（计算机应用技术专业论文）可信分布式实时系统的面向方面的时间特性的建模.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt og u a n g d o n g u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n gs c i e n c e a s p e c t - - o r i e n t e dl q m i n gm o d e lf o rd e p e n d a b l ea n d d i s t r i b u t e dr e a l - - l i m es y s t e m s c a n di d a t e ：g a on a s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gl i c h e n m a y2 0 1 0 f a c u l t yo fc o m p u t e r g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y g u a n g z h o u ，g u a n g d o n g ，p r c h i n a ，5 10 0 9 0 1 。1 。_ _ _ 摘要 摘要 分布式实时系统已经广泛应用于各个领域，可靠性要求也越来越高。由于分布式实 时系统是时间关键系统，时间是一种重要的资源，输出结果的正确性不仅取决于计算 所形成的逻辑结果，还要取决于结果产生的时间。在分布式实时系统中，必须在限定 时间内完成消息的发送和接收。分布式实时系统的失败轻则导致经济财产损失，重则 生命丢失。所以实时系统的时间特性，是决定分布式实时系统的可靠性的重要因素。 实时性作为实时系统的其中一个非功能需求，往往横切整个系统模块，引起代码混 乱和代码分散等问题，导致系统难于设计、重用和维护，严重影响系统的性能。 面向方面技术允许系统开发者在系统设计时，通过关注分离的技术，从核心功能性 需求中分离出不同的关注。为了保证分布式实时系统的可靠性，系统设计阶段，可以 利用a o 技术，把实时性作为一个单独的方面进行建模。 但是，a o p 技术目前还不成熟，还没有形成统一的标准建模方法。分布式实时系统 的时间分析是非常复杂的，对面向方面建模的要求尤其高，是最能考验面向方面建模 技术灵活性的一个方面。目前，还没有一种较完善的统一的建模方法对时间特性进行 建模。 建模方法通用性和规范化越来越受到人们的重视。在系统建模过程中，建模方法 表示能力的强弱是影响建模准确性和简易性的重要因素。一种成熟的建模方法的表示 不应也不可能做到大而全，否则会严重降低方法的易操作性和模型的质量。这就要求 我们在相关建模方法之间的联系上进行挖掘，大胆借鉴其他方法在表示能力上的某些 优点，来丰富我们的建模思想。我们要保证系统的可靠性，提高系统能性能，必须要 有形式化描述和分析。 本文系统的介绍了面向方面技术，分布式实时系统面向方面的建模方法，详细介绍 u m l 和各种形式化方法在时间方面的建模，把时间子方面思想融入u m l 实时建模，提 出一种通用的面向方面分布式实时系统的时间模型( a o s d m u m l & s p ) 。在 a o s d m - u m l 的基础上，进一步实时扩展，通过u m l 和s q t l 、模糊时间p e t r i 网( f t n ) 的结合，使u m l 可以清晰体现时间的各个子方面，解决了a o p 基于u m l 建模实时系统 的语义问题，更好的保证系统的性能。a o s d m 眦& s p ，是一个表示能力、通用性 广东工业大学硕士学位论文 较强的一个建模方法，既能描述时间各个子方面，而且能直观、规范、精确的描述系 统，适合各阶段的设计人员和客户之间的交流，还为以后的织入、代码自动生成和测 试提供方便。 关键词：可信分布式实时系统；a o p ；u m l ；形式化方法；时间方面 a b s t r a c t a b s t r a c t d i s t r i b u t e dr e a l - t i m es y s t e m sh a v e b e e n a p p l i e di ne v e r y a r e aw i d e l y ，a n dr e q u i r e h i g hr e l i a b i l i t yi n c r e a s i n g l y f o rt h ed i s t r i b u t e dr e a l t i m es y s t e mi st i m i n g c r i t i c a ls y s t e m s ，s o t h et i m ei sa l li m p o r t a n tr e s o u r c e t h ec o r r e c t n e s so ft h eo u t p u td e p e n d sn o to n l yo nt h e l o g i c a lr e s u l to f t h ef o r m a t i o no fc a l c u l a t i o n s ，b u ta l s od e p e n d so nt h eo u t c o m eo ft h et i m e i nad i s t r i b u t e dr e a l - t i m es y s t e m , s e n d i n ga n dr e c e i v i n gm e s s a g e sm u s tb ec o m p l e t e dw i t h i n al i m i t e dt i m e d i s t r i b u t e dr e a l - t i m es y s t e m sf a i l u r ec a l lc a u s ee c o n o m i cd a m a g et op r o p e r t y o re v e nl o s so fl i f e t h e r e f o r e ，t h et i m ec h a r a c t e r i s t i c so fr e a l - t i m es y s t e m si sa ni m p o r t a n t f a c t o rt od e t e r m i n et h e i rr e l i a b i l i t y a san o n - f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n to fr e a l - t i m es y s t e m s ，r e a l t i m er e q u i r e m e n tu s u a l l y c r o s sc u tt h ew h o l es y s t e mm o d u l e sa n dm a yc a u s et h ec o d et a n g l ea n ds c a t t e r , m a k et h e s y s t e m sh a r dt od e s i g n , r e u s ea n dm a i n t a i n , a n da f f e c tp e r f o r m a n c eo fs y s t e m sb a d l y t oe l ! l s u r et h er e l i a b i l i t yo fd i s t r i b u t e dr e a l - t i m es y s t e m s ，a s p e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y a l l o w ss y s t e md e v e l o p e r st od e s i g nt h es y s t e mt h r o u g hs e p a r a t i o no fc o n c e r n s h o w e v e r , a o pt e c h n o l o g yi sn o tm a t u r e ，a n dn ou n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g ei sa v a i l a b l e f o rt h ed e s i g no fa o p t h et i m ea n a l y s i so fd i s t r i b u t e dr e a l - t i m es y s t e m si s v e r y c o m p l i c a t e d ，w h o s er e q u i r e m e n t f o r a s p e c t - o r i e n t e dm o d e l i n g i s p a r t i c u l a r l yh i g h , s o a s p e c t o r i e n t e dt i m i n gm o d e lf o rd e p e n d a b l ea n dd i s t r i b u t e dr e a l - t i m es y s t e mi sag r e a t c h a l l e n g ef o ram o d e l sf l e x i b i l i t y c u r r e n t l y , t h e r ei sn oo n eb e t t e ru n i f i e dm o d e l i n gm e t h o d t om o d e lt h et i m ec h a r a c t e r i s t i c s t h e r ei sag r o w i n ge m p h a s i so nm o d e l i n gm e t h o d s v e r s a t i l i t ya n ds t a n d a r d i z a t i o n i nt h e m o d e l i n gp r o c e s s ，t h ec a p a c i t yo fm o d e l i n gm e t h o di st h em a i nf a c t o ro fm o d e l sa c c u r a c y a n ds i m p l i c i t y am a t u r em o d e l i n gm e t h o ds h o u l dn o tb el a r g ea n dc o m p l e t e ，o t h e r w i s ei t w i l ls e r i o u s l yr e d u c et h ee a s eo fm e t h o da n dt h eq u a l i t yo fm o d e l t h i sr e q u i r e s1 1 8t o 勰沁c i a t eb e t w e e nt h ev a r i o u sm e t h o d sa n da c c e s sa d v a n t a g e so fm e t h o d s ，t h e ne n r i c h0 1 1 1 m o d e l i n gm e t h o d t oe n s u r es y s t e mr e l i a b i l i t y , i m p r o v ep e r f o r m a n c eo fs y s t e m s ，f o r m a l d e s c r i p t i o na n da n a l y s i si sn e c e s s a r y t h i st h e s i si n t r o d u c e sa o pt e c h n o l o g ya n dm o d e l i n gm e t h o d so fd i s t r i b u t e dr e a l - t i m e i i i 广东工业大学硕士学位论丈 s y s t e m ss y s t e m a t i c a l l y ，a n di n t r o d u c e su m l a n ds e v e r a lk i n d so ff o r m a lm e t h o d so f t i m i n g m o d e l i n gd e t a i l e d l y , t h e ni m p o r t st h ei d e ao fs u b - t i m i n ga s p e c t si n t oa o s d m u m l ，f i n a l l y d e s i g n st h eu n i v e r s a la s p e c t - o r i e n t e dt i m i n gm o d e lf o rd i s t r i b u t e dr e a l - t i m es y s t e mc a l l e d a o s d m u 皿& s et h i sm o d e lb a s e do na o s d m u m le x t e n d sa o s d m u m la n dc o v e r s t h ea d v a n t a g e so fu m l ，s q t la n df 1 啉t h i sm o d e lm a k e su m ln l o r ec l e a r l yr e f l e c t s u b - a s p e c t so ft h et i m ec h a r a c t e r i s t i ca n ds o l v e st h es e m a n t i cp r o b l e mo f a o s d m u m l a o s d m u m l & s pi si n t u i t i v e ，s t a n d a r d i z e da n da c c u r a t e i ti ss u i t a b l ef o ra l ls t a g e so f t h ed e s i g ns t a f fa n dc u s t o m e r st o e x c h a n g ei n f o r m a t i o ne a s i l y , a n di ti sc o n v e n i e n tf o rt h e w e a v i n g ，a u t o m a t i cc o d ea n dt e s t i n g k e y w o r d s ：d e p e n d a b l ea n dd i s t r i b u t e d r e a l - t i m es y s t e m s ；a o p ；u m l , f o r m a l m e t h o d s ；t i m i n ga s p e c t i v 目录 摘要 a b s t r a c t 。 目录 目录。 c o n c e n t s 第一章绪论 一v 1 1 1 选题背景与意义1 1 1 1 现实背景和意义。l 1 1 2 面向方面技术的产生背景和意义1 1 1 3 面向方面建模3 1 1 4 时间方面4 1 2 研究动态4 1 3 研究内容和组织形式一5 第二章基础及相关技术7 2 1 可信分布式实时系统。7 2 1 1 分布式系统7 2 1 2 实时系统9 2 1 3 可信系统l l 2 1 4 实时系统的建模1 2 2 2 系统建模1 2 2 3 面向方面技术1 3 2 3 1 面向方面编程l3 2 3 2 面向方面建模1 5 2 4u m l 技术和面向方面1 6 2 5 形式化方法和实时系统1 7 第三章u m l 基本元素和面向方面扩展的基本模型1 9 3 1u m l 概j 态1 9 v 广东工业大学硕士学位论文 3 2u m l 重要元素1 9 3 3u m l 特点和应用领域2 2 3 4u m l 的可扩展性2 3 3 5u m l 面向方面建模2 4 3 5 1 扩展u 札表达方面2 5 3 5 2 面向方面系统建模的u m l 框架2 7 3 6u m l 的时间建模2 8 3 6 1 基本时间模型。2 9 3 6 2 定时机制模型3 0 3 6 3 时间事件模型3 2 3 6 4 时间服务模型3 3 3 7 结构模型和动态模型3 4 第四章形式化建模。3 7 4 1 形式化方法特点3 7 4 2 形式化建模语言的介绍3 8 4 3 形式化的时间方面模型4 0 第五章a o s d m - - u m l & s p 及实例建模。 5 1 时间建模的建模方法4 3 5 2a o s d m - u m l & s p 的提出4 5 5 3 实例建模4 6 5 4d 、结4 9 结论。 参考文献 5 0 攻读硕士学位期间发表的论文。 5 3 独创性声明5 9 j 2 眨谢 v i c o n t e n t s a b s t r a c t c o n t e n t s c o n t e n ts c h a p t e r li n t r o d u c t i o n v 1 1 r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f r e a l i t y 1 1 1 2b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f a o p 1 1 1 3a s p e c t - o r i e n t e dm o d e l i n g 3 1 1 4 t i m ea s p e c t 4 1 2r e l a t e d1 9 v t ) r k 4 1 3c o n t e n t sa n ds t r u c t u r eo f t h e7 i h ：s i s 5 c h a p t e r 2b a s e da n dc o r r e l a t i v et e c h n o l o g y 7 2 1d i s t r i b u t e dr e a l t i m es y s t e m 7 2 1 1d i s t r i b u t e ds y s t e m s 7 2 1 2r e a l - t i m es y s t e m 9 2 1 3d e p e n d a b l es y s t e m 11 2 1 4r e a l - t i m es y s t e m sm o d e l 1 2 2 2s y s t e mm o d e l i n g 1 2 2 ：；a o 1 ：i 2 3 1a s p e c t - o r i e n t e dp r o g r a m m i n g 1 3 2 3 2a s p e c t - o r i e n t e dm o d e l i n g 1 5 2 4u m la n da s p e c t o r i e n t e d 1 6 2 5f o r m a lm e t h o d sa n dr e a l - t i m es y s t e m 17 c h a p t e r 3u m l a n da s p e c t - o rie n t e de x t e n sio n 3 1u m ei n t r o d u c t i o n 1 9 3 2i m p o r t a n te l e m e n t so f u m l 。，。1 9 3 3f e a t u r e sa n da p p l i c a t i o n so f u m l 2 2 v 广东工业大学硕士学位论文 3 4e x t e n s i o nm e c h a n i s m s 2 3 3 5a o s dm o d e lb a s eo nu n 几2 4 ：；5 1j d l oe x t e n s i o n so f u m l ：，2 5 3 5 2a o pm o d e l0 n 【，1 l i 【。p r o f i l e 2 7 3 6u m e t i m i n gm o d e l 2 8 3 6 1b a s i ct i m em o d e l ：1 9 3 6 2t i m i n gm e c h a n i s m sm o d e l 3 0 3 6 3t i m e de v e n t sm o d e l 3 2 3 6 4t i m i n gs e r v i c e sm o d e l i n g 3 3 3 7s 咖c t u r a lm o d e l & b e h a v i o r a lm o d e l 3 4 c h a p t e r 4f o r m a lm o d oi in g 3 7 4 1c h a r a c t e r i s t i c so f f o r m a lm e t h o d s 3 7 4 2f o r m a lm e t h o d si n t r o d u c t i o n 3 8 4 3f o r m a lm o d e lo f t i m e 4 0 c h a p t e r 5a o s d m - u m l & s pm o d e i 。 5 1m e t h o d so f t i m i n gm o d e l 4 3 5 2a o s d m u m l & s p 4 5 5 ：；i l l u s t r a t i o n 4 6 5 4s u m m a r y 4 9 s u m m a r y b i b f i o g r a p h y p u b l i c a t i o n s p r o m e t h e a ms t a t e m e n t a c k n o w l e d g m e n t s 5 3 。一! ；8 v m 5 9 第一章绪论 1 1 选题背景与意义 1 1 1 现实背景和意义 第一章绪论 随着软件行业的飞速发展，分布式实时系统的应用越来越广泛，它是现代化生产的 保证，复杂的分布式实时系统在国防现代化建设中发挥越来越重要的作用，可信度是 很重要的一个评测标准。 实时系统就象它们的名称所表示的，是时间关键系统，时间是一种重要的资源。在 分布式实时系统中，必须在限定时间内完成消息的发送和接收。实时系统输出结果的 正确性不仅取决于计算所形成的逻辑结果，还要取决于结果产生的时间。这些系统广 泛应用在对时间有较高要求的环境中，如汽车，飞机，核反应堆等的控制中，这些系 统的失败轻则导致经济财产损失，重则生命丢失。 分布式实时系统在社会和国家生活中应用越来越广泛，影响也越来越大，系统也越 来越复杂，实时性的重要性不可忽略，它是影响系统可信度的重要因素，所以实时系 统的时间特性，需要重视和研究。 1 1 2 面向方面技术的产生背景和意义 目前主流的程序设计技术是面向对象的程序设计，这种思想将数据及其相关的行 为抽象为单独的概念或物理实体，表现了良好的封装性和模块性。在编写复杂程序， 比如图形用户界面、操作系统和分布应用程序等，以及维护源代码的可理解性方面， o o p 表现了强大的能力。早期，软件开发主要偏重于对软件功能的实现，面向对象( o o ) 可以很好的满足要求。 复杂动态分布式实时系统具有的异构性、分布性、动态性和自治性，如果不考虑 局部故障、带宽的动态变化、安全要素等等，面向对象是一种很合适的抽象。但是当 处理分布式系统中出现的方面时，面向对象的设计很明显地失去了它的优势，因为在 广东工业大学硕士学位论文 实时系统中，有很多非功能需求，且这些非功能需求往往横切整个系统。 从软件工程的整个软件开发周期来看，面向对象的一些不足之处“j 1 ： ( 1 ) 设计阶段：由于以类为单位组织模块，因此它不能全面反映系统需求； ( 2 ) 编码阶段：o o p 将所有数据和方法都封装到相应的类中，这有利于增强数据的安 全性和模块化，但也有一些数据和方法是特定于具体应用的，因此这种封装同 时也减少了代码和模块重用的可能性； ( 3 ) 维护阶段：由于类中夹杂了其它各种特定于应用的代码，使得类的功能变得模 糊，维护人员也难以理解。此外，由于完成某个特定需求( 如日志、安全) 的代 码分散在各个类中，当这些代码需要改变时，很难把它们全部找出，这就给程 序的健壮性带来了隐患。 此外，“将牵涉到全局限制和总体行为的系统责任局部化：适当地分解需求和划分 系统责任，使之能够模块化地实现：应用领域特定知识 等，不管是采用o o p 技术还是 过程型技术，都不能很好地解决这些问题。a o p 的出现，正是为了改进上述程序设计方 法学的不足。a o p 被视为是后面向对象时代的一种新的重要的程序设计技术。 早在上世纪9 0 年代中期，施乐公司的帕洛阿尔托研究中心( x e r o x pa r c ) 就已经提 出了a 0 的编程技术，但一直发展缓慢。从上个世纪末至今，由于互联网中分布式系统 的广泛应用，用户对软件的非功能需求( 安全性，健壮性等) 亦提出很高的要求，0 0 的 不足之处和a o 的优势便凸显出来，从而吸引了大批研究人员开始对a 0 进行研究：如对开 发方法的改进：对体系框架的重新设计使其满足特定的需求：对a o 概念、细节的补充、 完善以及对原来各种语言添加a o 特性等。 虽然现阶段的a o p 技术还处于相当不完善的阶段：它只能应用于很少的几种语言环 境下并且必须掌握源代码才能进行织入，还有许多概念没有同一和完善。但以r u p 之父 工v a fj a e o b s o n 为代表的科学家们仍对a o 推崇备至，他们认为a o 将最终改变整个软件 开发方式，并且更完美的实现“用例驱动 的开发思想。 从上述的比较中可以看到，a o p 技术在处理系统横切关注点时是优于o o p 技术的。 但是，这并不意味着a o p 技术是可以取代o o p 技术的。相反，它的出现只是可以很好的 弥, b o o p 在处理横切关注点时所表现的不足。对于系统中核心关注点的实现，仍然需要 使用o o p 技术。而在处理横切关注点时，可以使用a o p 技术对横切需求进行模块化实现。 从广义上说，a o p 是o o p 技术的发展。 2 第一章绪论 1 1 3 面向方面建模 计算机解决现实世界问题是通过对问题域进行分析建立相应模型，并利用编程语言 提供的语法机制进行编码解决问题。其过程如下所示n j ，： 现实世界问题域j 建立模型专编程实现一计算机世界执行求解，其中建模很重要， 它的准确与否，对整个项目成本和效率起到很大作用。 面向方面编程是一种基于关注分离的新技术，系统不同的关注能够分离并单独的设 计，可以解决面向对象编程难于解决的复杂问题。例如在以往的过程化程序设计和面 向对象编程技术中，某些程序设计代码分散在系统各个模块中，从而导致系统难以开 发和维护，面向方面编程技术就能很好的解决这个问题，并提高了模块的重用性。面 向方面软件设计把系统建模分成两部分：核心组件( 基本元素) 和方面。 随着a o p 技术的日渐成熟，a 0 的思想己不再局限于编程层次，而且开始影响到软件 开发的各个阶段，形成了面向方面软件开发( a o s d ) 技术。a o s d 允许开发人员在系统分 析、建模、编码、调试和维护的各个阶段，都可利用a o 的思想进行处理。 其中，面向方面建模技术允许系统开发者在系统设计时，从核心功能性需求中分离 出不同的关注，例如实时性、安全性、错误和异常处理、日志、同步控制、调度、性 能优化、通信管理、资源共享、分布式管理等n 一。同时通过支持方面的组合和绑定来实 现系统的集成。关注分离可帮助改进系统的设计，开发者只需要实现单独的方面而不 必考虑其它方面和系统的核心组件。实时性是实时系统的最重要特性，可以利用a o p 技 术把实时系统的实时性作为开发系统的一个独立的方面，并建立相应的时间模型来实 现时间方面，从而方便实时系统的设计和开发，确保系统的实时性。 但是a o p 技术目前还不成熟，还没有形成统一的标准建模方法。现有的方法都比 较零散，主要针对软件设计的某个阶段，特别是编码阶段来讨论，没有把a o p 技术应 用到软件设计的整个过程，发挥a o p 技术的优势；而且每种方法之间又可能产生不兼 容，产生混乱的局面。因此，非常需要探索一种比较完善的面向方面的软件建模方法， 由于面向方面建模是一个比较新的领域，实际上面向方面编程的方法也还在发展中， 所以并没有形成统一的建模方法。所以，这个课题，需要我们将来很长一段时间的研 究和探讨。 3 广东工业大学硕士学位论文 1 1 4 时间方面 在应用面向方面方法对分布式实时系统的建模和应用研究上已经有了初步的成果。 把实时性，安全性等关注，从核心功能需求中分离出来，作为单独一个方面进行建模。 在实时系统中最关键的就是时间要求，如果系统没有在给定的时间里完成任务，任 务则失败的。这些时间要求散布在整个系统的功能部件里，带来了代码混乱和代码分 散问题，导致系统代码不易读，不易修改，易产生不一致，重用性差，不易修改和升 级等一系列问题。 分布式实时系统的时间分析是非常复杂的，不同的分布式实时系统具有不同的时 间特性需求。它的时间方面包括确定的时间、不确定的时间和模糊时间等。为了简化 多种时间混淆在一起形成的复杂性，我们可以把这些时间进行分类，并分离出来形成 子时间方面。根据面向方面的思想，不同的时间子方面还可以利用不同的形式化语言 来表达。在实现所有方面模型之后，又可以把它们织入到系统，完成它在系统特定的 作用。目前，各种形式化语言都是通过扩展实时性来建模实时系统，还没有一种较完 善的语言能够表达所有的时间特性。 1 2 研究动态 文献“，把实时系统的时间特性做为一个方面进行建模，而且进一步细化多个子方面： 面向方面的基本时间模型，定义时间及时间值；面向方面的事件模型，定义了时间及 相关事件的概念；面向方面的时间机制模型，定义了时间机制概念；面向方面的服务 模型，定义了时间服务的概念；面向方面的确定性时间特性模型，对确定性的时间特 性进行分析；面向方面的随机时间特性模型，对随机的时间特性进行分析；面向方面 的模糊时间特性模型，对确定的时间特性进行分。每个时间子方面根据各自的特点利 用不同的形式化方法来表示。这些不同的时间子方面实现之后能够重新组合成一个时 间方面，并管理着系统的实时性。异构的分布式实时系统的时间分析是非常复杂的， 不同的异构的分布式实时系统具有不同的时间特性需求。为了简化多种时间混淆在一 起形成的复杂性，我们可以把这些时间进行分类，并分离出来形成子时间方面。根据 面向方面的思想，不同的时间子方面也可以利用不同的形式化语言来表达，在实现所 有方面模型之后，又可以把它们织入到系统，完成它在系统特定的作用。目前，各种 4 第一章绪论 形式化语言都是通过扩展实时性来建模实时系统，还没有一种较完善的语言能够表达 所有的时间特性。s q tl 【l 能够很好的表达确定的时间特性和随机的时间特性，并且可以 转化为时间自动机方便时间子方面的织入。因此，利用s q t l 来表达确定的时间特性子 方面和随机的时间特性子方面，模糊时间特性子方面采用模糊时间p e t r i 网( f t n ) 时1 来 建模。 但还存在问题，时间方面的建模，还没有统一的一种方法对所有的复杂情况进行 建模，建的模不能很好的突出复杂的分布式实时系统的实时性，而且不能很好的保证 分布式实时系统的可靠性和可预测性，毕竟，面向方面建模是一个比较新的领域，需 要对分布式实时系统建比较完善的模型；用u m l 扩展进行建的模存在语义问题t ，s 凹l 与p e t r i 网( f t n ) 适合各子方面的建模，并无二义性，但形式化语言不易于理解。在系 统建模过程中，建模方法表示能力的强弱也是影响建模准确性和简易性的重要因素。 一种成熟的建模方法的表示不应也不可能做到大而全，否则会严重降低方法的易操作 性和模型的质量。这就要求我们在相关建模方法之间的联系上进行挖掘，大胆借鉴其 他方法在表示能力上的某些优点，既能保证表现能力，又能精确和保证可靠性和可预 测性。 1 3 研究内容和组织形式 本文的课题是可信分布式实时系统的时间特性的建模，可信分布式实时系统的可信 性，主要取决于实时性，因此主要研究的是时间的建模。由于分布式实时系统的非功 能需求特别多，所以它是很好的应用面向方面建模的场所。整文思路主要围绕以下几 个问题：为什么建模，为什么面向方面建模，为什么时间特性建模，为什么u m l 建模， 为什么u m l 面向方面扩展，为什么u m l 实时扩展，为什么形式化方法建模，a o p 和 o o p 如何结合，u m l 怎样描述时间子方面，强大功能的面向方面时间模型的探索。 本文主要研究以下内容： l 、对分布式实时系统了解和研究； 2 、对a o p 技术的了解和研究； 3 、对u m l 和各种形式化方法研究； 4 、通过扩展u m l 来表达面向方面的相关概念，使a o p 和o o p 更好的结合； 5 、根据可信分布式实时系统的时间方面的重要性和复杂性，重点探讨建模方法，为了 5 广东工业大学硕士学位论文 解决u m l 建模的语义问题，保证建模的可信性，探讨u m l 和其他形式化方法的结合进行， 扩展约束，提出一个通用的、性能较好的对时间方面建模的方法。 6 、最后利用设计的模型来设计实际的分布式实时系统例子，验证模型的可行性及正确 性；通过对比不同方法的建模，得出本文所设计模型的优越性。 论文结构安排如下： 第一章介绍了分布式实时系统和面向方面技术的背景和研究动态，以及本文的研究 内容和组织形式。 第二章介绍了论文相关的基础知识和相关技术：可信分布式实时系统对于可信的要 求；简单介绍了分布式系统，实时系统，可信系统和系统建模的重要性；面向方面技 术，还简单介绍u m l 、形式化方法等建模语言。 第三章u m l 概述和应用，通过扩展u m l ，对面向方面扩展和实时扩展。 第四章重点分析介绍了形式化方法。 第五章分析分布式实时系统的时间特性，综合分析各种建模方法，针对分布式实时 系统时间特性的特点，保证分布式实时系统的可信性，提出一个统一的面向方面时间 模型命名a o s d m - u m l & s p ，并举例建模验证。 6 第二章基础及相关技术 第二章基础及相关技术 2 1 可信分布式实时系统 过去十年，伴随着微电子、计算机及通信技术的发展，计算机应用不断向更广的范 围和更深的层次发展。计算机系统发展有以下的趋势：由单机向多机、集中式向分布式 发展。分布式系统与集中式单机系统相比，有明显的优势，如：好的性能价格比，可靠 性更高，灵活易于扩充，特别是系统透明这一特性。分布式实时系统是所有软件系统 中最复杂的系统之一，它具备了分布式系