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北京邮电大学硕一【：学位论文a c e + t a o 架构存网络管理中的应用 a c e + t a o 架构在网络管理中的应用 摘要 随着软件行业的发展，对健壮的和高性能的分布式计算系统的需求一直在稳定地增长。 a c e ( a d a p t i v ec o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 是综合应用了各种软件设计模式以及组件技术而 形成的中间件系统，它可以解决在软件开发和维护过程中的一些烦人、易错的、不可移植的 问题。在这个基础上，成功的把a c e 应用到a c eo r b ( t a o ，t h ea c eo b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 的开发中，形成了t a o 。t a o 是一个基于c o r b a ( c o m m o l lo b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 标准的中间件平台，它可以实现远程对象调用，而不用关心如何去做对象定位， 同时，它可以实现t a o 的应用的跨平台、跨编程语言以及跨硬件平台和通讯协议的特性。 综合起来，a c e + t a o 能够满足对健壮的和高性能的分布式计算系统的需求。 本文第一部分着重介绍了网络管理系统以及相关的背景知识介绍，通过对网络管理系统 的系统结构以及实际存在的问题进行分析进而引入论文将要解决的问题，包括通信负荷过度 集中以及告警呈现过多过杂。 本文第二部分对a c e + t a o 中间件技术进行了详细介绍，为接下来的系统改进和设计进 行技术准备。a c e 是根据它本身的系统结构来介绍的，主要阐述了o s ( o p e r a t i n gs y s t e m ) 适 配层、c + + 包装层以及框架和组件层。t a o 是通过特性来介绍的，主要涉及了g 比特i o 子系统、实时o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 核心、构件和最优化的表现层等三个特性。 本文第三部分主要针对现有网络管理系统存在的通信过分集中问题提出解决方案，由单 m r b 服务器模式到多m r b 服务器模式，再抽象出多m r b 服务器模式存在的问题并利用 a c e + t a o 进行解决，之后通过测试和验证得到确认。在设计和实现该解决方案时，引入了 设计模式，通过合理运用设计模式中的观察者模式使软件的设计更易于维护和拓展。 本文第四部分针对告警处理效率慢、数量巨大、监控难度很大等问题设计和实现了告警 关联系统。本部分首先介绍告警关联系统中涉及到的概念，比如告警关联、关联规则、告警、 故障等；然后，从系统结构划分、关联处理流程、并发处理策略、与g u i ( g r a p h i c u s e r i n t e r f a c e ) 通信消息协议、数据库表设计、关键算法与数据结构等方面进行了系统设计；之后，按模块 划分依次进行子模块详细设计，通过比较选择最优实现方案并用类图展现实现思路；最后， 通过模拟现网数据并将实验数据和现网实际数据进行比较测试系统的效率、性能和稳定性。 设计过程中充分利用了a c e 的组件，比如r e a c t o r 、a c et a s k 等，并对基于a c et a s k 的并 发模型和其它并发模型进行了比较，完整地实现了关联功能，并测试和验证证明该系统具有 较高的处理效率和灵活性。 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮r 【i 人学硕十学位论文 a c e + t a o 架构红网络管理中的应用 结束语部分对论文提出的技术解决方案和实际解决的问题进行了总结，并在此基础上， 对提出的技术方案在系统上的进一步应用进行了展望，最后列出作者研究生期间主要的工作 任务。 关键词：c o r b a 观察者模式f s ma c et a s kr e a c t o r 模式消息 中间件 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电人学硕士学位论文 a c e + t a o 架构在网络管理中的戍用 a p p l i c a t i o no fa c ea n dt a oa r c h i t e c t u r e i nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t i nr e s p o n s et ot h ed e v e l o p m e n to fs o f t w a r ei n d u s t r y , t h e d e m a n df o rt h es t a b l ea n dh i g h p o w e r e dd i s t r i b u t e dc o m p u t i n g s y s t e m h a s a l w a y s b e e n r i s i n gs t e a d i l y a c e ( a d a p t i v e c o m m u n i c a t i o n e n v i r o n m e n t ) i sam i d d l e w a r e s y s t e m i n t e g r a t i n gd i v e r s ed e s i g np a t t e r n sa n du t i l i z i n gc o m p o n e n t t e c h n o l o g y , s oa s t os o l v et h et r o u b l e ，f a l l i b l ea n d u n t r a n s p l a n t a b l ep r o b l e m sd u r i n g t h e p r o c e s s o fs o f t w a r e d e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c e o f o r m e db ya p p l i n ga c e t o o m 3 ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) ，i s as t a n d a r dm i d d l e w a r e p l a t f o r mb a s i n go nc o i 淝a t a oc a nm a k er e m o t eo b je c t sc a l l w i t h o u tk n o w i n gh o wt o1 0 c a t et h eo b je c t s a n di tc a na l s o s u p p o r tc r o s sp l a t t o r m ，c r o s sp r o g r a m m i n gl a n g u a g ea n ds oo n i naw o r d ，a c e + t a om a k ei te a s yt oa p p e a lt ot h ei n c r e a s i n g d e m a n d sf o rt h es t a b l ea n dh i g h p o w e r e dd i s t r i b u t e dc o m p u t i n g s y s t e m i nt h i st h e s i s ，t h e r ea r ef o u rp a r t sg o i n gt od e m o n s t r a t e t h ea c e + t a o sa p p l i c a t i o ni nn e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e m n e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e ma n db a c k g r o u n dk n o w l e d g ea r e i n t r o d u c e di np a r ti a f t e rt h e s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dt h e e x i s t i n gp r o b l e m sb e i n ga n a l y z e d ，t w oq u e s t i o n st ob es o l v e di n t h i st h e s i sa r ef i g u r e do u t o n ei se x c e s s i v ec o n c e n t r a t i o no f c o m m u n i c a t i o n s1 0 a d t h eo t h e ri st h ep r e t t yd i f f i c u l i t yt of i n d o u tt h ef a u l tb ya l a r m s ，w h i c ha r em i s c e l l a n e o u sa n dn u m e r o u s p a r ti ie l a b o r a t e st h ea c e + t a om i d d l e w a r e ，f o rp r e p a r i n g 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 北京邮电大学硕上学位论文a c e + t a o 架构往网络管理中的应用 t e c hb a s i sf o rt h er e s tp a r t a c ei si n t r o d u c e dt h r o u g ht h e s y s t e ma r c h i t e c t u r eo f i t so w n ，m a i n l yo no s ( o p e r a t i n gs y s t e m ) a d a p t e rl a y e cc + + ，r a p p e rf a c a d e sa n df r a m e w o r k s t a oi s d o n eb yt h ef e a t u r e s t h e s et h r e ef e a t u r e s ，g b i ti os u b s y s t e m ， r e a l t i m eo r bc o r ea n do p t i m i z e dp r e s e n t a t i o n1 a y e la r e d i s c u s s e di nd e t a i l t h es o l u a t i o na b o u tt h eo v e r c e n t r a l i z e dc o m m u n i c a t i o n w i t h i nt h en e t w o r km a n a g e m e n ts y s t e mi sf i g u r e do u ti np a r t i i i f i r s t l y , m u l t i s e r v e r sm o d e li si n t r o d u c e d t h e nb a s i n go n t h i s t h ea c e 手os o l u a t i o ni sf o r w a r d e d 。t h eo b s e r v e rd e s i g n p a t t e r ni si n v o l v e di nt h ed e s i g n m e n t w h i c hm a k e sc o n t r i b u t i o n t ot h es y s t e mm a i n t a i n a b i l i t ya n de x p a n d a b i l i t y p a r ti vi st a r g e t e dt os o l v et h ep r o b l e m ss u c ha st h el o w e m c e n c yo fa l a r m h a n d l i n g a n dt o om a n ya l a r m st ob e m o n i t o r e d as y s t e mc a l l e da l a r mc o r r e l a t i o ns y s t e mi s d e s i g n e da n di m p l e m e n t e d t h es y s t e m i sb u i l tw i t ha c e a r c h i t e c t u r e ，w i d e l yu l t i l i z i n gt h ea c ec o m p o n e n t ss u c ha s r e a c t o r , a c e1 h s k t h ee f 行e n c ya n df l e x i b i l i t ya r ea l s ot e s t i f i e d i nt b ee n d c o n c l u s i o np a r tp u t sf o r w a r dt h en e x ts t e po fa p p l i n gt h e n e ws o l u a t i o nt on e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e m ， a f t e r s u m m a r i z i n gt h et e c h n i c a ls o l u t i o n sa n dp r a c t i c a la c h i e v e m e n t s i nt h i st h e s i s i nt h ee n d ，t h em a i nt a s k sd u r i n gt h ep o s t g r a d u a t e a r el i s t e d k e yw o r d s ：c o r b a ，o b s e r v e rp a t t e r n ，f s m ，a c e _ t a s k ， r e a c t o rp a t t e r n ，m e s s a g e o r i e n t e dm i d d l e w a r e 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致i 勇j 中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：0 玺蓬宴，_ 一一 日期：础j ，垣 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：超蔓趸日期：兹坦屋：；：竺 导师签名： 了孳迎名库 日期： 斗吐：竺。i 北京邮电大学硕士学位论文a c e + t a o 架构4 ：网络管理中的应用 1 1 网管简介 1 1 1 智能网简介 第一章论文背景 智能网( i n ：i n t e l l i g e n tn e t w o r k ) 是从2 0 世纪8 0 年代发展起来的一个通信网业务控制 体系结构，其实质是一个在现有电信网上附加的网络结构，用于快速、有效、经济和方便地 生产和提供新业务。 智能网的基本设计思想是把智能业务逻辑从基础网络中分离出来，即将传统交换机的交 换功能和业务控制功能相分离，并增加一些新的功能部件，新增加的功能部件与原有的交换 机相互配合，从而灵活方便的实现新业务。 智能网概念模型( i n c m ：i n t e l l i g e n tn e t w o r kc o n c e p t u a lm o d e l ) 是智能网技术的核心 概念，是智能网结构能够适应不断增长的业务需求和不断出现的新技术的保证。i n c m 采用 层次化、结构化及面向对象等原理和技术，将智能网用一个四层平面模型来表示，这四个层 面从上到下依次为：业务层、全局功能层、分布功能层和物理层，如图1 - 1 所示： 图1 1 智能网概念模型 业务层( s p s e r v i c ep l a n e ) 是最上面的一层。业务层是从业务用户和业务提供者的角 度出发面向业务的视图。每种业务由一个或多个业务特征( s f ：s e r v i c ef e a t u r e ) 构成。 全局功能层( g f p ：g l o b a lf u n c t i o n a lp l a n e ) 面向业务的设计者，呈现出智能网网络平 台的开放性。智能网在该层中引入业务无关的构件s i b ( s e r v i c e i n d e p e n d e n t b u i l d i n g b l o c k ) ， 北京邮电人学网络与交换技术国家重点实验室1 北京邮电人学硕上学位论文a c e + t a o 架构存m 络管理中的应用 业务开发人员利用s i b 进行业务开发。 分布功能层( d f p ：d i s t r i b u t e df u n c t i o n a lp l a n e ) 面向智能网的设计与实现者，呈现智 能网内部各功能实体( f e ：f u n c t i o n a le n t i t y ) 的划分及其实现，并定义了功能实体的实现 模型和规定功能实体间的消息流( i f ：i n f o n n a t i o nf l o w ) 。 物理平面( p h p ：p h y s i c a lp l a n e ) 是最下面的一层。物理平面面向网络运营者和设备提 供者，它模拟智能网结构的物理内容，识别那些可存在于实际智能网结构中的不同物理实体 ( p e ：p h y s i c a le n t i t y ) 和规程，说明哪个功能实体在哪个物理实体中实现。 1 1 2 移动智能网简介 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ) 移动智能网( 下文中，g s m 移动智 能网简称为移动智能网) 是叠加在g s m 移动网上的智能网。 在g s m 移动网中，移动智能网的建设是在现有网络基础上增d l q l , 务交换点( s s p ： s e r v i c es w i t c hp o i n t ) 、智能外设( 口：i n t e l l i g e n tp e r i p h e r a l ) 、业务控制点( s c p ：s e r v i c ec o n t r o l p o i n t ) 、充值中心( v c ：v o u c h e rc e n t e r ) 、业务生成环境( s c e ：s e r v i c ec r e a t i o ne n v i r o n m e n t ) 、 业务管理点( s m p ：s e r v i c em a n a g e m e n tp o i n t ) 、业务管理接入点( s m a p ：s e r v i c em a n a g e m e n t a c c e s sp o i n t ) 等物理实体而实现的【2 】，如图1 2 所示。 图1 2 移动智能网的体系结构 业务交换点具有业务交换功能( s s f ：s e r v i c es w i t c hf u n c t i o n ) 用于识别智能业务，悬 置需要特殊处理的呼叫，请求s c p 中业务逻辑的支持，然后根据s c p 的指令完成相应的动 作。 业务控制点具有业务控制功能( s c f ：s e r v i c ec o n t r o lf u n c t i o n ) 和业务数据功能( s d f ： s e r v i c ed a t af u n c t i o n ) ，是智能网的关键设备。它根据运行的业务逻辑指示业务交换点完成 相应的动作。 智能外设提供特殊资源功能( s r f ：s p e c i a lr e s o u r c ef u n c t i o n ) ，负责提供语音指示、接 受用户拨号等特殊资源。 北京邮电人学网络与交换技术国家重点实验室 2 北京邮电人学硕士学位论文a c e + t a o 架构订i 网络管理中的应用 充值中心具有业务数据功能，保存充值卡等信息。 业务管理点具有业务管理功能( s m f ：s e r v i c em a n a g e m e n tf u n c t i o n ) 和业务管理接入 功能( s e r v i c em a n a g e m e n ta c c e s sf u n c t i o n ) 。通常用于对智能网的i p 、s c p 和v c 进行管 理。管理功能包括业务管理、故障管理、配置管理、计费管理、性能管理和安全管理。 业务生成环境具有业务生成环境功能( s c e f - s e r v i c ec r e a t i o ne n v i r o n m e n tf u n c t i o n ) ， 用于设计开发新的业务。 目前，i t u t 没有对业务管理系统和业务生成环境的功能和接口进行详细的规范。 1 1 3 移动智能网网管功能简介 智能网网络管理域作为t m - n ( t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n t n e t w o r k ) 管理框架下的 1 3 个网络管理域之一【3 】 具有独特的网络管理单元。对移动智能网的管理，包括对移动智能 网中的智能网设备、设备上驻留的功能实体及所支持的移动智能业务等的管理，所涉及的管 理功能包括拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理及操作维护。 移动智能网中需要被管理的智能网设备有：s c p 、s m p 、v c s d p ( v o u c h e r c e n t e r s e r v i c ed a t ap o i n t ) 、i p 及s s p 。 移动智能网中需要被管理的功能实体有：s c f 、s m f 、s r f 、s s f 。 移动智能网的建设是在现有g s m 网基础上增加s s p 、s c p 、s c e p 、s m p 、s m a p 、充 值中心等功能实体而实现的。因此，移动智能网网管系统也纳入g s m 网管系统中去。 移动智能网网管系统组网结构图： 图1 3 移动智能网网管系统组网结构图 北京邮电人学网络与交换技术国家重点实验室 3 北京邮电人学硕：j ：学位论文 a c e + t a o 架构存网络管理中的戍用 移动智能网网管功能一般具有以下几个部分： 1 ) 拓扑管理 网络管理系统通过配置文件或人机界面的输入来获取拓扑信息，以拓扑图、地理树状图 等多种表现方式反映管辖范围内移动智能网设备的设置、网络结构和拓扑连接。 2 )配置管理 可通过多种方式，如基于拓扑图、地理树状图等，查询本省范围内的移动智能网设备、 设备上驻留的功能实体及在网上开展的移动智能业务的相关配置信息； 当移动智能网的设备、功能实体或所开展的移动智能业务发生配置改变时，网管系统会 获得相应的配置改变信息，实现管理信息的自动更新。网管系统有以下两种方法获得上述配 置改变信息：a ) 通过被管设备主动上报的通知消息；b ) 通过网管系统的配置文件或网管系 统的人机界面输入； 网管系统提供事件上报控制机制，可要求被管设备只上报满足控制条件的事件，控制条 件可根据事件发生时间、产生事件的设备、事件类别等进行组合； 通过网管系统可查询网络配置变化记录。 3 ) 告警管理 网管系统能够实时地反映移动智能网中的告警。网管系统能够支持告警风暴控制，故障 分析定位。网管系统能够支持对当前及历史告警信息的查询，并以标准的格式向用户提供告 警的相关信息。 支持对告警上报条件的设置，可要求被管系统只上报满足告警上报条件的告警。告警上 报条件可根据发出事件的被管理实体的类型、被管理实体、事件类型、告警严重程度、告警 原因及它们的组合来确定。 4 )性能管理 通过网管系统能够开启或取消对移动智能网设备的c p u 、硬盘、信令链路、信令链路 组、以及s c f 、s s f 、s r f 等功能实体的性能采集。性能数据采集周期应不小于3 0 分钟。 通过网管系统可以允许和屏蔽性能数据的上报； 可查询历史性能数据。可根据一定的查询条件查询用户所关心的性能数据。查询条件可 根据产生性能数据的网元或实体、性能数据产生时间、性能参数等来定义。 可对c p u 负荷、硬盘剩余空间百分数、信令链路负荷及信令链路组不可用率设置门限 值，当性能数据越门限时，网管系统能够接收到性能告警，并实时反映性能告警。 5 ) 操作维护管理 应用软件日志奄询，日志备份，日志删除：各模块的进程级操作维护；系统启动功能： 包括启动、停止和主备切换；开启禁止信令链路、信令配置、信令监视等；特定应用的管理， 包括：业务管理，运行管理，数据管理，呼叫管理，用户管理，统计管理，局数据维护，流 量控制等。 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室4 北京邮电人学硕士学位论文a c e + t a o 架构在网络管理中的应用 1 2 网管系统结构 现有的网管接口系统i n m i ( i n t e g r a t e dn e t w o r km a n a g e m e n ti n t e r f a c e ) 由以下功能实体组 成( 如图1 4 、1 5 所示) ： ( 1 ) 网管接口f r a m e w o r k 模块； ( 2 ) 网管接口功能模块； ( 3 ) 网管接口协议模块； ( 4 ) 网管接口本地操作g u i ( g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ) ； s m p c m ps g , p s o pv c s d p i p 图1 _ 4 网管接口机软件结构图 网管接口f r a m e w o r k 通过数据通信网与s c p ( s e r v i c ec o n t r o lp o i n t l 、s m p ( s e r v i c e m a n a g e m e n tp o i n t ) 、v c s d p ( v o u c h e rc e n t e r s e r v i c ed a t ap o i n o 、i p ( i n t e l l i g e n tp e r p h e r a l ) 等设备直接通信。任一设备接入到网管接口f r a m e w o r k 时，都有专门的网管进程负责完成 对该设备的管理。当系统中增加或删除设备时，不影响系统对其他设备的管理。可以在线添 增设备到系统中，不需重启或升级现有的设备或系统。 网管接口f r a m e w o r k 是网管接口系统的核心和框架。主要完成以下功能： ( 1 ) 与移动智能网设备进行通信，完成设备的注册； ( 2 )通过心跳信息自动检测智能网设备的状态； ( 3 ) 完成网管接口消息的接收、转发和处理； 网管接口f r a m e w o r k 具有良好的扩展性，向上可以通过挂接多种网管协议模块提供多 种网管接e l ，f r a m e w o r k 本身可以通过挂接多种网管功能模块提供省级网管中心要求的各种 网管功能和操作维护功能，向下通过内部接口与s c p 、s m p 、v c s d p 、i p 等设备进行通信。 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室5 北京邮电人学硕士学位论文a c e + t a o 架构在网络管理中的应用 1 3 现有网管系统问题 图1 - 5 网管接口系统示意图 团 国 目前实验室的网络管理系统，存在的主要问题是告警处理效率慢，数量巨大，监控难度 很大，很难根据现有信息准确定位故障。根据监控中心数据统计，智能网业务每天大概有几 千条告警，在发生一个故障时有可能同时出现多条告警信息，使得监控值班人员无法初步判 断故障网元以及故障具体情况。以出现“数据库主机宕机”故障为例，在网管2 0 系统上会同 时呈现“数据库服务器停止丁作”、“主控进程重启”、“与前台连接故障”、“数据库操作失败” 等故障告警，而如果一个数据库主机有四个业务账户，那么“数据库主机宕机”故障，最终在 主机上预估至少将呈现3 2 条告警。 另外，从上图1 4 可以看出，网管系统所有的通信都集中在网管接口f r a m e w o r k 上， 随着被管设备的增多，在f r a m e w o r k 上体现的负荷压力越来越明显，特别地，当设备处于 故障状态时，故障模块不断地吐告警，占用f r a m e w o r k 通信处理时间，导致其它业务模块 不能准确及时地上报应用的数据，从而需要更多的人工干预进行数据补采。 针对负荷压力问题，采片j 多接口方案，并进行负荷分担，一个接口负责一部分设各模块， 并在接口之间建立转发链路，这样只要不进行消息跨接口转发，能在一定程度上减轻通信负 荷。具体如1 - 6 图所示： 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室 6 北京邮电大学顾十学位论义 a c e + t a o 架构在网络管理中的戍用 图1 - 6 多通信接口网管通信框图 从l 一6 图可以看出，这种以集群划分通信接口，可以对通信服务进行分工，但总体上通 信机制还是一致，并不能缓解这种集中处理带来的压力。另外，各个服务接口之间要不断地 通信进行路由刷新，也会增加通信负荷。 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室7 北京邮电大学硕士学位论文a c e + t a o 架构在网络管理中的应用 第二章a c e + t a o 简介 a c e e 4 】【5 】【6 】是综合应用了各种软件设计模式以及组件技术而形成的中间件系统，它可以 解决在软件开发和维护过程中的一些烦人、易错的、不可移植的问题，是许多研发人员经过 多年研究的成果，在它的设计里，包括了一些经典的设计模式，很好的解决了同步通讯的问 题。在这个基础上，成功的把a c e 应用到a c eo r b ( t a o ，t h ea c eo b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 的开发中，形成了t a o 。t a o 是一个基于c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 标准的中间件平台，它可以实现远程对象调用，而不用关心如何去做对象定位， 同时，它可以实现t a o 的应用的跨平台、跨编程语言以及跨硬件平台和通讯协议的特性。 一些在a c e 开发过程中成功的经验和设计模式被应用在t a o 的开发中，使得t a o 成为一 个高性能、实时的分布式应用平台【7 】【8 】【9 】o 综合起来，a c e + t a o 可以在遍及自动控制、电 信、数据通讯、分布式交互模拟运算、财政等行业中解决遇到的挑战：平台的可移植性、连 接管理、服务的初始化、消息处理、多线程和同步、错误检测以及容错、服务质量等。 a c e + t a o 项目由d a r p aq u o r u mp r o g r a m 、n s f ( n a t i o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ) 及一些 工业化发起人支持。a c e + t a o 的初衷是： 建立一个实时c o r b a ，要求可以进行硬( h a r d ) 软( s o f t ) 的q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) 配置， 用以满足具有关键业务的d r e 系统需要； 将多种实时i o 子系统集合到o r b ( o b j e c tr e q u e s tb m k e r ) q b ，提供一种垂直方向的 集成。 积累一些关键的设计模式和优化模式，用于开发平台兼容、可移植以及可配置的 o r b 。 给研究和开发人员提供一个高质量、免费可用以及开放源码的c o r b a 平台。 指导o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 的c o r b a 相关标准特别是在实时c o r b a 部 分的设计。t a o 在o m g 的实时c o r b a 设计中扮演着重要的角色，特别要指出的 是外部绑定( e x p l i c i tb i n d i n g ) 以及可移植同步器( p o r t a b l es y n c h r o n i z e r s ) 另外，在 d i ic o er e a l - t i m ei n t e g r a t e dp r o d u c tt e a m ( d i ic o er ti p t ) 的d i s a sj o i n t t e c h n i c a la r c h i t e c t u r e ( j t a ) 中，t a o 是它推荐的两个o r b 中的一个。 a c e 和t a o 的商业化支持机构主要有r e v i r a c e 和o c i ，越来越多的用户和项目开始使 用a c e + t a o ，因为使用a c e + t a o ，它的好处是显而易见的，这样做可以帮助用户降低软件 开发成本、改善服务质量同时缩短上市时间。 2 1 a c e 简介 a c e 自适配通信环境( a d a p t i v ec o m m u n i c a t i o ne n v i r o n m e n t ) 是面向对象的框架和t 具 包，它为通信软件实现了核心的并发和分布式模式。a c e 包含的多种组件可以帮助通信软件 的开发获得更好的灵活性、效率、可靠性和可移植性。a c e 中的组件可用于以下儿种目的： 并发和同步 进程间通信i p c ( i n t e rp r o c e s sc o m m u n i c a t i o n ) 内存管理 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室8 北京邮电人学硕士学位论文 a c e + t a o 架构在网络管理中的应用 定时器 信号 文件系统管理 线程管理 事件多路分离和处理器分派 连接建立和服务初始化 软件的静态和动态配置、重配置 分层协议构建和流式框架 分布式通信服务：名字、日志、时间同步、事件路由和网络锁定，等等。 如图2 1 所示，a c e 具有分层的体系结构。在a c e 框架中有三个基本层次： 操作系统( o s ，o p e r a t i n gs y s t e m ) 适配层 c + + 包装层 框架和模式层 一匮t o ，愚g a t e w 。r _ v e ，r i _ ia y _ m m mrs r 回母母姐盟 i l ji 臣l 强唰jl 彳上t i lj 1 i k 。一i 寸毛叫l | ll ! f 豳磁滋圈匠i 隧滋圈 2 1 1 o s 适配层 a 强匿黝工p d 最i x 口阿钒玷$ 窟r v i c e g 图2 1a c e 体系结构图 o s 适配层是位于本地o sa p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) $ l l a c e 之间的“瘦”代码 层，它使a c e 的较高层与平台依赖性屏蔽开来，从而使得通过a c e 编写的代码保持了相对的 平台无关性。只需要极少的努力，开发者就可以将a c e 应用移植到任何平台上。 o s 适配层也是a c e 框架之所以可用于如此多的平台的原因所在。目前a c e 适用的o s 平台包括：实时o s ( v x w o r k s 、c h o r u s 、l y n x o s 和p s o s ) 、大多数版本的u n i x ( s u n o s 4 x 和5 x ；s g ii r i x5 x 干u6 x ；h p u x9 x ，1 0 x 年口1 1 x ；d e cu n i x3 x 和4 x ：a i x3 x 年u4 x ： d g u x ；l i n u x ；s c o ；u n i x w a r e ；n e t b s d 和f r e e b s d ) 、w i n 3 2 ( 使用m s v c + + 和b o r l a n dc + + 的w i n n t3 5 x 、4 x 、w i n 9 5 和w i n c e ) 以及m v so p e n e d i t i o n 。 北京邮电人学网络与交换技术国家重点实验室9 北京邮电大学硕l 学位论文a c e + t a o 架构相! 嘲络管理中的应用 2 1 2 c + + 包装层 c + + 包装层包括一些c + + 包装类，它们可用于构建高度可移植的和类型安全的c + + 应用。 这是a c e 工具包最大的一部分，大约包含了总源码的5 0 。c + + 包装类可用于： 并发和同步：a c e 提供若干并发和同步包装类，对本地o s 多线程和多进程a p i 进行 了抽象。这些包装类封装用于线程和进程的原语，比如信号量、锁、栅栏( b a r r i e r ) 和条件变量。另外还有更高级的原语可用，比如守卫( g u a r d ) 。所有这些原语共享 类似的接口，因而很容易使用和相互替换。 i p c ：a c e 提供若干c + + 包装类，封装不同o s 中不同的进程间通信( i p c ) 接口。 例如，a c e 的包装类封装了以下i p c 机制：b s ds o c k e t 、t l i 、u n i xf i f o 、流管道、 w i n 3 2 命名管道，等等。a c e 还为消息队列提供包装类，包括特定的实时o s 的消息 队列。 内存管理组件：a c e 包含的一些类可用于内存动态分配和释放；其中包括允许预分 配所有动态内存的类。这些预分配的内存随即通过a c e 提供的管理类的帮助进行本 地管理。在大多数实时和嵌入式系统中，这样的细粒度管理极为必要。另外还有一 些类用于灵活地管理进程间共享内存。 定时器类：有多种不同的类可用于处理定时器的调度和取消。a c e 中不同种类的定 时器使用不同的底层机制( 堆、定时器轮( t i m e rw h e e l ) 或简单列表) 来提供不同 的性能特性。但是，不管底层使用何种机制，这些类的接口都是一致的，从而使得 开发者很容易使用任何一种定时器类。除了这些定时器类，还有封装高分辨率定时 器( 在部分平台上可用，比如v x w 6 r k s ，w i n 3 2 p e n t i u m ，a i x 和s o l a r i s ) 和p r o f i l et i m e r 的包装类。 容器类：a c e 还拥有若干可移植的s t l 风格的容器类，比如m a p 、h a s hm a p 、s e t 、 l i s t ，等等 信号处理：a c e 提供对特定o s 的信号处理接口进行封装的包装类。这些类使得开 发者能够很容易地安装和移除信号处理器，并且可以为一个信号安装若干处理器。 另外还有信号守卫类，可用于在看守的作用域之内禁止所有信号。 文件系统组件：a c e 含有包装文件系统a p i 的类。这些类包括文件i 0 、异步文件i 0 、 文件加锁、文件流、文件连接包装，等等。 线程管理：a c e 提供包装类来创建和管理线程。这些包装还封装了针对特定o s 的线程a p i ， 可被用于提供像线程专有存储这样的功能。 2 1 3 a c e 框架组件 a c e 框架组件是a c e 中最高级的“积木”，它们的基础是若干针对特定通信软件领域的设 计模式。设计者可以使用这些框架组件来帮助自己在高得多的层面上思考和构建系统。这些 组件实际上为将要构建的系统提供了“袖珍体系结构”，因此这些组件不仅在开发的实现阶 段、同时在设计阶段都是有用的。a c e 的这一层含有以下一些大型组件： 事件处理：大多数通信软件都含有大量处理各种类型事件( 比如，基于i o 、基于 定时器、基于信号和基于同步的事件) 的代码。软件必须高效地多路分离、分派和 处理这些事件。遗憾的是，大多数时间开发者们都在反复地编写这些代码，“重新 发明轮子”。这是因为，事件多路分离、分派和处理代码全都紧密地耦合在一起， 无法彼此独立地使用。a c e 提供了被称为r e a c t o r ( 反应器) 的框架组件来解决这 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室1 0 北京邮电大学硕十学位论文a c e + t a o 架构4 i 网络管理中的戍用 一问题。反应器提供用丁高效地进行事件多路分离和分派的代码，并极大地降低了 它们与处理代码之间的耦合，从而改善了可复用性和灵活性。 连接或服务初始化组件：a c e 提供c o n