（计算机软件与理论专业论文）基于移动agent的分布式信息检索系统的研究与实现.pdf

东北师范大学硕士学位论文 摘要 日益庞大的网络及其异构性给互联网络的管理和操作提出了挑 战，合理、有效地利用i n t e r n e t 上的信息资源是计算机应用的需要， 也是当前计算机网络研究和开发的热点之一。目前，国内外研究人员 正尝试利用移动a g e n t 技术来解决互联网信息检索和综合利用问题。 移动a g e n t 技术是一种新型的分布式计算技术，是分布式技术与 a g e n t 技术相结合的产物。移动a g e n t 技术涉及到计算机网络、分布式 系统及人工智能等诸多领域，由于其移动性、自主性和协调性等特点， 已经在i n t e m e t 环境下的分布式系统中得到应用，并展现出巨大的应 用前景和优越性。 从现今国内外对移动a g e n t 研究和应用来看，目前应用性研究成 果还少有成功的范例，对a g e n t 技术的研究多处于理论和数学证明的 研究阶段，并没有成熟的移动应用系统。而且，对于已知的这些应用 系统，人们一直在对它们的安全性等问题产生质疑，如果不能解决这 些问题，无疑将严重阻碍a g e n t 技术的广泛应用。 为了解决上述问题，有必要对a g e n t 技术进行深入的研究。本文 旨在探索移动a g e n t 技术在i n t e r n e t 上的具体应用，研究采用移动a g e n t 技术进行分布式信息检索所遇到的问题及解决方案。在研究移动a g e n t 技术的基本理论和应用特点的基础上，注重分析了基于移动a g e n t 技 术的软件设计方法，提出了利用移动a g e n t 技术构造i n t e m e t 环境下的 分布式数据库信息检索系统的设计方案；深入研究和分析了系统的安 全机制。所有的研究和设计工作体现在我们所实现的一个i n t e r n e t 环 境下基于移动a g e n t 的分布式数据信息检索系统m a b d i r s ( m o b i l e 东北师范大学硕士学位论文 a g e n t b a s e dd i s t r i b u t e di n f o r m a t i o nr e t r i e v i n gs y s t e m 冲。 关键字：移动a g e n t ，a g l e t ，分布式系统，对等模型 i i 查! ! 丝兰茎堂堡主兰竺笙茎 a b s t r a c t a st h eg r o w t ha n d h e t e r o g e n e i t yo fn e t w o r k sa n di n t e r n e t ，i ti sq u i t e i m p o r t a n ta n d a l s ov e r yd i f f i c u l tt op r o f i ti n f o r m a t i o nr e s o u r c e se f f i c i e n t l y f r o mi n t e m e t n o wr e s e a r c h e r sa r e t r y i n g t ou t i l i z em o b i l e a g e n t t e c h n o l o g y t os o l v ep r o b l e m si ni n f o r m a t i o n s e a r c h i n go n t h ei n t e r n e t m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi san e wk i n do f t e c h n o l o g yo fd i s t r i b u t e d c o m p u t a t i o n ，i t i sac o m b i n a t i o no fd i s t r i b u t e d t e c h n i q u e a n d a g e n t t e c h n i q u e m o b i l ea g e n t s i n v o l v e sm a n yt e c h n o l o g yd o m a i n s ，s u c ha s c o m p u t e rn e t w o r k s ，d i s t r i b u t e ds y s t e m s u n d e rt h ei n t e r n e te n v i r o n m e n tf o r i t sc h a r a c t e r i s t i co fm o v i n g ，a u t o n o m ya n dc o l l a b o r a t i o n ，a n dm a n i f e s t e d g r e a ta p p l i c a t i o np e r s p e c t i v e sa n da d v a n t a g e s t h e r ea r ef e ws u c c e s s f u la p p l i c a t i o n sw i t hm o b i l ea g e n ti nt h em o b i l e a g e n tr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nf i e l d s t h es t u a yt oa g e n tt e c h n o l o g y i s m o s t l ya tt h et h e o r e t i c a la n d m a t h e m a t i c a lp h a s ea n df e wm a t u r es y s t e m b a s e dm o b i l ea g e n te x i s t e d p e o p l es t i l lh a sd o u b tt os a f e t yo ft h ee x i s t e d i m m a t u r es y s t e m i fw ec a n ts o l v et h e s ep r o b l e m s ，w h i c hw i l ls e r i o u s h i n d e rt h ea p p l i c a t i o no f m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y t os o l v et h e p r o b l e m s ，i t i s v e r yn e c e s s a r y t o s t u d yt h ea g e n t t e c h n o l o g y t h em a i np u r p o s eo ft h et h e s i s i st o e x p l o r et h ec o n c r e t e a p p l i c a t i o no f m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi ni n t e r a c te n v i r o n m e n ta n ds t u d y t h ep r o b l e m sa n dt h e i rs o l u t i o n sw h e nw ea p p l ym o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y i ns o f t w a r ed e v e l o p m e n t a f t e rh a v i n gs t u d i e dt h eb a s i cc o n c e p t sa n d a p p l i c a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so fm o b i l ea g e n t , w ea n a l y z ei nd e t a i lt h e 1 i i 东北师范大学硕士学位论文 s o f t w a r ed e v e l o p m e n tm e t h o db a s e do nm o b i l e a g e n tt e c h n o l o g y , a n dt h e n p r o p o s eam o d e lt od e s i g na i li n f o r m a t i o nr e t r i e v i n gs y s t e mm a b d i r s ( m o b i l ea g e n tb a s e dd i s t r i b u t e di n f o r m a t i o nr e t r i e v i n gs y s t e m ) u s i n g m o b i l e a g e n tt e c h n o l o g y w e a l s o s t u d y a n d a n a l y z ed e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e mi nd e t a i l ，e s p e c i a l l yt h es e c u r i t ya n de r r o r t o l e r a n c em e c h a n i s m si nt h es y s t e m k e y w o r d s ：m o b i l ea g e n t ，a g l e t ，d i s t r i b u t e ds y s t e m ，p 2 p 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得东北师范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已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：蔓l 坠日期：尘o 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东 北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、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适用本授权书) 学位论文作者签名： 日期： 盟 苎，型 指导教师签名： 日期： 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 东北师范大学硕士学位论文 1 1引言 第1 章绪论 随着信息表现形式从文本到多媒体的转交，以及网络信息数量的 激增，分布式信息存储与检索已经成为网络技术的一个重要研究领域。 当前分布式信息检索技术都是基于客户端j j l 务器模式，客户服 务器( c l i e n t s e r v e r ，c s ) 计算模型是最早出现的分布式计算模型川， 通过远程过程调用( r p c ，r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 或消息传递( m e s s a g e p a s s i n g ) 等方式来完成检索的任务。相应地，如y a h o o 、h o t b o t 、g o o g l e 等信息检索系统，在一定程度上解决了资源定位问题，但因其存在的 固有问题，比如必须维护一个庞大的后台数据库，客户机和服务器在 信息检索过程中必须保持连接等，使其难以进一步提高检索速度，致 使网络带宽造成巨大浪费，并且检索结果的实时性也难以保证。基于 这种情况，移动a g e n t 技术得以产生和应用。移动a g e n t 技术是一种新 型分布式计算技术，是分布式技术和人工智能技术的结合。它的出现 为网络用户提供快速、准确、高实时性的信息检索服务，并能最大限 度地节省服务器资源和网络带宽。分工与协作是社会生产中不可分割 的一对有机体，本文的讨论将以基于移动a g e n t 的分布式信息检索为 主。 东北师范大学硕士学位论文 1 2 本论文的研究目的、研究意义 传统的分布式计算模式是客户，服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构，基于 消息传递的同步远程过程调用( r p c ) 是对客户，服务器模式的改进， 在面向对象技术出现后基于r p c 引入了远程过程调用( r e m o t e m e t h o di n v o c a t i o n ，蹦n 。与消息传递和远程调用( r e m o t e i n v o c a t i o n ) 相比，移动a g e n t 不需要连续的网络连接，可以减少网 络阻塞的发生；移动a g e n t 将一段应用程序代码移到数据所在地， 并在本地高速执行，最终将执行结果返回给用户，这样免去了将大 图卜1 基于r p c 的系统和基于移动a g e n t 的系统 量数据在网络上的传输。图卜l 是基于移动a g e n t 的系统和基于r p c 系统的原理图。1 。 移动a g e n t 最大的好处就在于它可以实现一个健壮而高效的分 布式应用系统。尽管这种实现利用其他几种技术的结合也可以做到。 但是不同的技术要求不同的环境，这对于经常改变的分布式应用系 统来说是不可容忍的。而移动a g e n t 技术则很容易解决这个问题。“。 2 东北师范大学硕士学位论文 一个客户程序发出移动a g e n 卜一它是代表用户的程序到 远程机器上执行用户定制的信息检索任务，这些移动程序回在网络 上同步的访问所有需要的站点，在每个站点上进行计算，只将最终 结果返回给用户，不需要传递源数据和中间结果，而远程机器无需 预先了解用户及其任务。 因此深入研究移动a g e n t 的概念和技术以及其在网络中的应用 对开发分布式系统有着十分重要的意义。我们注重研究移动a g e n t 技术在i n t e r n e t 上进行信息检索的应用，并在理论和实践上说明了移 动a g e n t 技术在i n t e m e t 中应用的可能性，设计、开发了个在局域 网检索数据库信息的m a b d i r s 。 1 3 本论文的研究内容 本文结合不断发展的分布式计算系统，重点研究a g e n t 技术中的 移动a g e n t 技术，在实现系统时使用i b m 公司的移动a g e m 运行平台 a g l e t ，并采用与平台无关的、可移植性好的j a v a 语言作为开发语言。 m a b d i r s 根据用户提出的检索请求，自动派出多个移动a g e n t 到网络上执行检索任务，分析并显示从各个可信任站点上检索回来的 数据，帮助用户最终得到需要的信息。它由四个部分组成：用户与用 户进行人机交互的用户组件、用户组件创建的完成检索任务的移动 a g e n t 、管理服务器管理组件和独立的提供a g e n t 迁移服务和a g e n t 之 间通信服务的组件。 本论文的主要内容是： 1 讨论移动a g e n t 技术的概念、系统结构及其关键技术、为系统 东北师范大学硕士学位论文 的设计和实现打下坚实的理论基础。 2 深入研究了采用移动a g e n t 技术进行软件设计的方法和步骤， 全面分析了应用i b ma g l e t 进行编程的核心：事件委托机制和消息机 制。在此基础上详细描述基于移动a g e n t 技术实现网络应用系统的具 体方法。 3 研究了移动a g e n t 系统的安全问题和容错要求，在此基础上， 提出了本系统的安全机制和容错机制。 4 东北师范大学硕士学位论文 第2 章移动a g e n t 技术 2 1 移动a g e n t 技术 2 1 1 移动a g e n t 的基本概念 移动a g e n t ( m o b i l ea g e n t ， m a ) 是一种代替人或者其它程序执 行某种任务的程序口6 ”，它能够在复杂的网络中从一台主机移动到另一 台主机中去，在移动时该程序可以根据要求挂起其运行，然后转移到 网络中的其它地方重新开始或继续执行，最后返回计算结果【7 ，8 ，9 1 。 移动a g e n t 的特点之一是移动性( m o b i l i t y ) ，这是它和一般a g e n t 的区别所在，移动a g e n t 的移动经常会在异构操作系统的机器之间持 续迁移。由于移动a g e n t 会在运行状态下挂起、迁移，所以移动的对 象除了程序外还必须有其当前的运行状态信息和相应的数据。 移动a g e n t 的另一特点是其自主性，移动a g e n t 能够在没有人或其 它a g e n t 的壹接干涉和指导下持续地运行，并能够控制其内部状态和 动作。a g e n t 的移动一般是自主决定的。 移动a g e n t 的这两个特点把它与其它移动计算技术区别开来。在 远程计算( r e m o t ee v a l u a t i o n ) ，代码即需即取( c o d eo nd e m a n d ) 技 术中【1 0 l ，代码的移动是在代码运行之前进行的，因而移动的只有代码 本身。在分布式操作系统中，进程和对象中虽然也包括代码和状态信 息的移动，但它们的移动是被动的，而移动a g e n t 系统中的移动是由 a g e n t 自主决定的。 东北师范大学硕士学位论文 2 1 2 移动a g e n t 系统的结构 为了完整地理解移动a g e n t 技术，必须从移动a g e n t 系统的角度出 发。移动a g e n t 系统由两个部分组成：移动a g e n t ( m a ) 和移动a g e n t 服务环境( m a e ) ，也有的文献上把后者称为a g e n t 服务器、主机、 a g e n t 服务设施等。 移动a g e n t 服务环境实现移动a g e n t 在主机问的迁移，并为其建立 远程执行环境。移动a g e n t 在服务环境中执行并通过a g e n t 通信语言 ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ，a c l ) 与其它服务器通信或者获 得其它a g e n t 所提供的服务。移动a g e n t 的移动和任务求解能力很大程 度上取决于服务环境所提供的服务j 。一般来讲，服务环境都包括以 下基本服务：生命周期服务、事件服务、目录服务、安全服务、应用 服务。 2 1 3 移动a g e n t 系统的关键技术 移动a g e n t 的实现涉及到多方面技术，其中主要有以下几项关键 技术 1 2 , 1 3 1 ： 1 移动a g e n t 系统的编程语言：可以是编译型的，也可以是解释 型的，出于对平台无关性的考虑，一般都采用解释型的语言，由于j a v a 语言具有良好的性能并得到广泛接受，所以，大多数移动a g e n t 系统 采用j a v a 语言1 4 1 。 2 迁移机制【”1 ：根据移动a g e n t 携带的内容不同，可以将移动 a g e n t 的迁移区分为强迁移和弱迁移 16 1 ，前者在a g e n t 迁移之前系统捕 获整个a g e n t 的状态( 数据状态和运行堆栈等执行状态) ，将它们连同 其代码一同传送至下节点，到达目的地后其状态( 数据和运行堆栈) 6 东北师范大学硕士学位论文 被完全恢复，程序将在原来中断的地方继续往下执行。强迁移系统的 a g e n t 传输过程是完全透明的，提高了程序的模块化程度，容易理解 和排除错误，因而提高了可靠性。但是该方法也提高了系统实现的复 杂性，增大了通信流量。弱迁移系统如i b ma g l e t 及其它一些基于j a v a 的移动a g e n t 系统则不允许方法执行状态的迁移( 如本地变量、程序 计数器等) ，因此在这类系统中允许开发者将代码与某种与迁移有关的 事件绑定在一起。弱迁移系统实现起来比较简单，使程序员在解决同 步问题时有更大的灵活性，但是也带来了一定的问题，编程人员必须 熟悉a g e n t 的整个传送过程，并要编写内部状态捕捉及不同的入口代 码，加大了编码量。 3 通信机制：在移动a g e n t 系统中大体可分三种情况即：移动a g e n t 与其执行环境、移动a g e n t 之间和移动a g e n t 与一组移动a g e n t 通信。 在移动a g e n t 系统中可采用的通信手段很多，有r p c 、r m i 、m e s s a g e 、 数据共享方式( 仅在本地有效) 等。 4 容错机制：为了保证移动a g e n t 在异构环境中的正常运行，考 虑到服务器异常、网络故障、目标主机不可达等各类异常情况的出现， 必须提供容错手段，确保a g e n t 完成任务。大多数的系统都用提供 a g e n t 非易失存储器备份的方法来确保其丢失后能恢复运行，比如 a g l e t 系统中提供a g e n t 快照( s n a p s h o t ) 功能，它是a g e n t 内部状态 的一个完整记录，用于出现故障时a g e n t 的恢复。 5 安全性：安全性是移动a g e n t 系统中重要的问题，它是任何移 动a g e n t 系统都必须解决的。安全机制既要保证主机不受恶意a g e n t 的攻击，又要保证合法a g e n t 不受宿主机器的非法侵害。 7 东北师范大学硕士学位论文 2 1 4 现有的移动a g e n t 系统 对移动a g e n t 系统的研究异常活跃，迄今为止，已出现数十种移 动a g e n t 系统，大多数是在j a v a 语言出现以来诞生的，它们的设计目 标不同，实现技术也各有千秋，下面谈论几种有代表性的系统【1 7 1 。 1 t e l e s c r i p t ：t e l e s c r i p t 由g e n e r a l m a g i c 公司开发，是第一个 商品化的m a s 。从技术角度讲，t e l e s c r i p t 已经是一个非常完整的移 动代理系统，它的缺点是消耗计算机资源太多( 要求9 6 m 的内存资 源) ，售价也高。随着基于j a v a 的m a s 出现，它已没有了生命力。 2 d a g e n t 1 9 ，2 0 】：d a g e n t 是由d a r t m o u t h 学院开发的移动a g e n t 系统。d a g e n t 有类似t e l e s c r i p t 的服务器模型，它和a r a 一样支持多 语言。但随着支持语言的增多，解释器的工作量很大，不如a r a 易于 实现。 3 s u m a t r a 1 ：1 】：s u m a t r a 支持分布对象和移动代码的j a v a 的扩展。 s u m a t r a 的主要特点在于提供了一套用于测量网络延迟、网络带宽和 机器负载的分布式资源监视器，这样当a g e m 决定迁移时就可以参考 这些网络条件，并结合自身任务来决定如何、向什么地方迁移。 4 c o n c o r d i a 2 2 , 2 3 】：这也是基于j a v a 的移动a g e n t 系统。c o n c o r d i a 的显著特点在于其安全性能和容错机制。 2 1 5i b m a g l e t 简介 a g l e t 是由i b m 东京实验室开发的移动a g e n t 系统，它是较早实 现的纯粹基于j a v a 的移动a g e n t 系统，其设计非常简洁，小巧玲珑， 紧紧追随j a v a 模型，特别是它的源代码公开，具有完整的说明文档， 很适合应用开发，因而得到广泛的应用。 东北师范大学硕士学位论文 a s d k ( a g l e t s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t ) 是用j a v a 语言编制的移 动a g e n t 程序的开发运行环境，一个a g l e t 是一个能够从一台主机移动 ( 或被派遣) 到另一台主机上的j a v a 对象，能够进行这种迁移的前提 是在这些主机中预装了t a h i t i 服务器，它是用j a v a 实现的a g l e t 服务 程序。这里我们约定，下文中出现的a g l e t 是指i b m a g l e t 这个a s d k ， 而用a g l e t 表示用a s d k 开发的移动a g e n t 应用程序。 a g l e t 传输过程是：一旦调用a g l e t 的d i s p a t c h 方法，就会导致立 即调用o n d i s p a t c h 0 方法，此方法结束后，所有由给定的a g l e t 创建的 线程都被杀死而a g l e t 被传送至目的地。目的地的t a h i t i 服务器捕获 a g l e t 并调用其中的o n a r r i v a l 0 方法，接着运行r u n ( ) 方法，a g l e t 的新代 理对象( a g l e t p r o x y ) 可以由目的t a h i t i 服务器发给原始t a h i t i 服务器。 a g l e t 的传输协议是i b m 的a g l e t t r a n s f e rp r o t o c o l ( a t p ) ，它是 一个分布式的、基于a g e n t 系统的应用程序级协议。a t p 定义了a g e n t 服务器的四种标准请求方法，即d i s p a t c h 、r e t r a c t 、f e t c h 和m e s s a g e ， 目前，a g l e t 框架中还没有a g e n t 字节码的传输。传输协议并不执行能 够发现是否需要传输给定的类字节码到目的地的检查，在每次传输时， 所有需要的类都被传输，这就增加了传输和下载时间【2 ”。 a g l e t 一个非常重要和有用的属性是它们彼此通信的能力，a g l e t 之间的通信由一个位置无关、可扩展的、并支持同步异步模式的基于 对象的消息框架所支持。此框架基于一个简单的回调模式，它实现一 个处理器( h a n d l e m e s s a g e 0 方法) 来处理那些它能够理解的消息类型。 东北师范大学硕士学位论文 2 _ 2 小结 本章介绍了移动a g e n t 的基本概念，重点介绍了移动a g e n t 的系统 结构和实现移动a g e n t 系统的关键技术，为基于移动a g e n t 的分布式检 索系统的设计与实现打下理论基础。 1 0 东北师范大学硕士学位论文 第3 章基于移动a g e n t 的分布式信息检索系统的设计 在第三章详细介绍a g l e t 系统的相关知识。本章将以上章介绍 的内容为基础，研究主一从模式下移动a g e n t 系统的应用，设计并实 现一套实用的分布式信息检索系统。 3 1 面向移动a g e n t 的程序设计 面向a g e n t 的程序设计是一种使用各种不同的a g e n t 框架作为设 计系统的结构组件而构造软件系统的方法，它代表一个作为自治 a g e n t 相互交互的计算机系统，利用在a g e n t 理论研究中得出的a g e n t 思维状态性质的意识态度来直接设计a g e n t 和对a g e n t 编程f 2 6 1 。 3 1 1与面向对象方法的比较 面向对象编程( o o p ) 技术是当今软件开发的主流技术，o o p 将系 统看成是由相互通信以执行外部计算的对象所构成的，面向a g e n t 编 程( a o p ) 则是o o p 技术的进一步发展，a g e n t 可以被看成活动的对象， 既具有精神状态的对象。两种方法都利用消息传递的方式进行通信， 并且都具有继承和聚集的能力。可以利用面向对象方法设计面向 a g e n t 的系统。但在设计过程中，对象与a g e n t 主要有三个方面的区 别( 2 7 j ： i 自治程度的区别：a g e n t 不去调用彼此的方法而是通信请示动 作的执行，在o o p 中，是否调用方法的决定权在于调用方法的对象， 而在a o p 中决定权在于接收到请求的a g e n t 是否愿意相应请求。 东北师范大学硕士学位论文 2 消息传递机制的区另t 1 - 虽然o o p 和a o p 的运行机制都是消息 的传递和响应，但是它们对消息的定义和处理方法却不同。o o p 中的 消息定义包括目的对象名、消息类型和参数表，对象的响应是执行在 编译过程中就事先映射好的方法，消息的类型未加限制，对消息的解 释则依赖于编程时所定义的相应方法。在a o p 中使用基于行为语言原 理的消息进行通信，因而其消息类型是高度抽象化的，比如通知、请 求、承诺等，更像一种简化的自然语言，它比o o p 中消息表达能力强 很多，并且可以利用相关领域对象的描述给出更具体的消息定义和含 义解释。 3 对于对象来说，类和继承是其主要特征，而对于a g e n t 来说， 类及其继承性是非本质特征，并且不同的a g e n t 个体往往并发地运行， 甚至处于不同的机器上，要实现父类代码的共享是不容易做到的。 3 1 2 现有的面向移动a g e n t 的程序设计方法 现有的利用面向对象的方法扩展设计面向移动a g e n t 的系统的程 序设计方法有：面向a g e n t 的程序分析与设计方法( a g e n to r i e n t e d a n a l y s i s a n dd e s i g n ) ，b d i a g e n t 系统的建模技术( a g e n tm o d e l i n g t e c h n i q u e f o r s y s t e m s o fb d i a g e n t s ) ，m a s b ( m u l t i a g e n t s c e n a r i o b a s e dm e t l l o d ) 以及面向a g e n t 的企业建模方法( a g e n t o r i e n t e dm e t h o d o l o g yf o re n t e r p r i s em o d e l i n g ) 。 3 2 a g e n t 设计模式 为了能实现基于移动a g e n t 技术的系统，我们首先注意到应用 东北师范大学硕士学位论文 a g e n t 技术与应用传统技术实现上的差异，考虑到a g e n t 程序设计的特 点，我们将按照面向对象的风格，借助类、对象、组成等概念提出几 种a g e n t 程序设计模式。结合a g l e ta p i 的特点，我们将设计模式概括 为三类口8 i 2 9 1 ：旅行、任务和交互，这种分类方法容易理解每种模式的 应用领域并有助于发现新的模式，下面逐个介绍这几种设计模式。 3 2 1 旅行模式 旅行或迁移是移动a g e n t 的重要特征之一，我们进一步区分三种 子模式以便处理路由、服务质量与移动a g e n t 迁移有关的问题。这些 子模式允许我们增强移动管理的封装性以提高移动a g e n t 设计的可重 用性和简化移动a g e n t 的设计。 1 路线( i t i n e r a r y ) 模式：该模式是将移动a g e n t 与路线对象结合 在一起，它主要考虑在多个地址间的路由问题。一个路线用于维护一 个目的地址的列表，定义一个路由方式，处理诸如目的地址不存在的 特殊问题。序列化一个i t i n e r a r y 类，可以将它存储起来并能够日后重 用，这就如同将u r l 地址像书签一样存储都来。 a g l e t 在创建路线对象时，用将要顺序访问的地址列表和一个到 a g e n t 的引用来初始化它，然后a g e n t 将用g o ( ) 方法将自己派遣至路 线中下一个可用的目的地或者返回其出发地。为了支持上述对象， i t i n e r a r y 对象与a g l e t 一起传送，路线对象在经过每个站点都要进行修 订。该模式涉及到几个主要的类是： c o m i b m a 出e t 】( 。s e q l t i n e r a r y ：定义了a g l e t 迁移路线的抽象接口。 一条路线是需要定义一个主机地址，以及需要在该地址上完成的任务。 c o m i b m a g l e t x s i m p l e l t i n e r a r y ：s i m p l e i t i n e r a r y 路线对象定义了一 东北师范大学硕士学位论文 个目的地和一条消息，当a g l e t 到达目的地后，这条消息将自动发送给 a g l e t 自身。这时只要在a g l e t 的h a n d l e m e s s a g e ( m e s s a g e m s g ) 方法中处 理这条消息，就可以实现a g l e t 的自动漫游与执行任务。 路线模式在移动a g e n t 设计中被广泛地采用，它具有如下几个主 要特点： ( 1 ) 它支持在旅行中的变化。例如：当a g e n t 不能将自己派遣至 一个新的目的地时，可以定义不同的意外处理程序：终止旅行并返回 至其出发地，也可以先到其它目的地而以后再尝试去那个地方，不同 的旅行方式只需要改变路线对象，涉及不到a g e n t 对象。 ( 2 ) 它方便不同的a g e n t 通过共享某个路线对象来共享旅行，这 样的设计更符合模块化程序设计的要求，从而提高了代码的可重用性。 ( 3 ) 它简化了系统任务的实现。任务可以被封装在一个特定的任 务对象中，同时，s e q l t i n e r a r y 被扩展成一个目的地与任务对象相联系 的接口，这样路线对象能够追踪当前需要执行的任务，于是每当a g e n t 被派遣到一个新地址时，它就可以简单地触发存储在路线对象中的当 前任务的执行。基于此模式，为像a g l e t 这样的具有弱迁移特征的移 动a g e n t 系统提供了一种便利，即在a g l e t 旅行时，它无需手工追踪自 己的执行状态。 2 转发( f o r w a r d i n g ) 模式：此模式中，移动a g e n t 本身不再携 带路线对象，而它的旅行路线由派遣它的主机或其它主机来决定，此 时移动a g e n t 完全没有自主权，被主机牵引着在网络中迁移。这种模 式降低了移动a g e n t 的迁移自主性，使它不能根据当前的网络状态自 主决定迁移的路线。 3 车票( t i c k e t ) 模式：从概念上说，一张车票是一个嵌入了服 务质量请求、许可和其它数据的u r l 增强版本，包括派遣a g e n t 到远 东北师范大学硕士学位论文 程数据端的时限要求，也可以定义私密性等级以增强传输过程的安全 性。 3 2 2 任务模式 任务模式主要考虑进一步细分各类任务及如何将这些任务指派给 一个或多个a g e n t 来完成。通常，这些任务可能会动态地分配给一个 通用的a g e n t ，也可以由多个并行合作的a g e n t 来完成，例如并行检 索的情况。 1 主一从( m a s t e r s l a v e ) 模式：它允许m a s t e r 将某个任务委托 给一个或多个s l a v ea g l e t 去做。s l a v e 被m a s t e r 派遣到目的机上去执行 分配给它的任务，得到运行结果后，再利用消息将结果返回给m a s t e r 。 采用此模式主要基于两方面的考虑：一是分布式检索系统性能，采用 主一从模式一个m a s t e r 可以与多个s l a v e 并行完成其它任务。另外一 个方面通过下面的例子说明：假定有一个基于a g e n t 的程序，它提供 一个g u i 以输入数据和显示在某个远程机器上执行的特定任务的中 间结果。若只有一个a g e n t 提供g u i 和执行任务，在a g e n t 离开发源 地到远程机器上去以后，它就不可能再维护g u i 了。我们可以利用一 个固定的m a s t e ra g e n t 提供和维护g u i ，而多个s l a v e 迁移到另外可信 任主机上完成任务，并将结果返回给m a s t e r ，由m a s t e r 将结果呈现给 用户。 主一从( m a s t e r - s l a v e ) 模式的主要思想是使用抽象类m a s t e r 和 s l a v e 来局部化一个在m a s t e r 和s l a v e 之问委托的任务的不变部分：派 遣多个到目的地址中的s l a v e ，初始化任务的执行并处理在任务执行中 的异常。在这种模式中，m a s t e r 需要实现任务的分解与结果的综合， 东北师范大学硕士学位论文 而s l a v e 则需要实现具体的执行逻辑。 a g l e t 在c o r n i b m a g l e t x p a t t e r n s 包中专门为s l a v e 定义了一个抽象 类s l a v e ，它将路线与s l a v e 相互绑定，并且实现了初始化以后的自动 派遣。也可以不使用这个s l a v e 类，直接利用a g l e t 类的a p i 函数方 便地实现这些功能。 a g l e t 的主一从模型是一种非常实用的模式，在实现本系统时，将 路线模式和主一从模式结合起来使用，以取二者的优点。这时，m a s t e r 是一个固定的a g e n t ，而s l a v e 则携带路线对象在网络中移动。 2 规划( p l a n ) 模式：在此模式中采用了工作流的概念，通过多 个a g l e t 将多个要执行的任务组织成系统或并行的方式。规划中封装了 任务流，它对a g l e t 来说是不可见的，a g l e t 仅仅提供在特定目的下执 行任务所需的迁移能力。规划提高了任务的可重用性，动态地将任务 分配到a g l e t 中的能力及任务的构造能力。 3 2 3 交互模式 a g l e t 之间的相互通信对它们之间的协作至关重要，出于a g l e t 定 位的考虑，分为如下几个子类：会议( m e e t i n g ) 模式、消息( m e s s e n g e r ) 模式、互锁( l o c k e r ) 模式、服务商( f a c i l i t a t o r ) 模式、组织化的群 体( o r g a n i z e dg r o u p ) 模式或群游( g r o u pt o u r ) 模式等，下面简单 介绍一下前两种模式。 1 会议( m e e t i n g ) 模式：它提供一种方式使得两个或多个a g l e t 在一个给定机器上进行本地交互。这些a g l e t 可以将它们派遣自己到一 个特定的名叫会议场所的目的地。在那儿，它们通知其合作者它们的 到达并能够参与本地的交互。 1 6 东北师范大学硕士学位论文 2 消息( m e s s e n g e r ) 模式：a g l e t 之间用此模式建立远程通信 消息被构造成一个在a g l e t 之间传递和携带消息的a g l e t 。 3 3 系统设计 3 3 1 系统综述 我们的信息检索系统m a b d i r s 运行在局域网或者i n t r a n e t 上， 在研究和开发测试阶段利用实验室内部的局域网。用于实现局域网内 分布式信息检索。它采用将客户的请求接近信息源运行的“p u l l ”模 式。系统涉及到一个用户、用户的移动a g e n t 、信息提供者以及管理服 务器。为了增强容错性、安全性及a g e n t 迁移和通信的有效性，系统 提供了容错机制和安全机制。 m e s s a g e 图3 - 1 ：系统交互模型 东北师范大学硕士学位论文 系统分为两大部份：分布式实体或客户a g e n t 和管理服务器。在 局域网或i n t r a n e t 中，选择任意一台机器作为管理服务器用于对其内 部的所有可信任主机的信息进行管理：所有可信任主机都可作为客户 a g e n t ，包括管理服务器，一旦取得管理服务器的认可即可派出代理 a g l e t 在可信任主机间分布式检索所需要的信息。客户a g e n t 与其派出 的各个代理a g l e t 利用a g l e t 的消息机制进行通信。各个代理a g l e t 返 回的信息在客户端进行筛选。 系统的交互模型如图3 - 1 ，下面分别介绍几个子系统的设计思路。 3 3 2 登录，注销子系统的设计 在网络中，网络主机有必要知道每台终端于何时起动，总共运行 了多长时间，是谁在使用它等信息。这些都是出于安全管理的考虑， 为了日后复查，还需要记录这些信息，作为日志保存。本系统的登录 和注销过程是自动完成的，无需用户的参与。终端计算机在起动时， 自动起动了客户a g e n t ，在客户a g e n t 程序初始化的过程中，动态地 生成代理a g l e t ，代理在客户端完成初始化，同时取得客户机的i p 地 址和用户名等信息，然后携带这些信息移动到服务器上。代理a g l e t 到达服务器以后，将自动连接数据源，将登录信息写入数据库，完成 登录。这里需要写入数据表中的信息包括用户名、i p 地址和当前服务 器时间。由于代理a g l e t 还需要处理客户a g e n t 发送的消息，所以只要 客户端还在运行，就有它的代理同时运行在服务器上。也就是说，代 理a g l e t 与客户a g e n t 具有相同的生命周期，二者无法独立工作。 所以，当用户退出系统时，首先需要由代理a g l e t 在服务器上向数 据表中写入用户注销的服务器时间并销毁代理a g l e t ：之后再销毁客户 a g e n t 和g u i 。登录注销的过程如图3 2 所示。 东北师范大学硕士学位论文 (