络化的新形态虚拟计算 Processing Operating System Storage I/O Data Applications 设备利用率低 管理复杂 系统集成开销大 无法应对突发性的需求增长 昂贵的灾难备份 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的网络化 软件技术的网络化的新形态云计算 云计算是为用户提供无限计算资源的商业服务，是能够自我管理计算资源的 系统平台，是应用服务按需定制、易于扩展的软件架构。 并行计算并行计算 分布式计算分布式计算 网格计算网格计算 CPUCPU运算资源运算资源 存储资源存储资源 网络带宽网络带宽 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的“六化”趋势 软件技术的聚合化 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的聚合化 传统软件的开发模式与现代软件开发模式 传统软件形态新的软件形态 分解 确定目标、有序控制 站点 元素 站点 元素 站点 元素 站点 元素 站点 元素 服务 服务 先实体 后协同 服务 灵活线 多协同 从顶到下、逐步求精 （本质是分解） 由下而上、组合而成 （本质是聚合） 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的聚合化 软件技术的聚合化体现 构件组装技 术 WEB服务组 合 计算机协同 （工作流） 网构软件 M1M1M2M2 M4M4M3M3 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的聚合化 软件技术的聚合化体现构件组装技术 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的聚合化 软件技术的聚合化体现WEB服务组合 Component VS. Service 服务务可以看作一个逻辑逻辑 实实体，由一组组构件一起 工作，共同提供服务务所 请请求的功能 服务务是自包含无状态态的 实实体 服务务的抽象程度更高， 服务务之间间的关系更加松 耦合 Component Composition VS. Service Composition 组组装协议协议 ：针对针对 模型协议协议 标标准协议协议 组组装对对象来源： 组织组织 内部跨组织组织 ，封闭闭开 放、动态动态 组组装过过程：设计态组设计态组 装运行态组态组 装 绑绑定时间时间 ：设计态绑设计态绑 定运行态绑态绑 定 组组装方式：半自动动自动动，基于消息基于流程 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的聚合化 软件技术的聚合化体现网构软件 网构软件是在Internet开放、动态和多变环境下软件系统基本形态的一种抽 象，它既是传统软件结构的自然延伸，又具有区别于在集中封闭环境下发展起 来的传统软件形态的独有的基本特征: 自主性 指网构软件系统中的软件实体具有相对独立性、主动性和自适应性。 协同性 指网构软件系统中软件实体与软件实体之间可按多种静态连接和动态合作 方式在开放的网络环境下加以互连、互通、协作和联盟。 反应性 指网构软件具有感知外部运行和使用环境并对系统演化提供有用信息的能 力。 演化性 指网构软件结构可根据应用需求和网络环境变化而发生动态演化，主要表 现在其实体元素数目的可变性，结构关系的可调节性和结构形态的动态 可配置性。 多态性 指网构软件系统的效果体现出相容的多目标性。它可根据某些基本协同原 则，在动态变化的网络环境下，满足多种相容的目标形态。 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的聚合化 软件技术的聚合化体现计算机协同（工作流） 工作流（Work Flow）就是工作流程的计算模型，即将工作流程中的工作如何前后组织 在一起的逻辑和规则在计算机中以恰当的模型进行表示并对其实施计算。 工作流要解决的主要问题是：为实现某个业务目标，在多个参与者之间，利用计算机， 按某种预定规则自动传递文档、信息或者任务。 简单地说，工作流就是一系列相互衔接、自动进行的业务活动或任务。 工作流参考模型 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的“六化”趋势 软件技术的动态演化 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的动态演化 从静态演化到动态演化 静态演化动态演化 软件演化 软件演化(Software Evolution)指在软件系统的生命周期内软件维护 和软件更新的行为和过程。 静态演化：是指软件在 停机状态下的演化。其 优点是不用考虑运行状 态的迁移，同时也没有 活动的进程需要处理 动态演化：是指软件在 执行期间的软件演化。 其优点是软件不会存在 暂时的失效,有持续可用 性的明显优点。 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的动态演化 动态演化的层次性 从行为和结构综合看，动态演化性分为三个级别： 体系动态性 结构动态性 交互动态性 允许软件体系结构的基本构造(infrastructure)的变动，即结 构可以被重定义，体系结构层次 仅仅要求固定结构里的动态数据交流，函数、对象层次 允许结构的修改，即构件和连接件实例的创建、增加和删 除 ，构件层次 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的动态演化 动态演化软件的形态 动态演化软件的形态：自适应软件、自治计算 自适应软件 自适应软件顾名思义即指软件内在具 有自适应的特性，可以随着外部环境 的变化以及软件内部执行情况的变更 来进行自适应的配置和重配置，包括 组成结构上和行为功能的动态调整， 以满足变化的需求，从而达到软件的 “以变应变”的特性。 自治计算 自配置自动地适应于动态变化的 环境 自修复发现、诊断和修复故障 自优化自动监视和调整资源 自保护预见、监测、识别、保护 来自各处的侵袭 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的“六化”趋势 软件技术的可信化 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的可信化 软件的可信性 软件是可信的, 如果其服务总是与用户的预期相符 软件可信性关注的是使用层面的综合化的质量属性及其保障形式，涉 及多个质量属性的集合，涉及这些属性的综合和平衡 可靠性 可预测性安全性 可维护性 正确性可用性 可信性可信性 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的可信化 保障软件可信性的几个基础性问题 软件可信性表示 软件可信性度量 可信软件运行监控 软件可信性动态控制 构造可信的运行环境 软件可信性度量 与建模 可信软件的构造 与验证 可信软件的演化 与控制 可信软件的需求工程 可信软件设计、构造 可信软件的验证与测 试 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的“六化”趋势 软件公共功能的基础设施化 湖南工业大学计算机与通信学院 软件公共功能的基础设施化 软件的公共功能 软件的公共功能主要包括：软件包（函数库、类库、架构库）、软件 框架、中间件 函数库 类库 架构库 软件框架 软件包 中间件 软件的公共功能 安全中间件 数据访问中间件 等各种中间件 .NET框架 Java EE框架 SSH框架 等多平台下框架 湖南工业大学计算机与通信学院 无需掌握复杂的编程语言/ 过多的技术细节，就可以开 发出满足需求的软件 用户只需关注高层建模、复 用包含复杂技术细节的低层 模型即可自动生成代码 软件生产方式的变革 促进 软件技术的发展 手工作坊式软件开发软件工业化生产 软件构件技术 终 端 用 户 编 程 随 需 即 取 模 型 驱 动 开 发 裸机 应 用 系 统 应 用 系 统 裸机 操作系统 应 用 系 统 裸机 中间件 网 络 操作系统 由服务提供商，根据用户需 求，快速正确地构造出相应 服务 v 尽可能多地凝练共性并复用 n 降低开发应用软件的复杂度 n 以提高软件开发效率和质量 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的“六化”趋势 软件技术的物化 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的物化 软件载体多样化 运行软件程序的载体从传统的计算机到现在很多电子终端设备 传统的计算机 智能电子设备 湖南工业大学计算机与通信学院 软件技术的物化 软件物化的技术体现 嵌入式软件、普适计算、物联网软件 嵌入式软件 普适计算 物联网软件 以应用为中心 以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础 无所不在的、随时随地可以进行计算的一种方式 涉及的技术包括移动通信技术、小型计算设备制造技术、 小型计算设备上的操作系统技术及软件技术等 物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术 ，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采 集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需 要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与 人的泛在链接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和 管理。 湖南工业大学计算机与通信学院 目录 一种多方互动式学教系统 (发明专利) 我们的工作 湖南工业大学计算机与通信学院 我们的工作 湖工大计算机与通信学院研究生教育基本情况 已有硕士点 “计算机科学与技术” 一级学科硕士点 “计算机技术”工程 硕士专业学位点 计算机应用技术计算机软件与理论计算机体系结构 湖南工业大学计算机与通信学院 我们的工作 湖工大计算机与通信学院科研组织 学院现有研究所（3个） 软件新技术研究所 智能信息处理研究所 计算机通信与嵌入式技术研究所 湖南工业大学计算机与通信学院 我们的工作 学院近五年科研情况 获科研奖 励9项 出版学术 专著4部 发明技术 专利9项 SCI、EI、 ISTP收录共 106篇 科研课题 102项 成果转让 8项 学术论文 403篇 科研概科研概 况况 国家自科基金4项，省部级课题31项 湖南工业大学计算机与通信学院 类 别数量经费 国家自然科学基金4110万元 其它国家级课题239万元 省级自然科学基金1038万元 其它课题63276万元 合 计80658万元 类 别数量 省部级科技奖励17 市级科技进步奖3 其它科技奖励2 合 计9 n主持科研课题情况(近5年)n获得科研奖励情况(近5年) 我院近年来承担了“萍乡政务管理系统”、“长潭高速公路管理系统”等多个横向课题的研发， 并吸收大量学生参加，极大地培养了学生的实际动手能力。 学院近五年科研情况 湖南工业大学计算机与通信学院 近三年软件所主要项目 1 国家自然科学基金: 开放环境下的软件动态演化研究，项目编号:60773110. 2 湖南省自然科学基金: 面向动态演化的可信软件模型、机制和工具, 项目编号 ：09JJ6087. 3 中国博士后科学基金（一等）：面向可信的软件动态演化机制研究，项目编 号:20080440216. 4 湖南省科技计划项目: 多方互动式移动学习模型及方法. 5湖南省自然科学基金，过程本体论导向的语义Web服务集成框架研究 (05JJ30122). 6湖南省教育厅优秀青年科研项目:基于高阶演算的动态体系结构语言研究. 项 目编号: 06B023. 7中国包装总公司科研项目，智能家居中居住者与设备非正常情况的问题研究 (2008-XK10). 8湖南省教育厅科研项目，空巢老人智能监护系统的模型及关键问题研究 (08C286). 9湖南省教育厅科研项目.基于多Agent的分布式信息集成研究(05C519). 10湖南省教育厅科研项目，基于语义Web服务动态演化的可信软件模型研究 (08C284). 11湖南省教育厅科研项目:过程本体论导向的服务集成研究,项目编号: 05C520 湖南工业大学计算机与通信学院 我们的工作 在软件动态演化方面的工作-SASM模型的框架 湖南工业大学计算机与通信学院 我们的工作 在软件动态演化方面的成果 国家自然科学基金课题“开放环境下软件动态演化研 究” 开发了一套基于运行监控的软件动态演化平台 软件动态演化技术北京大学出版社，2007年 在International Journal of Information Technology、计算机学报、软件学报、 电子学报等重要刊物，GCC等国际会议发表学 术论文30余篇，其中被SCI收录5篇，EI收录14篇。 湖南工业大学计算机与通信学院 我们的工作 在软件可信方面的工作和成果 “面向可信的可监控工作流管理系统”项目，已取得 国家软件著作权登记证 在Journal of Computers 、计算机学报等 刊物，International Symposium