（计算机应用技术专业论文）面向异构目标平台的mda研究与实现.pdf

j i 审 i c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： a d i s s e r t a t i o nf o rt h ed e g r e eo f m e n g r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t a t i o no ft h e h e t e r o g e n e o u st a r g e tp l a t f o r m o r i e n t e d c a n d i d a t e s u p e r v i s o r a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r s p e c i a l i t y d a t eo fs u b m i s s i o n d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n u n i v e r s i t y m d a ：z h a n gh o n g y a n g ：p r o f z h a n gw e n y i ：m a s t e ro f e n g i n e e r i n g ：c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y ：m a r c h ，2 0 1 0 ：m a r c h ，2 0 1 0 ：h a r b i ne n g i n e e r i n g u n i v e r s i t y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：班多z 一名多 日期：2 , 0 1 p 年月，7 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后 口解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ： 弓丧；笮易 日期： 弘l p 年月， 日 导师( 签字) ：铱支敷 沙。年月) e 1 哈尔滨r 科人学硕十学何论文 摘要 模型驱动架构( m d a ) 是对象管理组织( o m g ) 提出的一种新的软件 开发框架。与传统软件开发不同，m d a 以模型为中心，使用模型来指导系 统的设计、开发和维护。它将模型和实现技术分离，降低了软件开发的难度， 提高了软件开发的效率。 随着信息技术的发展和社会信息化程度的提高，信息系统的应用种类越 来越多，应用环境也越来越复杂，对不同平台之间的互操作能力的要求也越 来越高。结合s o a 的思想，本文设计实现了面向目标异构平台的m d a 系统， 它能较好地实现这种复杂应用环境下的系统开发。 本文从分析m d a 的基本理论入手，研究了m d a 中的建模技术和模型 转换技术。在此基础上，针对电子政务应用，本文主要研究了以下三方面的 内容： 首先，本文研究了基于目标操作化的业务建模技术，分析了零码p o r t a l 平台中业务目标的p i m 模型，并定义了p i m 元模型中的基本元素。 其次，本文根据电子政务领域的特点提出了基于异构平台的目标应用系 统体系结构，给出了面向异构目标平台的p s m 组件模型。 最后，本文提出了面向异构目标平台的m d a 平台的系统框架，给出了 该平台中模型转换模块、桥接器模块和应用集成模块的设计与实现，并研究 了模型与代码的同步机制。 关键词：m d a ；零码平台；异构目标平台；模型转换 一 哈尔滨下稃火学硕十学佗论文 j i i i i i 一 a b s t r a c t m o d e ld r i v e na r c h i t e c t u r e ( m d a ) i san e ws o f t w a r e d e v e l o p m e n t f r a m e w o r kp r o p o s e db yt h eo b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ( o m g ) d i f f e r e n tf r o m t h et r a d i t i o n a ls o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，m d ai sm o d e l - c e n t r i c ，u s i n gt h em o d e lt o g u i d es y s t e md e s i g n ，d e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c e i tm a k e sm o d e ls e p a r a t e d f r o mi m p l e m e n t a t i o n t e c h n o l o g y , w h i c hr e d u c e s t h e d i f f i c u l t yo fs o f t w a r e d e v e l o p m e n ta n di m p r o v e st h ee f f i c i e n c yo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dah i g h e rl e v e lo fs o c i a l i n f o r m a t i o n ，i n f o r m a t i o ns y s t e m sh a v em o r ea n dm o r et y p e so fa p p l i c a t i o n s ， a p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t sa r ei n c r e a s i n g l yc o m p l e x ，a n db e t w e e nt h e d i f f e r e n t p l a t f o r m s ，i n t e r o p e r a b i l i t yr e q u i r e m e n t s a r e g e t t i n gh i g h e r a n d h i g h e r c o m b i n a t i o no ft h es o at h o u g h t ，t h i sp a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t sas y s t e mo f h e t e r o g e n e o u st a r g e tp l a t f o r m o r i e n t e dm d a ，w h i c hc a nb e t t e ra c h i e v e d e v e l o p m e n to fa p p l i c a t i o ns y s t e m si nt h i sc o m p l e xe n v i r o n m e n t t h i sp a p e ra n a l y z e st h eb a s i ct h e o r yo fm d aa sb e g i n n i n ga n df u r t h e r s t u d i e st h em o d e l i n ga n dm o d e lc o n v e r s i o nt e c h n o l o g i e si nm d a o nt h i sb a s i s ， f o re - g o v e r n m e n ta p p l i c a t i o n s ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h ec o n t e n to ff o l l o w i n gt h r e e a s p e c t s ： f i r s to fa l l ，t h i sp a p e rs t u d i e st h eg o a lo p e r a t i o n a l i z a t i o nb a s e db u s i n e s s m o d e l i n gt e c h n i q u e s ，a n a l y z e st h ep i mo fb u s i n e s so b j e c t i v e s i nt h ez e r o c o d e p o r t a lp l a t f o r m ，a n dd e f i n e st h eb a s i ce l e m e n t si nt h ep i mm e t a - m o d e le l e m e n t s s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ef i e l do fe - g o v e r n m e n t ，t h i s p a p e rp r o p o s e sab a s e do nh e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m st a r g e ta p p l i c a t i o ns y s t e m a r c h i t e c t u r e ，a n da n a l y z e st h ep s mc o m p o n e n tm o d e lf o rh e t e r o g e n e o u st a r g e t p l a t f o r m f i n a l l y , t h i sp a p e rp r e s e n t s a s y s t e mf r a m e w o r ko fh e t e r o g e n e o u st a r g e t p l a t f o r m - o r i e n t e dm d a a n dt h e n ，t h i sp a p e rd e s i g n e da n di m p l e m e n t e dt h e m o d e lc o n v e r s i o nm o d u l e ，b r i d g em o d u l e ，a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o nm o d u l eo ft h e ， p l a t f o r ma n da n a l y z e dt h em e c h a n i s mo fm o d e la n dc o d es y n c h r o n i z a t i o n k e y w o r d s ：m o d e ld r i v e na r c h i t e c t u r e ；z e r o c o d ep l a t f o r m ；h e t e r o g e n e o u s t a r g e tp l a t f o r m ；m o d e lt r a n s f o r m a t i o n 哈尔滨i ：科人学硕十学何论文 目录 第l 章绪论l 1 1 课题的研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状2 1 3 本文的研究内容3 1 4 论文的组织“4 第2 章m d a 基本理论及相关技术的研究5 2 1 m d a 基本理论5 2 1 1 m d a 基本框架5 2 1 2m d a 开发流程6 2 1 3m d a 相关标准7 2 2 建模技术9 2 2 1 领域建模9 2 2 2 元建模1 0 2 。2 。3目标建模l l 2 3 模型转换技术1 2 2 3 1x m i 转换方法1 3 2 3 2 面向服务的转换方法1 3 2 4 本章小结1 4 第3 章基于零码平台的建模技术研究1 5 3 1 零码平台中的业务建模1 5 3 1 1 零码软件生产平台介绍1 5 3 1 2 面向目标的软件方法学1 6 3 1 3 基于目标操作化的业务建模l7 3 2 基于p o r t a l 的零码平台2 1 3 3零码p o r t a l 平台的p i m 模型分析2 2 3 4 本章小结2 4 第4 章面向异构目标平台的p s m 模型研究2 5 哈尔滨。1 j 稃入学硕十学何论文 4 1m d a 中的目标平台2 5 4 2 基于异构平台的目标应用系统体系结构2 5 4 2 1目标应用系统体系结构- 2 5 4 2 2 系统实现相关技术2 7 4 2 3 域间访问安全机制3 3 4 3 面向异构目标平台的p s m 模型分析3 6 4 3 1p o r t a l 操作p s m 模型3 6 4 3 2 功能服务p s m 模型3 8 4 4 本章小结4 0 第5 章面向异构目标平台的m d a 设计与实现4 l 5 1 面向异构目标平台的m d a 平台4 1 5 1 1 实现技术介绍4 l 5 1 2 平台框架设计4 2 5 2 模型转换模块设计与实现4 3 5 2 1 p i m 模型到p s m 模型转换4 4 5 2 2p s m 模型到代码模型转换4 6 5 2 3 模型与代码同步机制4 8 5 3 桥接器模块设计与实现5 0 5 3 1p s m 模型桥接器5 1 5 3 2 代码模型桥接器5 1 5 4 应用集成模块实现5 3 5 5 平台应用实例5 3 5 6 本章小结5 5 结论5 6 参考文献5 7 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 0 致 射61 哈尔滨下程火学硕十学何论文 第1 章绪论 随着计算机技术的快速发展，信息技术已经渗透到人类社会的方方面面， 信息技术的普及率在迅速提高，人们也越来越体会到了信息技术的重要性和 它所带来的便捷性。当前社会信息化发展迅猛，信息化的应用领域越来越广 泛，使用的人数也越来越多，影响力也越来越大。电子政务作为电子信息技 术与政府管理的有机结合，成为当代信息化的最重要的领域之一。电子政务 系统是应用于国家政府机关的信息处理平台和公共服务平台，它具有应用种 类繁多、应用环境复杂、应用系统庞大等显著的特点。这就要求在开发电子 政务系统时要采用先进的软件工程理论和技术，生产出高质量、易配置和规 范化的应用软件，从而促进政府的信息化和管理模式的变革。 以模型为中心的m d a 技术是当前软件开发方法中的研究热点，它将建 模语言用作一种编程语言而不仅仅是设计语言，支持模型的可视化、存储和 交换。m d a 可以创建出机器可读并高度抽象的模型，这些模型以独立于实 现的技术开发，以标准化的方式存储。通过这种方式，m d a 可以从容地应 对平台和需求的变化。然而当前m d a 技术的目标平台单一，难以适应电子 政务系统的复杂要求，这限制了m d a 技术在电子政务领域的进一步应用。 针对这种情况，本文以零码软件生成平台为基础，设计实现了面向异构目标 平台的m d a 系统。它集系统开发和企业应用集成于一体，能够自动生成基 于异构平台的目标系统，更好地适应电子政务领域复杂多样的应用环境，提 高了电子政务系统的开发效率。 1 1 课题的研究背景及意义 目前电子政务在政府的日常事务处理中发挥了重要的作用，促进了政府 职能的转变和服务效率的提高。电子政务系统作为应用于国家政府机关的信 息处理平台和公共服务平台，它具有以下几个显著的特点： ( 1 ) 电子政务的应用种类繁多，应用环境复杂。它涵盖了办公自动化、 公共服务、管理信息系统等众多的应用，不同级别和不同职能的政府部门所 哈尔溟i ：样人号：硕十学何论文 使用电子政务系统具有不同的应用需求； ( 2 ) 从大的范围( 市级以上) 来看，电子政务是一个庞大的系统工程， 各个政府部门的电子政务系统是一个建立在广域网上的相互联系的有机整 体，因此不同的电子政务应用之间也具有相关性； ( 3 ) 电子政务强调标准化和规范化。只有遵循一定的规范和标准，才能 使各政府部门的电子政务系统互联互动，发挥整体效益。目前，我国已推出 了一系列的电子政务国家标准。 以上这些特点要求在开发电子政务系统时要采用先进的软件工程理论和 技术，生产出高质量、易配置和规范化的应用软件，从而促进政府的信息化 和管理模式的变革。电子政务系统具有规模庞大，应用种类多，标准化，规 范化等特点，因此电子政务软件系统也要具有高质量、易配置和规范化的特 点。以模型为中心的m d a 技术能很好地适应这些挑战。m d a 可以创建出机 器可读并高度抽象的模型，这些模型以独立于实现的技术开发，以标准化的 方式存储。通过这种方式，m d a 可以从容地应对平台和需求的变化。针对 电子政务的特点，本文设计实现了面向异构目标平台的m d a 系统，方便了 目标应用系统的开发，较好地满足了电子政务领域的需求。 1 2 国内外研究现状 模型驱动架构( m o d e ld r i v e na r c h i t e c t u r e ，m d a ) ，是对象管理组织 ( o m g ) 于2 0 0 2 提出的一种以模型为中心的新型软件开发方法学l 。m d a 把建模语言当作一种编程语言而不仅仅是一种设计语言。m d a 致力于提高 软件开发行为的抽象级别，倡导将业务逻辑定义为精确的高层抽象模型，让 软件开发人员从繁琐的、重复的低级劳动中解脱出来去更多地关注业务逻辑 层面，它是o m g 组织定义的互操作性规范的一个革命性进步。 当前，m d a 还处在一个发展的过程中，m d a 技术和相关标准还在不断 的演进。m d a 最大的好处就是业务模型的持久价值，但是付出的代价是增 加了抽象层。而在目前看来，层之间的转换并不像期待的那样顺畅，至少， 从p i m 到p s m ，从p s m 到代码，这个实现的过程要比从3 g l 生成机器代码 困难一些。在建模技术方面，u m l 正在暴露其固有的缺陷，它需要扩展更多 的机制来支持精确建模和分析模型，虽然目前o c l 为精确建模提供了一定的 2 哈尔滨i j 科人学硕十学何论文 支持，但是这种支持和可执行模型的理想还有很大的距离【2 】。 虽然m d a 技术才刚起步不久，但现在已有不少支持m d a 的开发工具 出现。目前，在m d a 开发工具市场上的情形是：由于从p i m 到p s 转换方 法的标准化尚未完成，i b m 、b o r l a n d 等大型厂商大都持谨慎态度，虽然也纷 纷在他们的开发工具中提供部分的m d a 功能，但并没有完全遵循o m g 定 义的m d a 规范。虽然如此，i b m 除了在r a t i o n a l 中增加m d a 功能之外， 在开源项目e c l i p s e 中，也提出了e m f ( e c l i p s em o d e l i n gf r a m e w o r k ) 这一 创新的m d a 代码生成系统项目嗍，由此可见i b m 对m d a 这一发展中的技 术的重视程度。b o r l a n d 公司宣称他们也在关注m d a 技术，并且准备在 t o g e t h e r 中配置基于m d a 的模型自动生成功能。相对于大厂商而言，小公 司对m d a 更积极，像i n t e r a c t i v eo b j e c t s 公司著名的a r c s t y l e r ，c o m p u w a r e 公司著名的o p t i m a l j ，还有开放源码的a n d r o m d a 等遵循o m g 标准规范的 m d a 工具已在一些项目中得到了的运用1 4 】，并取得了一定的成效。 由于m d a 的发展时间不长，仍然处于初始阶段，技术本身还存在很多 缺陷，需要进一步完善。具体表现在： ( 1 ) m d a 理论的不成熟性【5 】。m d a 理论还处在一个探索期，很多理论 和方法并不成熟，还可能存在许多潜在的问题。 ( 2 ) m d a 开发工具尚未成熟。在m d a 领域中，映射和转换是关键环 节，但从p i m 到p s m 转换方法的标准化尚未完成，导致目前尚无十分成熟 的m d a 开发工具。 ( 3 ) m d a 的核心是p i m ，是最抽象和协同性最高的；同时，p i m 也是 m d a 开发中的是一个瓶颈。目前的u m l 还不足以建立整个m d a 的体系语 言：同时，m o f 作为一个标准还需要进一步完善，才能确保产生j 下确的映射 规则。 1 3 本文的研究内容 在m d a 的发展过程中，模型和模型转换始终是m d a 的核心问题。围 绕这两个核心问题，本文主要研究以下内容： ( 1 ) 研究m d a 的基本理论及其相关技术，包括m d a 的基本框架、开 发流程和相关标准以及m d a 中的建模技术和模型转换技术。 3 哈尔滨- 科人学硕十学何论文 ( 2 ) 分析基于目标操作化的业务建模技术，给出基于零码p o r t a l 平台的 p i m 模型。 ( 3 ) 针对电子政务领域，提出基于异构平台的目标应用系统体系结构， 并建立面向异构目标平台的p s m 模型。 ( 4 ) 设计面向异构目标平台的m d a 系统框架，同时实现该系统中的 m d a 相关工具，并通过应用实例检验平台的功能。 1 4 论文的组织 本论文共分为以下六章： 第1 章：绪论。本章介绍了课题的研究背景及意义，分析了国内外m d a 技术研究现状，提出了论文的主要研究内容。 第2 章：m d a 基本理论及相关技术的研究。本章介绍m d a 的基本框架、 开发流程和相关标准并研究m d a 中的建模技术和模型转换技术。 第3 章：基于零码平台的建模技术研究。本章介绍零码平台建模技术， 阐述了面向目标的软件方法学和目标操作化建模；在此基础上介绍零码p o r t a l 平台，并结合m d a 技术重点分析零码p o r t a l 平台中业务目标的p i m 元模型， 给出了p i m 模型中基本元素的定义。 第4 章：面向异构目标平台的p s m 模型研究。本章中提出异构目标平台 的概念和基于异构平台的目标应用系统体系结构，同时分析该目标系统中使 用的相关技术和安全机制，并给出面向异构目标平台的p s m 模型。 第5 章：面向异构目标平台的m d a 设计与实现。本章介绍面向异构目 标平台的m d a 系统框架及相关工具的设计与实现，并介绍该m d a 系统的 应用。 第6 章：结论。本章对本文的内容进行总结，分析系统的优势与不足， 并展望下一步的工作。 4 t i 哈尔滨t 烈人学硕十学何论文 第2 章m d a 基本理论及相关技术的研究 本章主要研究m d a 的基本理论和相关技术。首先介绍了m d a 的基本 框架、开发流程和相关标准。然后重点分析m d a 中的核心技术建模和 模型转换技术。建模技术用来建立p i m 模型，是m d a 的基础，模型转换技 术用来实现p i m 模型到目标系统的转换，是m d a 技术实现最终应用的手段。 2 1m d a 基本理论 由于传统软件开发存在生产效率问题、可移植性问题和互操作性问题等， o m g 于2 0 0 2 年首次提出了m d a 这种软件开发框架。它也是一种新的方法 学，支持软件设计和模型的可视化、存储和交换f 6 l 。m d a 将目前流行的i t 技术全新的整合起来，从而提高了软件开发效率，增加了软件可移植性，协 同工作能力和可维护性。 2 1 1m d a 基本框架 m d a 的基本思想是用合适的规约语言以平台无关的模型的方式定义系 统功能，然后将实际的实现翻译到一个或多个平台相关的模型上1 7 l 。从平台 无关模型向平台相关模型的转换，在传统软件开发过程中是手工完成的，而 在m d a 开发中通常是由工具自动完成的。m d a 的基本框架如图2 1 所示， 它的主要元素有模型、p i m 、p s m 、语言、变换、变换定义、以及变换工具【s l 。 图2 1m d a 基本框架 5 巴0 团 f p u 区卜囤 l 哈尔滨+ 啊犟入学硕十学何论文 在m d a 中，模型不仅是描绘系统，辅助沟通的工具，更是软件开发的 核心和主干。模型是以精确定义的语言对系统或系统的一部分作出的描述。 如果定义采用的语言不够精确，则计算机将无法解释和识别所定义的模型， 所以自然语言不适合表述m d a 框架中的自动转换规则。这里的精确定义的 语言是具有精确定义的语法和含义的语言，可供计算机自动解释，并不局限 于u m l 。 在m d a 框架中，首先使用平台无关的建模语言来搭建平台无关的模型 p i m ，然后根据特定平台和实现语言的映射规则，将p i m 转换以生成平台相 关的模型p s m ，最终生成应用程序代码和测试框架。p i m 、p s m 和代码模型 是开发中不同阶段的工作，表现了系统中的不同抽象层次，介绍如下： ( 1 ) p i m ( p l a t f o 肌i n d e p e n d e n tm o d e l ，平台独立模型) 是“独立于平 台的计算模型”，p i m 描述支撑某些业务的软件系统。在p i m 中，对系统的 建模视角是系统如何才能最好地支撑业务。至于系统是用在大型机上的关系 数据库实现，还是用e j b 应用服务器实现，这不是p i m 关心的内容。构建 p i m 必须理解平台独立性这个术语，平台独立性是一个相对的概念，它必须 同某个或某些平台挂钩，它才具有意义。 ( 2 ) p s m ( p l a t f o 姗s p e c i f i cm o d e l ，平台相关模型) 是为某种特定的实 现技术量身定做，具体讨论如何构造系统的模型。p s m 更准确的定义应该是 一个同特定信息格式化技术、分布式组件中间件和消息中间件相关的计算模 型。显然，p s m 只对了解相应平台的开发者才有意义。 ( 3 ) 代码模型不是程序员通过程序语言翻译设计模型实现的，而通过转 换规则定义人员在实施人员的协助下定义转换规则，通过指定目标系统的实 现方式和具体中间件技术后，通过m d a 工具和自动程序设计软件自动生成 的，生成代码模型的同时，一般还会生成部署方案。可执行代码加上部署方 案，这就是软件系统的实现。 2 1 2m d a 开发流程 m d a 的开发过程与传统软件开发过程相似，如图2 2 所示【5 1 。m d a 开发 是形式化的模型不断变换的过程。它可以完成p i m 到p s m 的自动变换，这 是m d a 的最大优势。 6 哈尔滨辞人学硕十学何论文 图2 2m d a 软件开发过程 m d a 是一个开放的，中立于软件供应商的架构，它广阔地支持不同的 应用领域和技术平台，能够成为应用领域和具体技术平台之间的杠杆。在 m d a 开发途径中，p i m 代表对需求的建模，p s m 代表应用具体技术后的模 型，这使得m d a 成为需求和技术之间的杠杆；它们各自的改变都可以是相 互独立的，不会造成商业逻辑和实现技术的紧密耦合，同时m d a 又可以通 过转换来弥补它们之间的鸿沟，从而保护之前的软件投资。m d a 开发途径 使得业务应用系统能够灵活地被实现、集成、测试和维护，系统的轻便性、 互操作性和可重用性都是可以长期保持的，能更好地应对未来的变化。 2 1 3m d a 相关标准 模型驱动架构( m d a ) 是一种独立于特定平台和软件供应商的软件体系 结构设计和开发方法，它适用于设计、部署、集成等软件开发的整个生命周 期。为完成特定平台与供应商相互独立的目的，o m g 为m d a 制定了一系列 的标准，介绍如下： 1 u m l 标准 u m l 是统一建模语言，可用来描述各种模型。作为目前最为风行的建模 语言，成为了建模语言事实上的标准，也是m d a 技术的基础。功能模型和 实现模型都采用u m l 描避，l 。实现模型涉及核心u m l 并不包含的与平台有 关的概念，在把这些平台相关的概念当作u m l 基本词汇使用之前首先必须 扩充u m l 语言，即扩展u m l 的元模型。 2 m o f 标准 m o f ( 元对象设施) 是比u m l 更高层次的抽象。元数据是描述数据的 数据，而m o f 中的模型是元数据的任意集合。对元数据本身的描述数据称 为元元数据，包含元元数据的模型叫做元模型，m o f 元模型定义了表达元模 型的通用语法，是元模型的模型，所以m o f 元模型也叫做元元模型。 7 哈尔滨一f ：稃人学硕十学何论文 m o f 可划分为4 个元层次，分别是m o 层，m 1 层，m 2 层和m 3 层【1 0 i 。 它们也是4 个建模层次，抽象层次逐渐提高，分别介绍如下： ( 1 ) m 0 层，描述了对象和数据，该层是m 1 模型构造的实例，例如客 户1 ，帐户1 3 2 ，员工p 3 2 2 等。运行的系统就位于m 0 层，是实例所在的层 次，实例是真实世界中的对象的软件表示。 ( 2 ) m 1 层，描述了模型，是由m 2 元模型构造的实例组成，例如顾客 类，员工表等。m 1 层中的模型可以是软件系统中的u m l 模型，是m o 层实 例的抽象和归类。 ( 3 ) m 2 层，描述了元模型，是由m o f 构造的实例组成，例如u m l 类，u m l 属性等。建模工具可以创建或改变类以及其它模型元素，从建模人 员的角度来看，这些模型元素就是其工作对象的实例，所以说m 2 层的元素 规定了m 1 层的元素，每个m 2 层元素都是对m 1 层元素的归类。所以m 2 层的模型是m 1 层的模型的模型，即元模型，因此可以把m 1 层的u m l 模型 看成m 2 层元模型的实例。 ( 4 ) m 3 层，描述了m o f ，即定义元模型的构造集合，例如m o f 类， m o f 属性，m o f 关联等。该层是对m 2 层元模型的抽象，每个元素是m 2 层元素的归类。m 3 层的模型是m 2 层元模型的模型，即元元模型。在o m g 内，m o f 是标准的m 3 语言，所有的建模工具( 例如u m l 和c w m ) 都是 m o f 的实例。 3 x m i 标准 x m i ( 基于x m l 的元数据交换) 通过标准化的x m l 文档格式和d t d s ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n s ) 为各种模型定义了一种基于x m l 的数据交换 格式。这使得作为最终产品的模型可以在各种不同的工具中传递，保证了 m d a 不会在打破了一种束缚之后再被加上一层新的束缚。 4 c w m 标准 c w m ( 公共仓库元模型) 提供了一种数据格式变换的手段，在任意级别 的模型上都可以使用c w m 来描述两种数据模型之间的映射规则，比如将数 据实体从关系数据库变换为x m l 格式。在m o f 的框架下，c w m 使得通用 的数据模型变换引擎成为可能。 在o m g 的蓝图中，u m l 、m o f 、x m i 、c w m 等一系列标准分别解决 8 哈尔滨j 稃人学硕十学何论文 了m d a 的模型建立、模型扩展、模型交换、模型变换这几个方面的问题。 标准化的定义扩大了m d a 的应用范围。通过这样的可扩展的建模语言环境， i t 厂商可以自由实现自己的建模语言以及语言到可执行代码的映射。 2 2 建模技术 建模就是建立系统模型的过程，又称模型化。建模是研究系统的重要手 段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模。 对于同一个实际系统，人们可以根据不同的用途和目的建立不同的模型。实 际建模时，必须在模型的简化与分析结果的准确性之间作出适当的折中，这 是建模遵循的一条原则。下面对常用的建模技术进行简要地介绍。 2 2 1 领域建模 几十年来，软件开发的研究取得了许多重要的进展，像瀑布式周期模型， 快速原型法等开发方法。但是由于目前的研究是以问题解决方案为中心，忽 略了对问题领域的研究，使得用户与开发人员间缺乏交流语言，所以在应用 方面并未取得令人满意的效果。为了解决这个问题，需要进行关于面向问题 领域的研究。 领域是指一组具有相似或相近需求和功能的应用系统所覆盖的区域1 1 l 】。 领域模型是领域中各系统的共同需求的描述u 2 。它描述了领域内系统需求上 的共性，称领域模型所描述的需求为领域需求，它是通过分析领域中已有的 系统获得的。当领域中存在大量系统时，需要选择它们的一个子集作为样本 系统。一些需求对所有被考察的系统是共同的，而一些需求是单个系统所独 有的。依据已获取的领域需求，就可以建立起领域模型。领域工程可以分为 三个主要阶段：即领域分析、领域设计和领域实现。 ( 1 ) 领域分析。领域分析是分析领域中系统的需求，确定哪些需求是被 领域中的系统广泛共享的，从而建立领域模型。领域分析的主要活动是：获 取领域需求，确定领域范围，标识领域软件的共同点和变化点。领域模型侧 重于研究系统之间的共同需求，称领域模型所描述的需求为“领域需求 。 ( 2 ) 领域设计。领域设计根据领域模型获得领域设计模型。这个阶段的 目标是获得领域软件系统架构( d o m a i ns o f t w a r es y s t e ma r c h i t e c t u r e ， 9 哈尔滨i ：稗火学硕十学仲论文 d s s a ) 。由于领域模型中的领域需求具有一定的变化性，d s s a 也相应地具 有变化性。 ( 3 ) 领域实现。领域实现是依据领域设计模型得到领域实现模型。构件 在这个阶段被集成、组织并管理，以形成可复用的构件库。 领域工程的三个基本阶段所描述的过程是一个反复的、逐渐求精的过程。 在实施领域工程的每个阶段中，都可能返回到以前的步骤，对以前得到的结 果进行修改和完善，再回到当前步骤，在新的基础上实施本阶段的过程【1 2 l 。 2 2 2 元建模 随着u m l 与m d a 的兴趣和流行，使得模型的重要性日益提高，建模语 言与定义建模语言的元模型逐渐成为软件开发中的一个核心要素1 1 4 。软件开 发涉及的不同领域也需要不同的建模语言和工具，但是手工为不同建模语言 开发建模工具代价很高。而通过元建模，可以根据领域需要定制合适的元模 型以定义领域建模语言，从而生成支持该建模语言的建模工具1 1 5 l 。 所谓元建模，就是建立用以刻画某种建模语言的元模型，并提供支持该 建模语言的建模工具。在元建模过程所涉及的要素中，研究重点在于元元模 型、元模型构造和建模工具集成三大方面。 1 元元模型 对元模型的描述需要使用元语言，而元语言则是通过元元模型刻画的， 因此在构造建模工具之前，必须先确定元元模型，它可分为以下几类： ( 1 ) 基于e r 图的元元模型。e r 图( 实体关系图) 是面向对象之前 流行的建模语言，目前主要用于数据库建模。早期的元建模就是采用这种元 元模型，它的优点是简单、直观。 ( 2 ) 基于m o f 和u m l 类图的元元模型。由于采用了面向对象建模方 法，自然、直观，表达能力也强于e r 图，所以该元元模型成为主流技术。 2 元模型构造 元模型构造的四种方式是分别根据领域专家提出的概念、生成目标、待 建系统的外观以及产品线变化空间进行。概念是领域事物的一个直接映射， 这是元模型构造发展过程中的初级阶段。使用生成目标来定义元模型的经典 用例是来自面向对象编程语言的u m l ，u m l 模型的生成目标就是面向对象 1 0 哈尔滨t 释人学硕十学何论文 语言描述的源代码。所谓系统外观，是指系统与用户的交互设备，例如手机 上的键盘、按钮，可以用于判定系统功能，从而定义元模型。产品线变化空 间是指现有产品线将来可能发生的所有变化，总结分析这些变化空间，提供 元模型来描述变化空间，这是最为有效，但最为复杂的一种方式。 3 建模工具的集成 元建模主要应用于领域建模，虽然有利于提高抽象层次、有利于m d a 的实现，但是在解决复杂系统的建模时，会产生许多问题。一个复杂系统往 往涉及多个领域的多个方面，可以采用建模工具集成方式来解决复杂系统的 建模问题，其优点是可以最大程度地复用已有建模工具，可以用不同的建模 工具分别建立系统的不同视图：缺点是需要增加一个元模型来刻画系统的不 同模块之间的关系。 2 2 - 3 目标建模 通过目标建模来获取系统需求有助于得到一个稳定的需求模型。目标建 模的关键是对目标进行系统、完整的划分，并理清各类目标之间的关系。目 标分类的一个重要作用是对系统功能和非功能需求进行抽象表示和分析。可 以对目标从三个角度来划分【协l ： ( 1 ) 操作性和非操作性目标。操作性目标是能够在某个主体的控制下通 过适当的状态变迁来完成的目标。与之相反，非操作性目标则不能通过某个 主体的若干操作行为来完成。 ( 2 ) 硬目标和软目标。硬目标是具有明确的含义，能够被完全实现，并 具有明确的评价标准来判定其实现与否的目标。而软目标则只能在可接受的 范围内得到部分满足，没有明确的含义，只能通过人们的解释进行主观判断。 ( 3 ) 实现型目标和维持型目标。维持型目标是指如果目标条件为真，某 些属性就一直得到满足的目标：实现型目标是只要达到目标条件，某些属性 在未来的某个时刻最终会得到满足的目标。 目标建模是一个迭代的过程，可以划分为目标抽象、目标选择和精化， 以及目标操作化三个阶段，即通过对要完成的系统的领域分析，抽象出目标； 然后对相互间有冲突的目标或者不能实现的目标进行选择替换，并对它们进 行精化；最后实现目标的操作化【1 7 l 。 l l 哈尔滨i ：样人学硕十学何论文 常用的目标建模方法是k a o s ( 自动规约的知识获取) 方法，是由比利 时学者l a m s w e e r d e 等人提出的，其研究覆盖了目标建模的三个阶段，它定 义了一组证明为正确的获取策略，提出了一系列的精化模式完成目标的选择 和精化和一系列确定主体分配的策略。k a o s 方法通过内建四个元模型支持 面向目标的规约建模全过程，元模型包括：目标( g o a l ) 模型、对象( o b j e c t ) 模型、主体( a g e n t ) 模型、操作( o p e r a t i o n ) 模型，四个元模型各自拥有单 独的语义，并通过内部模型的一致性规则相互关联。k a o s 操作模型包含操 作谓词和条件谓词，操作谓词表达了单元状态转换，条件谓词表达了状态转 换必需的条件；当条件集合作为目标的模型满足完整性、一致性、最小性时， 操作模型可以正确地操作化一个目标【l b l 。 2 3 模型转换技术 模型的转换在m d a 的开发过程中非常重要，