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硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 摘要 随着计算机网络技术的发展，传统的c s 两层结构已不再适应需求，三层次结构 系统日益成为研究和应用的重点。 本论文围绕路灯远程监控系统，研究了基于w e b 的三层次结构系统的概念和功能 特点，并重点研究了m i c r o s o f t 的w i n d o w sd n a 架构以及其中间件技术。论文的后 半部分根据路灯远程监控系统的结构特点和功能需求，提出了一个基于w e b 的三层 次结构的远程监控系统的实现模型，并且针对这个模型，详细介绍了如何应用 w i n d o w s d n a 、x m l 以及c o m + 等关键技术来实现这个远程监控系统。 关键词：三层结构，远程监控，x m l ，中间件 第l 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t r a d i t i o n a la r c h i t e c t u r eo fc si sn o t a d a p t e dt od e m a n dn o w , t h et h r e e t i e ra r c h i t e c t u r es y s t e mb e c o m ei m p o r t a n ti n c r e a s i n g l y a tr e s e a r c ha n d a p p l y i nt h i sp a p e r , t h ec o n c e p ta n dc h a r a c t e ro ft h r e e t i e ra r c h i t e c t u r ei si n t r o d u c e d a n d e m p h a s i z et h et h r e e t i e ra r c h i t e c t u r eo fw i n d o w sd n aa n dt h em i d d l ec o m p o n e n t s t h e n w e a n a l y z et h es t r u c t u r eo fw e b - b a s e dc o n t r o ls y s t e m ，a n db a s e do nt h e s e ，am o d e lo ft h e w e b b a s e dr e m o t ec o n t r o ls y s t e mw i t ht h r e e t i e ra r c h i t e c t u r ei s p u tf o r w a r d s e v e r a lk e v t e c h n o l o g i e ss u c h a sw i n d o w sd n a a r c h i t e c t u r e ，x m la n dc o m + a r ed e s c r i b e dd a r t i c u l a r a n du s e dt or e a l i z et h es y s t e m k e y w o r d s ：t h r e e 。t i e ra r c l l i t e c t u r e ，r e m o t ec o n l r o l ，x m l ，m i d d l e c o m p o n e n t 第1 i 页 颧士论文远程救控系统体系结构蝌究教蜜现技术 1 概述 唾莲霉l 言 透年来，臻罄辩学授零翡遗遽发释，a 稻黪爱产嚣淹、雯滔方式帮靛生了鬟大翡 变化， 乍 为生活生产中j 常重要的一项技术即驻拄技术的懿要饿难在逐渐被入们所认 瑷帮蘩褪。 程现场设备分布广泌绒数据不易袋榘的场合，要能够随时随地及时地监视设备的 运行状态著遴嚣鸯袋控鞭，速菰= 蘸远纛溢控按零在互数圭鼹霪慕。它穗够柽大黎褥褰 系统运行效率。 一般方寨楚蒹器理瓣蘑绞投零薅器个登整餮餐滚撩越寒，分舞予各个设套豁蒋惑 器、媳披设镰等就从分立单元阶段进入了集成帮元阶段；然后备个管理站点的服务又 懑嚣鬣秘连接起来，逮榉魏黪成了金数漆鼙瓣( i n t r a n e t ) 。蠹予建立了蕊零嚣秘终鑫 感基戳搬槐，设餐黢测、维护技术缦姨滋入了爨成系统除段，在个单馒的内粼基本 上实鬻了资源秘藏惫共搴，餐魏；蓥控鼷统将设蚕嚣嚣德熬提供缭羧务器，工俸天委 程服务器糍帮可了解整个系统熟运露臻摄。 然瓣瑗蔑臻声黠鼗接系统懿鬟隶，酷经苓莰霞滚是予赞统意义上豹慕集爨按铷辏 出，丽烧要和最断的网络技术槽结合，朔最新的管理技术稻结合，泼最满效、瀚节省 懿方式，实褒数撰熬莛攀及裂簿浸大豫。系统痰该爨骖献逶装实跨获取数强窥黠竣冬 进行麟控操作a 简单的讲，对企址来说就是如何充分幂晴j 现代摭术解决赛时数捺的采 嫠、转竣彝襄照。 i n t e m e t 为邀稷监控投术的发展提供了新的环境，远程监控披术正伴随着网络技 零翡笈矮瑟不驽怒囊。簸凌主遮麓惩熬方法裁蹩建立鏊予w e b 游运疆漆整系统，警 璁人员可以通过i n t e m e t 访问信惑库，拣远离蕊场的地方眈如在家或在外地就可以着 热| 竣务逡嚣祷穗劳发送控铡售患剜控露系统，囊系统鑫动或出肖关人员避嚣搽佟，双 傈谖系统救顺利运行。与传统系统檀魄，这样可黻大大麓传操彳窜，实现大范露随灏鼗 据共攀。 辫戳，逅稳鼗控帮蘧据本融诗箕梳潺过瓣辫系绞( 将疑是i n t e m e t ) 薅远秣瓣竣 锫进行检测与控制，包播了设备冉勺远程数据采集、设餐的远程监控和设备的远程维护。 琵基予w e b 静运糕蕴控系绕藕怒菇w e b 律凳疆蔼平台鹣莲茬系统 椎， 第1 蕊 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 远程监控系统技术的产生和发展是计算机技术、信息技术、网络技术等学科在监 控系统中得至l 充分程翔的产锈。远程实时监控系统包含了信悫传送、远漆控铡、故障 监测、远程诊断、维护等各种系统技术，也同样可应用于上述各个领域。 1 。2 远程监控系统的背景、现状及发展 多年来，由子工、监控翻要求的高珂靠往、实时榷和高环境适应性等特点，鑫动羧 制技术的发展一直沿着自己的道路发展，目前工业测控领域所使用的通信技术都是自 成体系，许多通信协议不开放。 从开始的设备故障检测技术的诞生至现在的几十年中，产生了诲多监控程序_ j 强系 统。但大多数系统都是面向单台，或单一类型的设备。而随着生产力的进步，设备的 分布越来越复杂。单一的，各自独立黪篮铡系统已不麓适应，予是便产生了分布式系 统。这种系统以计算机网络为基础，使系统资源分配趋于合理。但是由于目前运行的 绝大多数分布式监测系统还只楚在局躐网上，具有一定的地域局限性。 近二十年来，随着通信技术、网络技术的飞速发展，i n t e m e t 的出现为远程监控 的实施手段提供的新的资源和方法。在i n t e m e t 上，地域上的差别几乎被抹除了。人 们无法从网页浏览速度或奄予邮传的传递鞋闻来判凝地理位置的远近，i n t e m e t 在人 们之间、企业之间架起座桥梁，佼信息的流量空前提高。i n t e m e t 最大的贡献可能就 是瓷源共事，它能萎逶有无，从丽有能力解决以前在裰有限魏资源下 疑难解决的问题。 为远程监控系统的发展提供了良好的条件。 巯控技术豹发矮始终与最新技术的发展惑息相关，使雳者不断对远程监控的简便 性及实时性提出了更高的要求。因此必须要更好的更及时的应用最新技术，这榉才能 使得远程监控不断的发展，不断的满足人们的需求。 霹翦远程监控技零黪主流是应用i n t e m e t 技术，在t c p i p 协议程w w w 觏范的 支持下，合理组织软件结构，使工作人员仅在b r o w s e r 界面下通过访问网络服务器来 逐速获取自邑投限下豹翳有信息并及对作出搽作。 将来，嵌入式系统的发展会越来越迅速越来越成熟。这项新技术迟早必将用于远 程监控系统上，是监控系统未来发展方向之一。嵌入式益控系统可以使信息实现本 地化处理，改善服务器性能，可以使每一个设备具备上网与服务功能，即每个设备 都可以独立进行服务，从而大大提高监控的质量和范围。 第2 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 1 3 本论文的目的 近年来，计算机网络技术发展迅速，以i n t e m e t 和i n t r a n e t 为应用背景的分布式 计算机技术也随之受到重视并被日益完善。作为这些技术的一个具体应用，远程监控 系统正快速发展起来。特别是随着信息技术和计算机网络技术的发展，加上生产的现 代化，设备的大型化、连续化、高速化、自动化、远程化的发展，基于w e b 的远程 监控技术正在世界范围内兴起。现今世界产生如下需求：企业中的设备可能由异地组 织、或者由异地企业来控制管理，故研究远程监控技术是实现新的技术管理的一个重 要方面，远程监控可广泛用于生产生活各个方面，它可以提供一种新的更有效更灵活 的管理手段，从而提高管理的效率。计算机网络从最初的局域网到国际互联网，网络 技术正在迅速发展，局域网与互联网正被各行各业广泛应用。所以，本文提出的基于 w e b 的远程监控技术的研究就是通过对目前阶段下网络技术的分析，以路灯的远程监 控为背景，寻求一种现阶段下最适宜的远程监控体系的解决方案。使该系统能满足可 靠、安全、快速的要求，为监控提供必要、及时的信息。 1 4 本章小结 本章主要介绍了远程监控系统的概念、现状及发展趋势，介绍了远程监控系统的 实现要求和目标，并在此基础上提出了以路灯监控为背景的远程监控系统的实现作为 本论文的方向。 第3 页 硕士论文 远程监控系统体系结构研究及实现技术 2w i n d o w s 三层结构技术 2 。1 什么是三层结构 客户n 务器模式在产生之初被设计为两层结构模型，一般又称之为以数据库为 中心的结构。应用系统的业务逻辑( b u s i n e s sl o g i c ) 部分可以放在客户端或服务端， 但一般只存放于某一端，不会同时两端都有。两层结构模型将应用的业务逻辑从服务 端移至客户端，有助于减少服务端的处理，从而提高系统的性能。业务逻辑以s q l 语句或存贮过程调用的形式表示。s q l 语句的网络开销过大，在业务逻辑简单的应 用中表现尚可，但对于分布式的业务处理，就会显得有些不足。 客户朋艮务器模式使实现灵活性、高效率、低成本的应用环境成为一种可能，其 优越性是无庸置疑的，接下来的问题是如何扬长避短。于是人们提出用一种三层或多 层模型实现客户n 务器模式。在这种结构中，应用系统的业务逻辑被分别放在客户 端和服务端，客户方程序与服务方程序之间的交互数据被表示成消息，这些消息通过 中间件提供的服务进行传递。这种以中间件为中心的结构，一方面避免了两层结构中 的网络开销，另一方面使客户n 务器模式的灵活性、高效率、低成本得到发扬【2 1 。 现在，越来越多的应用从两层结构向三层结构迁移，越来越多的新应用正在直接 采用三层结构模式。 2 2 三层结构的功能划分 夺表不层 表示层是应用的用户接口部分，它担负着用户与应用间的对话功能。它用于检查 用户从键盘等输入的数据，显示应用输出的数据。为使用户能直观地进行操作，一般 要使用图形用户接口( g u i ) ，它操作简单、易学易用。在变更用户接口时，只需改写 显示控制和数据检查程序，而不影响其他两层。检查的内容也只限于数据的形式和值 的范围，不包括有关业务本身的处理逻辑。 图形界面的结构是不固定的，这便于以后能灵活地进行变更。例如，在一个窗1 ：3 中不是放入几个功能，而是按功能分割窗1 3 ，以便使每个窗口的功能简洁单纯。在这 层的程序开发中主要是使用可视化编程工具。 第4 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 夺功自屡 功能鼷相当予应用的本体，它楚将具体的业务处理逻辑编入程序串。功能层需要 处理大量的数据，而处理所需的数据则要从表示屡或数据层取得。表示层和功能层之 间的数撂交往要尽可能简洁。用户检索数据时，餮设法将有关稳繁要求的信怠一次传 送给功能滕，而由功能层处理过的检索结果数据也一次传送给表示层。在鹰用设计中， 一定要避免“遴行次监务处理，在表示徭和功麓层闻遴行多次数据交抉”髂笨 窭设 计。通常，在功能层中包含有确认用户对应用和数据库存取权限的功能以及记录系统 簸建鑫志的功能。 夺数据屡 数据豢裁是d b m s ，受责警褒瓣数据簿数据豹读写。d b m s 必须蔻迅速掇行大量 的数据更新和检索。现在的主流是关系数据库管理系统( r d b m s ) 。因此，一般从功 瑟传送到数摇艨戆要求大都笈耀s q l 潺言。 2 。3 三层结构的特点 夺具有焚活翡硬伴系统稳成 对于各个层可以选择与其处理负荷和处理特性相适应的硬件。这是一个与系统可 缀赦蛙壹接穗关熬润蘧。镪翔，最秘震一念工终蘩佟为簸务器，将数据屡秘功能蔟郡 配置在这台服务器上。随着业务的发展，用户数和数据量逐渐增加，这时就可以将工 作潞褥为耱戆层瓣专薄鼹务器，弱夕 逵麓台专建予数据漂瓣照务器。菪渡务遴一步 扩大，用户数进一步增加，则可以继续增加功能滕的服务器数目，用以分割数据库。 漶瘊、合瑗逸分裁三层结擒势使茭独立，露爨搜系统橡戏黥变更饕攀麓攀，提毫疆彦 的可维护性 三层c s 结擒中，应翅豹各屡冒戳并行开发，各层也霹戳选择冬自最邋合的开发 谮言。 剩于变更和缨护应用技术觏范 因为怒按层分割功能，所以备个程序的处理逻辑变得十分简单。 进行严密的安全管理 越关键的应用，用户的识别和存取权限设定越重要。在三层结构中，识别用户的 机构是按爆来构筑的，对魔用和数据的存淑权限也可以按层进行设定。例如，即使外 部的入侵者突破了表示层的安全防线，若在功能滕中备有另外的安全机构，系统也可 以阻止入侵者进入其他部分。 夺系统管理简单，可支持异种数据库，脊缀高的可用性。 第5 页 硕士论文 远程监控系统体系结构研究及实现技术 2 4w i n d o w sd n a w i n d o w sd n a ( w i n d o w sd i s t r i b u t e di n t e m e ta p p l i c a t i o n sa r c h i t e c t u r e ) 是m i c r o s o f t 为将个人计算机同互联网联系在一起而建立的一种新架构。这个构架是m i c r o s o f t 的 w e b 体系结构的基础。 w i n d o w s 操作系统不断升级而产生的各种新应用是w i n d o w sd n a 成功的坚实后 盾。w i n d o w sn t 是面向企业的新的操作系统。但它不提供其他的企业服务，w i n d o w s n t o p t i o np a c k 中加入了这样的功能。o p t i o np a c k 提供了服务i i s ( i n t e r n e t i n f o r m a t i o n s e r v e r ) 、m s m q ( m i c r o s o f t m e s s a g e q u e u e ) 、m t s ( m i c r o s o f t t r a n s a c t i o ns e r v e r ) 等。 随着w i n d o w sn t o p t i o np a c k 的发布，m i c r o s o f t 开始了e n t e r p r i s e 开发。它区别了独 立的软件开发人员和需要这些服务的e n t e r p r i s e 应用程序开发人员。w i n d o w s2 0 0 0 的 发布提供了更多的服务，以及称作c o m + 的c o m 。w i n d o w s2 0 0 0 是可以处理大型企 业中的大型任务的操作系统，可以更容易的创建和管理分布式应用 3 1 。 2 4 1w i n d o w sd n a 的管理原则 w i n d o w sd n a 平台是多层次分布式应用程序模型。它提供了一系列服务和工具 作为操作系统基础结构的一部分。这些服务把个人计算机、主机、i n t e m e t 和客户服 务器等联合在一起。 要把这些技术都混合起来，操作系统可能变得有些臃肿。不过，一般不会这样， 因为你可以选择自己所需要的服务。这可以通过选择适当的w i n d o w s2 0 0 0 层并安装 需要的服务来实现。w i n d o w sd n a 的管理原则如下【3 】 4 】： i n t e m e t r e a d y i n t e m e t 技术，如t c p i p 、h t t p 、和f t p 加入了该操作系统中。 这样应用程序就可能完成i n t e m e t 任务。 夺快速上市开发垂直的应用程序并不简单。垂直的应用程序是用户可调整的。 夺协同性平台交叉是很复杂的问题，没有好的解决方法。协同性使用开放性的 协议和标准，保证一种解决方法可以在多个卖主中作用。 夺较少的复杂度不同的安装使事情变得更复杂，有些是操作系统的一部分。一 个例子就是t c p i p 。因为未来是t c p f l p 网络技术的，所以把它加入操作系统是 很有意义的。因为要考虑的变量会更少，这就使整个安装和支持不太费力。使你 可以集中精力解决商务问题。 夺语言工具独立w i n d o w s 平台的基础使第三方开发人员可以选择自己的开发 环境。他们可以选择最适合的语言。 第6 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 2 4 2w i n d o w sd n a 包含的服务 w i n d o w sd n a 可看成是一种操作系统，它提供了不同的服务和工具，从而可以 用合理的设计过程构建应用程序。 要创建应用程序需要合理的设计过程。但由于技术问题，在开发过程中经常会遇 到障碍。开发人员为了解决这个问题，提出了自己的解决方法，或是使用别人的方法。 但这也带来了问题，因为他们之间的链接关系很弱。随着应用程序变得复杂，要保持 这种链接变得越来越困难。 w i n d o w sd n a 包含了一套标准的基于m i c r o s o f tw i n d o w s 的服务，它支持用户和 浏览、商业处理以及数据存储。这些服务是分布式应用服务、分布式构造服务以及通 用接口。 下图列出了w i n d o w sd n a 支持的服务和产品映射。 服务接口产品映射 应用服务 w e bs e r v e rh t m 吐i i s w e bb r o w s e rh t m l【n t e m e te x p l o r e r s c r i p t i n gv b s c r i p t ，j s c r i p t “d e n a l i ”d h t m l t r a n s a c t i o ns e r v i c ed l el r a n s a c t i o n sm t s m e s s a g eq u e u i n gs e r v i c e “f a l c o n ”a p i m m q s d a t a b a s e d d b c ，o l ed bs q ls e r v e r m a i la n dc o i l a b o r a t i o n m a p i ，p o p 3 m i c m s o f fo u t l o o k ，m i c r o s o f f s e r v e r e x c h a n g e j a v av i r t u a lm a c h i n ei a v am i c r o s o f tj a v av i r t u a lm a c h i n e u n i v e r s a ld a t aa c c e s s m ) o ，o l ed b ，o d b c v a r i o u s 构造服务 d i r e c t o r y a d s ia c t i v ed i r e c t o r y w i n d o w sn t s e r v e r s e c u r i t ys s lw i n d o w sn ts e r v e r ，i n t e m e t e x p l o r e r n e t w o r k r c p i p ，p i p e s ， w i n d o w sf a m i l y i n s o c k , e t c r e m o t ef i l ea n d p r i n te i f s ，s m b w i n d o w sf a m i l y c o m p o n e n t se o m ，d c o m ，a c t i v e x w i n d o w s f a m i l y 图2 4 2 1w i n d o w sd n a 支持的服务和产品映射 m i c r o s o f t 使用开放的协议和通用的接口建立w i n d o w sd n a ，使其他组织整合第 三方组件变得很容易。另外，通过提供工业标准，w i n d o w sd n a 将使i n t e r a c t 开发人 员更从容地使用技术的变化1 4 1 。 第7 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 2 5m i c r o s o f t 三层网络结构 m i c r o s o f t w e b 方案的最新进展是多层应用程序( m u m t i e ra p p l i c a t i o n ) 结构，也 称作n 层结构( n t i e ra r c h i t e c t u r e ) 。m i c r o s o f t d n a 结构采用三层结构( t h e t h r e e t i e r a r c h i t e c t u r e ) 来构建多层应用程序5 】：外部表现、事务逻辑和数据层。如图所示： 图2 5 1m i c r o s o f t 三层网络结构 应注意的是：这里指的不是物理结构，而是表明抽象的概念。多个物理层可以存 在于一个抽象层中。 2 5 1 表示层 应用程序在表示层( t i e r l ) 中与人进行交互。这是很必要的，因为人们不能有效 的理解硬盘上的位和字节。这一层的数据是我们可以理解的。现在，主要用键盘、显 示器和鼠标交互，以后会有更好的设备。在当前的m i c r o s o f t d n a 版本中，表示层的 焦点是要提供对任何时间、任何地点和任何方法的访问的支持。用i n t e r n e t 集成，如 浏览器、拨号交互式连接和网络技术设备，都可能实现。这一层的工作是烦琐的，因 为客户机类型是动态变化的。在m i c r o s o f td n a 结构中，客户机不仅仅是基于 m i c r o s o f t 的，还包括u n i x ，m a c 和其他操作系统。要支持不同的平台，表示层的级 别从胖客户机到瘦客户机。不一定瘦客户机负载的字节就少，因为可能包含有百万字 节的图片。不同的参数是可以在客户机端执行的功能数。表示层一般有两种解决方案： 夺基于页面的解决方案 第8 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 基于页面的客户机连接在网络上下载它所需要的内容。它不会下载整个应用程 序，而是应用程序的页面。 一个瘦客户机提出的是表示层的静态信息。你可以填满一些文本框，设置某些复 选框，提交给过程。这种功能类型与主机上的表单批处理相似。唯一的区别是终端可 以在i n t e m e t 上任何地点。一种典型类型是浏览器。静态的网络浏览器可以保证你的 应用程序有最多的支持。这种应用程序称为以浏览器为中心的应用程序。这种情况下， 运行环境由客户机决定。 如果需要更多的功能，需要一个动态的网络应用程序并使用更高级的网络用户界 面。这时应用程序的交互性更好。不过，代价是只有较少的网络浏览器可以使用。例 如，可以开发只在i n t e r n e t e x p l o r e r 或n e t s c a p e n a v i g a t o r 上作用的函数。对象应用是 基于网络浏览器的企业内部互联网和外部互联网应用程序。一般在这种情况下，可以 知道在使用哪一种浏览器。这就可以利用i n t e r n e t 的技术优势解决问题。 夺基于e x e 的解决方案 这种方案需要客户机端的一些功能。这些应用程序是可执行的，可以安装在客户 机上。依赖于i n t e m e t 的应用程序混合了底层操作系统和网络。有时由于要处理的任 务复杂，应用程序需要操作系统的一些功能。在这种情况下，浏览器所能提供的内容 就不够了。不过，同基于浏览器的方案一样，它必须连接在i n t e m e t 上。比如，数据 存储应用程序。通过数据仓库时，一般会生成复杂的数据透视表。这些表可以图形化 并进行比较。可以从这些作出决定。但因为图形化及复杂的处理，操作系统需要有图 形子系统，必须连接到网络上是因为不能把数据仓库加载在你的桌面上。还有最后一 种类型是只使用客户机，而且使用者不会知道i n t e m e t 的存在。此时应用程序可以是 单用户的。不过，因为大多数客户希望交换信息，所以这种类型的应用程序越来越少。 客户应用程序包括m i c r o s o f tw o r d 和m i c r o s o f te x c e l 。这些应用程序不专门需要 i n t e m e t ，但是也可以用于合作。这种类型的客户还带来了新的混合型客户应用程序。 混合型应用程序在需要时可以使用i n t e m e t ，但是用户看不到。用户注意不到这种区 别。在需要使用网络时，一种内嵌的浏览器就与网络连接，从那里加载数据并显示。 整个过程中，除了连接i n t e m e t ，用户不必输入u r l 或网络命令。也就是说，混合客 户型使i n t e m e t 的使用可以不着痕迹。 2 5 2 事务逻辑层 事务逻辑层( t i e r 2 ) 是程序的脉搏。它处理数据，事务处理规则和工作流程处理 这个问题。在这一层最重要的是大批量处理、事务支持、大型配置、信息传送和网络。 第9 页 硕士论文 远程监控系统体系结构研究及实现技术 从这里我们就可以看出这中间层很复杂。该层主要有三项服务：c o m + 、m s m q 和i i s 。当然，还有其他服务，如m i c r o s o f te x c h a n g e 和m i c r o s o f ts q ls e r v e r ，但他 们不是m i c r o s o f t2 0 0 0 分布的一部分。每项服务都执行一项特殊任务。 c o m + 负责基本的c o m 和事物处理功能。i i s 负责i n t e r a c t 服务，如s m t p ( s i m p l e m a i lt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 、f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 和h t t p ( h y p e r - t e x tt r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 。m s m q ( m i c r o s o f tm e s s a g eq u e u e ) 负责信息传送。每项服务都可以用其他 服务创建新服务。 在表示层和事务逻辑层之间，般树立着防火墙。这实际上并不能说是一层，但 它是重要的安全设备。防火墙是保证内部数据不会被损害的安全墙。在一般结构中， 防火墙只是总体框架中的一个设旌。而m i c r o s o f t d n a 不同，它把安全设备移入了事 务逻辑层，这样做的好处就是有了个一致的安全确认机制。当用防火墙作为安全机 构的中心时，可以知道对任何服务的访问。访问者可以被赋予一定的权利和特权。如 果权利被滥用了，可以用简单而一致的方法废除。m i c r o s o f td n a 创建了一个更简单、 更快速的安全框架。 2 5 3 数据层 最后是数据层( n e r 3 ) 。这是资源管理层。与事务逻辑层相比，它没有数据的处 理，而是定义了大量数据的管理任务。数据库和资源会变得越来越多，因此，这项任 务也变得越来越困难。有些数据在电子数据表中，有的在w o r d 处理文档中，更多的 在相关数据库中。u d a ( u n i v e r s a ld a t af o r m a t ) 对象模型称作o l ed b 对象模型， 是一个低级格式，u d a 负责存储并处理数据。 o l ed b 的策略与其它的有所不同，其中规定了对处理程序的定义。o l ed b 是 高速的、低级的。对o l ed b 的写操作需要一些数据收集工作。尽管这并不是m i c r o s o f t 2 0 0 0 分配的一部分，v i s u a lc + + 在称作o l ed bc o n s u m e rt e m p l a t e s 的顶端有一个模 板层，它简化了o l ed b ，但没有降低其速度和效率。 o l e d b 对象模型的优势在于它是不受限的。可以扩展对象模型，调整对数据的 访问。这像表示层一样，要用范围的延伸换取较多的功能。因为o l ed b 的低级性， v b 或脚本不能直接使用它。所以创建了一种称为a d o ( a c t i v ed a t ao b j e c t s ) 的简 化模型。这种对象模型很小但是很有用，允许对大部分o l e d b 性能的访问。 第1 0 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 2 6 中间件技术 中间件是一种独立的系统软件与服务程序，分布式应用软件借助于这种软件在不 同技术之间共享计算资源，中间件位于客户机与服务器操作系统之上，管理计算资源 与网络通讯。 2 6 1 为什么要使用中间件 中间件是实现三层结构的基础构件，是实现三层次结构的重要一环，三层次结构 的发展也推动了中间件的迅速发展，使用中间件的好处至少有下列几个： 夺完整性：在分布式计算规模越来越大的今天，关键性数据资源也越来越分散， 而关键任务应用需要绝对的数据完整性，这正是面向事务处理的交易中间件发挥 作用之处。 夺安全性：安全性的要求涉及很多方面，如网络节点的认证、应用系统的合法性认 证、终端用户身份认证、数据加密，等等。在各个层面上中间件都能对标准的安 全性保障措旋提供补充。 夺可伸缩性：应用系统必需建立在灵活可伸缩的基础之上，使不断扩展的企业应用 能够植根在易于生长的环境中，使产生于不同时期的应用能够整合成一个有机的 整体，而中间件正是这样一种基础环境。 夺可用性：大规模的分布式环境中，由于网络节点众多，使潜在的故障发生率增加， 因而关键任务应用要求系统必须具备强壮的抗故障能力。中间件提供了在故障发 生时的实时的故障恢复能力，从而有效地保证数据的高可用性。 夺可管理性：中间件能够使应用实现清晰的分层结构，分层结构使应用在不同层次 上获得丰富的管理手段。 夺互操作性：中间件通过一套简单的a p i 或通用界面将应用程序与底层环境分离开 来，实现异种操作系统平台、异种数据库平台之间的互操作性。中间件的互操作 能力为企业应用集成( e a i ) 提供了一种经济而有效的手段。 夺适应性：中间件使系统能够适应业务需求的不断变化，在产生增加或减少客户机、 应用程序、服务器节点等环境变化时，对整个系统的影响减至最小。 夺易开发：中间件提供了构造应用的基础构件，为开发人员屏蔽了直接接触底层环 境所要面对的复杂性，使开发人员专注于业务流程的实现上，从而使应用开发工 作简便易行。 夺经济性：中间件为不同的应用系统提供了一个标准灵活的基础结构，使企业避免 第1 1 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 了为多个应用系统反复编写底层程序重复劳动，使应用开发的人力投入大幅度减 低。同时，中间件的应用集成能力使原有应用的开发投资得到保护。 夺高效性：中间件作为标准的基础构件，产品化要求使自身处于持续的不断优化之 中，从而使居于上层的应用能够获得一种有质量的运行环境，满足应用在处理效 率上的需求。 夺分布性需求：中间件可以通过多种途径实现，如公告、服务登记以及服务的命名 和定位，将数据和进程快速分配到指定目的地。 夺易使用性：中间件支持多种开发工具和语言，实现开发环境的互操作。 2 6 2 常见的中间件 世界著名的资讯机构g i g a g r o u p 把中间件分为三大类，共十五种。另一家世界著 名的资讯机构i d c 同时指出，最近几年，增长率最高的中间件将集中在数据存取中 间件、消息中间件、交易中间件、对象中间件、应用服务器中间件5 种。 夺数据访问中间件 适用于应用程序与数据源之间的互操作模型，客户端使用面向数据库的a p i ，以 提请直接访问和更新基于服务器的数据源，数据源可以是关系型、非关系型和对象型。 这类中间件大都基于s q l 语句，采用同步通讯方式。此类中间件使应用开发简单， 但如果是透过广域网使用，会带来严重的效率问题，因为在低速网上来回交互s q l 语句会使通讯流量过大，同时对数据压缩、加密带来不便。 夺消息中间件 消息中间件适用于需要进行网络通信的系统上，负责建立网络通信的逻辑通道， 由消息中间件实现数据或文件发送。消息中间件的一个重要作用是可以实现跨平台操 作，越来越多的分布式应用采用消息中间件来构建，通过消息中间件来把应用扩展到 不同的操作系统和不同的网络环境中。 中间件领域目前最热门的技术是异步的消息中间件，异步中间件技术比同步中间 件技术具有更强的容错性，在系统故障时可以保证消息的正常传输，因而在过去的两 年里增长迅速。 夺交易中间件 交易中间件是专门针对联机交易处理系统而设计的。交易中间件就是一组程序模 块，用以大大减少开发一个联机交易处理系统所需的编程量。交易中间件的主要标准 是x o p e n 组织定义的分布式交易处理参考模型。交易中间件理论上相对成熟，功 能和性能界定清晰，基本上适用于联机交易系统，如银行业务系统、定票系统等。交 第1 2 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 易中间件管理应用声明和提交的交易，并通过两阶段提交协议等方式保证分布式交易 的完整性、控制并发、实现交易路由和均衡负载。 夺对象中间件 面向对象的中间件提供一个标准的构件框架，能使不同的厂家的软件通过不同的 地址空间、网络和操作系统互相交互访问。该构件的具体实现、位置及所依附的操作 系统对客户来说都是透明的。例如，我们可以通过简单的组装或扩展已有的构件就可 以建立一个客户机服务器结构的信息系统。面向对象的中间件技术的目标就是为软 件用户及开发者提供一种应用级的即插即用的互操作性，就象现在使用集成块和扩展 板一样。 有关对象中间件的标准相继问世，像o m g 组织的c o r b a 、m i c r o s o f t 的c o m 以 及i b m 公司的s o m 等，这些标准都极大地促进了对象中间件技术的发展。 夺应用服务器中间件 针对i n t e m e t i n t r a n e t 和其它分布式构件应用，提供服务方构件的完整环境。与交 易监控器类似，只不过是面向对象的、支持构件、具有标准a p i 。应用服务器将在越 来越热的电子商务领域发挥重大作用。 2 7c o m + 技术分析 w i n d o w s d n a s 是m i c r o s o f t 集多年技术精华而形成的一个完整的、多层结构的企 业应用总体方案。它将一个企业应用或者分布式应用分为表示层、业务逻辑层和数据 服务层。表示层为应用的客户端部分，它负责与用户进行交互；业务逻辑层构成应 用的业务逻辑规则，它负责接受和传递表示后所需的信息，并与数据服务层进行交互； 数据服务层为后台数据库。在这个三层软件体系结构中，c o m + 为核心层。 2 7 1 从c o m 、m t s 到c o m + c o m 编程模型基于用二进制发布类代码。这样c o m 组件的重用将不依赖源代 码。开发者可以用二进制形式发布程序，而不致泄露其所用的算法，并可以避免编译 时所带来的一些错误。由于c o m 是独立于语言的二进制码。可以用不同的语言来实 现c o m ，如c + + 、v i s u a lb a s i c 、j a v a 、d e l p h i 以及c o b o l 等，开发者可以选择一 种最熟悉的语言进行开发，从而提高开发效率，c o m 采用面向接e l 编程方法。 w i n d o w sn t 从4 0 开始支持d c o m ，d c o m 增强了c o m 的分布处理能力，支 持多种通信协议，加强组件通信的安全保障，把基于认证的i n t e m e t 安全机制同基于 第1 3 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 w i n d o w s n t 的c 2 级安全机制集成在一起。它使得局域网上不同计算机间的c o m 可 以互相通信，这种通信基于r p c 协议。 m t s ( m i c r o s o f t t r a n s a c t i o ns e r v e r ) 是为w i n d o w s n ts e r v e r 开发的一组软件。m t s 不仅实现事务监控，还为c o m 提供了一个全新的运行期环境，并增加了许多c o m 不支持的功能，如：分布式事务、安全模型、线程缓冲池，并增强了配置和管理能力。 m t s 还提出基于属性编程的概念，m t s 平台提供的服务可以通过设置属性来改 变。程序设计者可以在设计期间决定属性的设置，也可以在应用期间改变属性的设置。 虽然m t s 对c o m 的功能进行了一些改进和扩充，但它们并不能彻底融合成为一 个整体。c o m 是w i n d o w sn t 直接提供的，而m t s 是可选的，二者拥有不同的编程 模型，运行时所处的层次也不同。 随着w i n d o w s2 0 0 0 的发布，微软把c o m 、d c o m 和m t s 集合在一起称为c o m + ， 它是基于m t s 和c o m 扩展的一组服务，提供了改良的线程和安全性、事务管理、 对象池、排队组件以及应用程序管理及打包。c o m + 倡导一种新的设计概念。把c o m 组件提升到应用层，把底层细节留给操作系统，使c o m + 与操作系统的结合更加紧密。 c o m + 的底层结构仍然以c o m 为基础，但在应用方式上则更多地继承了m t s 的处 理机制，包括m t s 的对象环境、安全模型、配置管理等。它们之间的结构关系如图 所示 t o m + c o m + 目录 负载平衡 n i t sc o m f d c o m 内存数据库 事务支持基于接口的编程模型 对象池 资源分发和管理远程支持 队列组件 安全模型基本组件服务 新的时间模型 易于管理分布式组件服务 组件管理和配置 图2 7 1 1c o m + 组成结构图 c o m + 是一系列为基于c o m 应用设计的服务，使用它也很简单。首先需要创建 一个组件对象，然后创建一个c o m + i k 用程序，把要用的组件对象加入到这个c o m + 应用程序中。最后要做的就是通过属性的设置指出需要哪种服务，也就是为每个组 件建立一个环境。指出组件是否需要事务处理、负载平衡、队列服务等等，所有这些 信息即称为环境，这种方法称作面向属性编程。以后当客户调用一个组件对象时，一 个拦截器拦截了调用，并在调用到达组件对象之前检查当前的环境，而且指出需要什 么服务。例如：客户发出一个调用请求，拦截器首先得到调用请求，并将检查该c o m 对象的环境是否需要事务处理。如果需要就把它加入事务过程，并将调用传给组件对 象后执行调用，当调用完成后返回时拦截器又截取调用，并搜索环境看是否需要什么 清理工作。所有这些都将以环境的形式指出，而不需要在编程时考虑。这样做大大简 第1 4 页 硕士论文远程监控系统体系结构研究及实现技术 化了编程，开发者可以专注于业务逻辑而不是编程结构和技巧。这将导致一个非常简 单和规范的编程模型，而且易于升级、扩展。 c o m + 继承了c o m 和m t s 的所有特色，如事务、对象池、安全模型以及管理等 特色，又新增了队列组件、负线平衡、内存数据库和c o m + 事件等服务，使客户或者 组件程序直接利用系统服务，避免了底层细节处理、减少了开发成本、降低了编码量。 2 7 2 基于c o m + 的分布式w e b 应用 i n t e m e t 的普及和基于w e b 的应用促使工业界采用多层体系结构。传统的w e b 应 用是b r o w s e r w e bs e r v e r d a t a b a s es e r v e r 三层结构模型( 也叫b s 结构) 。客户端 浏览器向w e b 服务器发送页面请求，w e b 服务器收到浏览器的请求后，允许执行所 申请页面里需要在服务器端执行的代码，如访问数据库。执行结束后w e b 服务器将 结果生成h t m l 页面返回给浏览器，再由浏览器执行h t m l 代码，显示结果给用户。 与c s 结构相比，b s 结构是一个胖服务器、瘦客户端的模型，这种结构对客 户端的要求较低，易于实现跨平台访问。但b s 结构未能区分表示层、业务逻辑层 和数据访问层，因而也具有一般c s 结构的不足。业务逻辑和数据访问程序一般由 j a v a s e r i p t 、v b s c r i p t 等嵌入式小程序实现，分散在各个页面里，难以实现共享，给 升级和维护也带来了不便。 为了克服b s 结构的不足，我们把业务逻辑和数据访问代码封装进一些编译好 的组件，在页面里调用这些组件。利用c o m + 对分布式事务的支持，结合d n a 多层 软件结构的概念，将a s p 与c o m + 结合起来也可以建立分布、异构的基于w e b 计算 环境，如图所示就是一个典型的基于c o m + 应用的分布式应用结构。 l 客户1i l i n t