（电工理论与新技术专业论文）基于dcom的分布式应用系统的开发与研究.pdf

a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dp r o g r e s so fi n t e m e t ，p e o p l ec a na c c e s sc o m p u t e r e a s i l y ，t h a tf o l l o w st h a tt h e r ei se n o u g hp h y s i c a lb a s i st ow o r ka n d o rs t u d yw i t ht h e h e l po f c o m p u t e ra n di n t e m e t o nt h eo n eh a n d ，m o r ea n dm o r er e p e a t e dw o r km a k e s w o r k e r sf a t i g u e ；o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec o n t i n u o u sa c c e l e r a t i o no fc o m m e r c i a lr h y t h m a n dv e r yf a s tu p d a t i n go fv a r i o u sk i n do fs o f t w a r e sm a k ei th a r dt ol i v eo nu n d e rs u c h s u r r o u n d i n g s j u s tf o rt h et w or e a s o n si l l u s t r a t e da b o v e ，i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o p s o f t w a r ed e v e l o pm e t h o d t h ep r o g r a md e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yb a s e do nc o m p o n e n t j u s t i ss u c ham e t h o dw h i c hc a nm e e t p e o p l e s n e e d t h i sm e t h o dh a sm a n y a d v a n t a g e ss u c ha sh i g he f f i c i e n c y ，e a s i l yu p d a t i n g ，h i g hr e c y c l eu s eo fc o d e ，e a s i l y u p d a t i n ge d i t i o n ，m o r e o v e ri ti si n d e p e n d e n to fo p e r a t i n gs y s t e ma n dl a n g u a g e ，w h i c h m a k e si t s e l fb e c o m ep r e f e r r e dw h e np r o g r a m m e ra r eg o i n gt oc h o o s eam e t h o do f d e v e l o p i n gs o f l w a r e s d c o mi sac o m p o n e n ts t a n d a r dp u tf o r w a r db ym i c r o s o f t ，a n d w i n d o w so p e r a t i n gs y s t e mh o l d sm o s tu s e r s ，t h e r e f o r ed c o mb e c o m e sau n i v e r s a l c o m p o n e n ts t a n d a r d b u tb e c a u s eo fd c o m si n h e r e n tb u gi ni t ss e c u r i t ys u p p o r t m e c h a n i s m ，m o r eu s eo fi ti sl i m i t e d ，t h i s p a p e rb e g i n s w i t 1t h e p r o g r a m d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yb a s e do nc o m p o n e n t ，t h e nw o r ko v e rs e c u r i t ym e c h a n i s mo n t h eb a s i so f c h a o s ，f i n a l l yad i s t r i b u t e de x a ms y s t e mb a s e do nd c o mi sd e v e l o p e d t h em o s tc o n t e n io f t h i sd i s s e f t a t i o ni sf o l l o w e d ： ( 1 ) s t u d ya n da n a l y z et h es y s t e ms t r u c t u r eo fd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o np r o g r a m ， t h e na d v a n c ei n t e g r a n ts t r a t e g yw h e nw ec h o o s et h em i d d l e w a r e a tl a s ta n a l y z et h e f u n c t i o no fc o mi nw h o l ed i s t r i b u t e d o p e r a t i n gs y s t e mb yu s i n go l ? j e c t m o d e l m e t h o d ( 2 ) d i s c u s st h er e a l i z i n gm e c h a n i s mo fc o m & d c o mi nd e t a i l a n dp u tf o r w a r d a u t o m a t i o n t e c h n o l o g y f o rt h es a k e o f l a y i n g af o u n d a t i o nf o ro u rd c o m d e v e l o p m e n t ( 3 ) g od e e pi n t oa n a l y s i so fs e c u r i t ym e c h a n i s mb a s e do i ld c o m 、t h e na b a n d o n t h ei n t r i n s i cs e c u r i t ym e c h a n i s ma f t e ri t ss e c u r i t yl e a k sa r ef o u n d ，a n dd e s i g no u ro w n d c o ms e c u r i t ym e c h a n i s mg r o u n d e do nc h a o s ，w h i c hl a y saf o u n do fan e w d c o ms e c u r i t ym e c h a n i s mf o rd e v e l o p i n gd i s t r i b u t e dt e a c h i n ge x a ms y s t e m ( 4 ) d e s i g nt h ew h o l ef r a m e w o r ko fd i s t r i b u t e dt e a c h i n ge x a l ns y s t e ma n dd e v i s e n e c e s s a r yc o m p o n e n t sc o n c r e t e l y f i n a l l yt e s ta n dr u nt h ed e v e l o p e ds y s t e m ，t h e e x p e c t e de f f e c ti sa c h i e v e d k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e di n t e r n e ta p p l i c a t i o np r o g r a m ，c o m p o n e n to b j e c t m o d e l & d i s t r i b u t e d c o m p o n e n to b j e c t m o d e l ，a u t o m a t i o nt e c h n o l o g y , i m p e r s o n a t i o n ，r s a ，c h a o se n c r y p t 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，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。墨洼盘茔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了谢意。 学位论文作者签名：渤参乞 签字日期：加矿r 年月庐t 同 | 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁壅盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘洼盘茎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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 汤耖菱 签字厂| 期：栅f 年f 月口 a 同 导师签名：汤，坛 签字日期：晦t 月珈 j j | 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 近年来，随着网络技术和教育事业的飞速发展，传统的教学模式已经不能适 应新的发展要求。特别是由于我国正在实施的扩招政策，使得在校学生数量成数 量级地增长。大多数学校( 特别是普通高等学校) 的教学资源相当紧张，学生与 教师的比例正在不断的往上攀升，一般的一个班由原来的3 0 人左右一下子增加 到2 0 0 人那样的大班。结果教师的任务加重了，学生的学习效果也比原来下降了 很多。正是在这样的背景下，积极发展现代化的教学手段已成当务之急，强化教 育手段是缓解这一压力的有效方法。因此，快速开发出效率高，更新快，稳定性 强的教学管理系统势在必行，迫在眉睫。本论文正是在探讨组件化程序设计技术 的基础上，研究了基于d c o m 的混沌安全柔性机制，开发出基于d c o m 的分布 式教学测试系统。本章主要介绍了论文的相关研究背景和论文的主要内容及创新 点。 1 1 研究背景 分布式计算并不是什么新概念。从计算机科学诞生的时代起，就有了分布式 计算的印迹，无论是使用哑终端还是访问大型机，无论是通过l a n ( 局域网) 运行客户群和远程服务器交互还是在i n t e m e t 上执行a p p l e t ( 小应用程序) 操作 数据l 。 要注意到在两个端点( 即客户和服务器) 上的通信基础设施是逐渐变得复杂 并完善起来的。因为这种复杂性，需要用新途径来最小化给定系统的开发工作。 结果随着时代发展，对这种交互通信的支持日益被推进到操作系统上来。丌发人 员需要这种支持来把他们宝贵的时间集中到开发软件的功能性上，而不是开发通 信协议上，因为这是复杂、耗时、易犯错的。 9 0 年代c s 技术风靡全球。在c s 环境中，大多数应用逻辑位于客户机并 使用集中或分散的数据库服务器。较之主机环境而言，c s 环境使企业计算大大 地迈进了一步。但在实践中，人们发现这种方法可能导致过高的网络流量并使维 护变得困难。作为这类问题的解决方法之一，人们提出了多层应用体系结构，即 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 将某些应用逻辑独立于客户机及数据库服务器，发布在一个或多个物理服务器上 ( 称为应用逻辑服务器) ，由应用逻辑服务器负责访问数据，而大部分的更改也 只需要在服务器端进行。 多层应用体系结构需要中间件的支持，目前分布式对象中间件成为技术与市 场的一个主要方向。分布式对象技术允许开发者将运行于分布在网络中的不同平 台上的对象集成为应用。对象的封装和复用技术可以有助于控制系统的改动。它 们可使服务器编程者隔离改动并将维护的费用最小化。问题域和解题域的紧密映 射允许对企业建模并构造能够保证快速而准确的进行改动的实现。 为了方便与简化多层应用的构造，人们提出了“应用服务器”的概念。应用服 务器在分布式对象中间件的基础上实现了一些多层应用所必需的服务( 如安全、 事务管理、目录管理等等) ，使得应用逻辑服务器的开发者无需关注这些基本服 务的具体实现，而可以专注于业务逻辑组件的开发。这极大的方便了多层应用的 构造、开发与管理。可以预见，基于分布式对象的多层应用体系结构将成为企业 计算的新的技术趋势。 分布式结构是直接把所有的应用都转化为对象的概念【”。即分布式系统中任 何一个对象都可以通过一定的接口调用另一个对象提供的服务，甚至是另一个系 统中的某些对象提供的服务。在这样的结构体系中，客户端和服务器的概念都变 得模糊了，因为客户端的对象也可以产生自己的实例，在实际的应用中扮演服务 器的角色。 通过定义特殊的组件接口，分布式结构取得了软件体系上前所未有过的灵活 性2 1 。组件的接! z i 是用来指定哪些组件的服务是可以调用的，以及调用的具体的 方法是什么样子的。鉴于接口这样的特点，我们可以在不对接i m 做任何改变的情 况下，改变组件内部的实现过程与函数等，而不影响其他相关的组件的正常工作 和运行。 分布式系统从某种意义上说，可以看成是一种多层的客户端服务器系统 口j 。但是如果要区分其中的客户端1 服务器的数量的话，可能要相当的庞大。一 个最重要的不同之处就是：分布式系统还可以提供更多的服务。比如它提供允f ： 各个模块之间互相定位的功能，还有各个组件之间可以互相监视、互相通信，并 且可以协同起来j 一起完成工作。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 现在用得比较多的分布式结构，也就是分布式组件标准有三种【l l ，分别是： m i c r o s o f t 公司推出的d c o m ( 分布式组件对象模型，d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t o b j e c tm o d e l ) ； o m g ( 对象管理组织，o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 组织推出的c o r b a ( 公共 对象请求代理结构，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 ) ： s u n 公司推出的用j a v a 语言开发的分布对象模型r m i ( 远程方法激活， r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) 。 由于现在w i n d o w s 操作系统的垄断地位，本文采用基于d c o m 标准开发组 件，设计并开发出基于d c o m 组件的分布式教学测试系统。 1 2 论文的选题意义 随着互联网的不断普及，分布式应用技术的发展日新月异，人们对网络信息的 需求也日益增强，这就对信息的管理与共享提出了更高的要求。 随着j a v a 程序语言的出现和i n t e m e t 的发展，组件软件技术再次成为i t 管 理人员关注的焦点。组件软件技术的基本思想是：将大而复杂的软件应用分成 一系列的可先行实现、易于开发、理解和调整的软件单元，也就是组件 ( c o m p o n e n t s ) 。以此为基础的软件解决方案，效率高， 花费也低。 这种方案有利于在整个计算机工业形成软件开发的规模效益。采用组件结构 开发软件的优势在于1 3 1 ： ( 1 ) 缩短开发时间。由于编程人员可将先行开发的部件装配到新的程序中， 从而加速了新程序的开发。 ( 2 ) 降低集成费用。在将组件集成为一个完整的方案时，不同开发商采用 了一致的标准接口，减少了特殊的定制：i = 作。 ( 3 ) 开发更具灵性。只需简单调整全部应用的一些组件，即可为企业0 i 同 领域的应用提供特定的解决方案。 ( 4 ) 降低软件维护费用。各组件的软件功能是相对独立的，在维护和升级 一个组件时，不必变动整个应用。降低了费用，维护简便。 分布式组件结构是将这些优势应用于更广泛的多用户应用中，分布式组件对 象模式( d c o m ) 的主要优点和作用是： 天津大学硕士学位论文 第章绪论 ( 1 ) 分布式组件对象模式是在目前应用最广的组件技术的基础上发展而柬 的。 d c o m 简单说就是组件技术( c o m ) i j n 上一条较长的线( c o mw i t hal o n g e r w i r e ) ，即组件对象模式的基层扩展4 】【5 1 。它是微软a c t i v e x 的核心对象技术微 软和主要的工具开发商b o r l a n d 、s y b a s e 的p o w e r s o f t 、s y m a n t e c 、o r a c l e 、i b m 和m i c r of o c u s 等已经开始在销售的开发工具中包含了a c t i v e x 组件 6 1 。这些工 具和应用自动地支持d c o m ，使d c o m 获得了最广泛的支持。此外，1 0 0 0 多种 现有商业软件组件将支持d c o m ，目前也已经可供开发人员使用。 ( 2 ) 分布式对象技术是在i n t e m e t 上扩展组件应用的最好的网络技术。 由于是一种a c t i v e x 技术，d c o m 可以本地化地与i n t e r n e t 技术如t c i i p 、 j a v a 语言和h t t p 网络协议协同工作，并提供对象接入，使各种商业应用在w e b 上畅通无阻。不需任何特殊通信代码或附加的诸如“远程类”就可以支持目前的 j a v a 。 ( 3 ) 分布式组件对象技术是一项开放跨平台的技术。 现在微软公开发放d c o m 技术许可证给采用其它主要操作系统的软件公 司，包括基于u n i x 系统的多种应用。a g 公司目前已经采用d c o m 运行于基于 s o l a r i s 的操作系统。此外，微软正寻求与i n t e r n e t 标准制定实体，包括i e t f 和w 3 c 合作，促使d c o m 成为一种通用的i n t e m e t 技术。 总之，有最广泛的用户安装基础、本地化的支持i n t e r n e t 协议和丌放支持多 种平台是d c o m 的主要优势所在。由此也不难看出，不必放弃现有系统、人 员和设备的投资，用户就可以获得现代组件应用结构的多种益处。 由于分布式系统本身所固有的诸多优点，它的多层体系结构越来越受到广大 的软件开发人员的青睐。 具体来说，多层的体系结构具有如下优势： 在一个共享的中问层封装了商业规则，不同的客户程序可以共享同一个中涮 层，而不必由每个客户程序单独实现商业规则。客户程序可以做得很“瘦”，因为 很多复杂的工作由应用服务器代劳了，客户程序只需要关注用户界面本身。“瘦” 客户程序更容易发布、安装、配置和维护。 实现了分布式数据处理。把一个应用程序分布在几个机器上运行，可以提高 天津= = l - = 学硕上学位论文 第一章绪论 应用程序的性能。通过部分的冗余配置还可以保证不会因为局部故障导致整个应 用程序崩溃，有利于安全，可以把一些敏感的功能放在有严密防护措施的层上， 同时，又不至于使用户界面变得复杂。目前在较常见的三层体系结构中，最关键 的是应用服务器。它在三层体系结构中起了承上启下的作用。所以，应用服务器 又n ud a t ab m k e 叽 将应用分布化并不是问题的结束，分布式应用引入了个全新的设计和扩展 概念，它增加了软件产品的复杂性，同时也带来了可观的回报。例如，如果整个 复杂应用的逻辑结构可以用一个的模型来表示，那么仅仅只有一种方法来增加系 统的工作效率：用更快的机器，而无需对应用本身进行调整。 另外，分布式应用与它们的非分布式版本比起来具有更大的可扩展性【8 1 。例 如，某些本身就带有分布性的应用，如多人对战游戏、聊天程序以及远程会议系 统等，虽然这些应用也是分布式的，即它至少有两个组件运行在不同的计算机上， 但是因为它不是为分布性应用而设计的，所以它的规模和可扩展性就有很大的局 限性。其实，任何的组件应用程序、大多数的客户端服务器应用程序和一些桌 面办公系统本质上都无形中控制和协调着其用户问的协作和通信，如果将这些系 统改造为分布式系统，并能够在不同的地方运行不同的组件，那么将会给用户带 来莫大的好处，并且使人们对网络和计算机资源的运用更加充满信心。 正是因为上述原因，目前分布式对象中间件成为技术与市场的一个主要方向 【9 j 。分布式对象技术允许开发者将运行于分布在网络中的不同平台上的对象集成 为应用。由北京师范大学开发的远程教学系统新叶平台是传统的基于集中式 的开发方法开发研究的，所以开发效率不高，系统的集中控制模式使得系统的维 护变得复杂和困难【i “。本文研究开发的分布式网络测试系统具有开发效率高， 数据维护灵活等优点，各项功能指标都能达到系统的j f 常要求。 1 3 论文的主要研究内容及创新点 基于d c o m 的分布式系统开发的研究，已成为目前组件程序设计技术研究 领域的一个热门课题 1 1 。然而由于开发研究组件的任务巨大，代码的编写对一般 人来说，难度是相当大的，虽然目前有些工具和现成的类库可以调用，但是具体 的应用开发起来还是有相当的复杂度。而且d c o m 本身机制的一些明显缺陷也 天津大学硕士学位论文第一章绪论 加重了基于d c o m 组件开发的难度，同时也阻碍了它自身的发展，如由于d c o m 的安全性是与w i n d o w sn t 安全构架结合的，因此旦w i n d o w s 漏洞被发现， d c o m 系统受到的威胁是巨大的。尤其是最近有证据显示，正是由于d c o m 安 全体系的一些明显的漏洞，导致了一些特别猖獗的病毒的传播。那么现在的问题 摆在我们面前，一方面我们要提高软件系统的开发效率和代码可复用度，就必须 要开发基于组件的分布式系统；另一方面由于d c o m 本身安全体系存在一些明 显的漏洞，如果直接引用d c o m 的安全框架，那么我们开发出来的系统时刻都 存在着被攻击的威胁。 1 3 1 论文的主要研究内容 怎么解决上述问题，本文主要从以下方面开展工作。 ( 1 ) 研究分析了多层次应用程序体系结构d n a 【2 1 ( d i s t r i b u t e di n t e r n e t a p p l i c a t i o n ) 及中间件技术在实现分布式应用程序的基本原理，着重分析了中间 件在分布式应用程序中的关键作用，最后利用对象模型的方法分析了组件对象模 型( c o m ) 在整个分布式操作系统中的作用。 ( 2 ) 对c o m d c o m 的实现机理进行了详细讨论，并提出当前软件开发较 为热门的自动化技术，为以后d c o m 组件的开发奠定了基础。 ( 3 ) 对c o m d c o m 安全机制进行分析，摒弃d c o m 顾有的安全机制，采 用基于混沌理论的用户登录认证和数据加密，以及基于成熟公钥算法r s a 的数 字签名和完整性验证的柔性安全方案， ( 4 ) 设计并具体实现基于d c o m 的分布式教学测试系统，并实现了在天津 大学自动化学院支点工作室局域网内试运行，获得较好的效果。 ( 5 ) 总结了本文的研究内容，并对未来分布式系统的开发研究进行了展望。 1 3 2 论文主要的创新点 本论文主要创新点有： ( 1 ) 针对d c o m 固有安全机制灵活性不足的问题，结合混沌映射的混沌同 步思想，设计了1 种快速的混沌对称加密算法和基于混沌理论的一次性口令身份 认证机制，再配合针对特殊应用系统设定的柔性策略，提出了一种增强d c o m 天律大学硕士学位论文第一章绪论 加重了基于d c o m 组件开发的难度，同时也阻碍了它自身的发展，如由于d c o m 的安全性是与w i n d o w sn t 安全构架结台的，因此一旦w i n d o w s 漏洞被发现， d c o m 系统受到的威胁是巨大的。尤其是最近有证据碌示，正是由于d c o m 安 全体系的一些明显的漏洞，导致了一些特别猖獗的病毒的传播。那么现在的问题 摆在我们面前，一方面我们要提高软件系统的开发效率和代码可复用度，就必须 要开发基于组件的分布式系统；另一方面由于d c o m 本身安全体系存在一些明 显的漏洞，如果直接引用d c o m 的安全框架，那么我们开发出来的系统时刻都 存在着被攻击的威胁。 1 3 1 论文的年要研究内容 怎么解决上述问题，本文主要从以下方面开展工作。 ( 1 ) 研究分析了多层次应用程序体系结构d n a 口1 ( d i s t r i b u t e di n t e r n e t a p p l i c a t i o n ) 及中间件技术在实现分布式应用程序的基本原理，着重分析了中白：】 件在分布式应用程序中的关键作用，最后利用对象模型的方法分析了组件对象模 型( c o m ) 在整个分布式操作系统中的作用。 ( 2 ) 对c o m d c o m 的实现机理进行了详细讨论，并提出当前软件开发较 为热门的自动化技术，为以后d c o m 组件的开发奠定了基础。 ( 3 ) 对c o m d c o m 安全机制进行分析，摄弃d c o m 原有的安全机制，采 用基于混沌理论的用户登录认证和数据加密，以及基于成熟公钥算法r s a 的数 字签名和完整性验证的柔性安全方案。 ( 4 ) 设计并具体实现基于d c o m 的分布式教学测试系统，并实现了在天津 大学自动化学院支点工作室局域网内试运行，获得较好的效果。 ( 5 ) 总结了本文的研究内容并对未来分布式系统的开发研究进行了展望。 1 3 2 论文主要的创新点 本论文主要创新点有： ( 1 ) 针对d c o m 固有安全机制灵活性不足的问题，结合混沌映射的混沌刷 步思想，设计了种快速的混沌对称加密算法和基于混沌理论的次性厂 令身份 认证机制，再配合针对特殊应用系统设定的柔性策略，提升 了一种增强d c o m 认证机制，再配合针对特殊应用系统设定的柔性策略，提出了一种增强d c o m 天津大学硕士学位论文第一章绪论 加重了基于d c o m 组件开发的难度，同时也阻碍了它自身的发展，如由于d c o m 的安全性是与w i n d o w sn t 安全构架结合的，因此旦w i n d o w s 漏洞被发现， d c o m 系统受到的威胁是巨大的。尤其是最近有证据显示，正是由于d c o m 安 全体系的一些明显的漏洞，导致了一些特别猖獗的病毒的传播。那么现在的问题 摆在我们面前，一方面我们要提高软件系统的开发效率和代码可复用度，就必须 要开发基于组件的分布式系统；另一方面由于d c o m 本身安全体系存在一些明 显的漏洞，如果直接引用d c o m 的安全框架，那么我们开发出来的系统时刻都 存在着被攻击的威胁。 1 3 1 论文的主要研究内容 怎么解决上述问题，本文主要从以下方面开展工作。 ( 1 ) 研究分析了多层次应用程序体系结构d n a 【2 1 ( d i s t r i b u t e di n t e r n e t a p p l i c a t i o n ) 及中间件技术在实现分布式应用程序的基本原理，着重分析了中间 件在分布式应用程序中的关键作用，最后利用对象模型的方法分析了组件对象模 型( c o m ) 在整个分布式操作系统中的作用。 ( 2 ) 对c o m d c o m 的实现机理进行了详细讨论，并提出当前软件开发较 为热门的自动化技术，为以后d c o m 组件的开发奠定了基础。 ( 3 ) 对c o m d c o m 安全机制进行分析，摒弃d c o m 顾有的安全机制，采 用基于混沌理论的用户登录认证和数据加密，以及基于成熟公钥算法r s a 的数 字签名和完整性验证的柔性安全方案， ( 4 ) 设计并具体实现基于d c o m 的分布式教学测试系统，并实现了在天津 大学自动化学院支点工作室局域网内试运行，获得较好的效果。 ( 5 ) 总结了本文的研究内容，并对未来分布式系统的开发研究进行了展望。 1 3 2 论文主要的创新点 本论文主要创新点有： ( 1 ) 针对d c o m 固有安全机制灵活性不足的问题，结合混沌映射的混沌同 步思想，设计了1 种快速的混沌对称加密算法和基于混沌理论的一次性口令身份 认证机制，再配合针对特殊应用系统设定的柔性策略，提出了一种增强d c o m 天律大学硕士学位论文 第一章绪论 安全机制灵活性的新方法，实现系统安全性的全新模式。 ( 2 ) 在分析研究组件开发的基本原理后，利用本文实现的基于混沌理论的 d c o m 安全框架，构建分布式网络教学系统的体系结构，实现关键技术研究， 开发必需的服务器组件和客户程序，并对基于d c o m 的中问件技术框架实现系 统的调试和试运行。 天津大学硕士学位论文第二章多层次体系结构d n a 第二章多层次体系结构_ d n a 当今的商业环境是极其活跃的，并极富竞争性。多家公司组建成联合公司， 或合并为新的公司。为了降低成本和掌握竞争的主动权，各公司都在缩小商业过 程的规模和重新设计商业过程。要求管理机制和客户都不断地进行变化。这种变 化在一个多国企业中可能因地域不同而产生差异。商业是快速变化的，永远不会 停息，而且是在全世界范围内发生的。 在这种活跃的商业环境中，分布式计算机系统起着重要作用i l 引。现代企业 集团的各个方面，比如市场跟踪、加工制作、财务状况、客户支持，以及您可能 像想到的几乎所有其他方面，都依赖于这种企业集团的信息技术( i t ) 产业。i t 系统对每一个机构方面的运作提供支持。这些系统必须协同工作，才能提供在整 个企业集团范围内密切配合的信息访问。在2 0 世纪9 0 年代后期，这类应用程序 的适用范围也正在向企业外部扩展。特别是，很多公司都在通过t n t e r n e t 为他们 的客户提供服务。在这种环境中，大型软件系统属于战略性资产，他们将决定一 家公司是立于不败之地，还是被淘汰出局。 对于任何一家公司来说，为了维持竞争性，i t 系统必须对商业和用户需求 方面的变化迅速做出响应。开发人员必须要能够快速编制应用程序，并且能够同 样快速地修改他们的应用程序。对于一个公司的成功来说，能以灵活的、递进式 的方法开发可重复使用的程序代码库就成为关键的因素。综合考虑所有冈素，我 们知道开发分布式应用程序的难度是难咀想象的。 每一个系统软件销售商的主要目标之一就是找到某种方法，是编写这种类型 应用程序能够比较容易进行。令人惊奇的是，很多销售商都赞同这样一种总体设 计，即依据协作组件，利用一个三层是应用程序体系结构来构造应用程序。 2 1 应用程序体系结构 一个应用程序的体系结构是应用程序结构的一种概念性描述。所有应用程序 都包含演示代码、数据处理代码和数据管理代码。应用程序的体系结构困这种程 序代码的包装方式不同而不耕2 1 。 8 天津人学硕十学位论文 第二章多层次体系结构d n a 构造应用程序时，必须协调环境内的下列影响因素 1 3 1 ： 仅限于对解决方案的某一部分进行更改以便尽量降低对其他部分的影 响，从而减少调试和纠错的工作量，使应用程序易于维护，并增强应用 程序的总体灵活性。 将所关注的问题分隔在不同的组件中( 例如，将用户界面与业务逻辑分 隔开来，并将业务逻辑与数据库分隔开来) ，以增强灵活性、可维护性 和可伸缩性。 组件应该可被多个应用程序重用。 独立的团队应该能够在处理解决方案的各个部分时尽量减少对其他团 队的依赖，并且应该能够针对定义明确的接口展开开发工作。 各个组件应保持内聚性。 无关的组件应保持松散耦合。 应按照不同的时间安排，独立部署、维护和更新解决方案的各个组件。 跨越过多的组件边界会对性能造成不利的影响。 要使w e b 应用程序既安全又可访问，需要将应用程序分布在多个物理 级。这使您可以保护应用程序位于防火墙后面的部分，并使其他组件可 从i n t e m e t 被访问到。 要确保高性能和高可靠性，解决方案必须是可测试的。 当前的很多应用程序的体系结构都是两层式( 或者说是客户机服务器式) 的应用程序1 1 4 j 。在一个两层式体系结构中，一个客户机进程负责应用程序的数 据处理和演示部分。数据存储在集中管理的服务器机器上。客户机直接连接到他 们所需要的服务器卜，这种连接往往持续存在于应用程序的整个生存期内。 客户机服务器应用程序在那些可人为控制的环境中工作的很不错。在这样的 环境中，用户的树木可估算出来，并且可以管理用户数目，而资源可依据用户的 树木进行分配。然而，当用户数目未知或者非常之大时，客户机朋艮务器体系结 构就无能为力了。由于每一个客户都直接地连接到数据服务器上，所以应用程序 的规模就收到有效的数据连接数目的限制。由于客户要受到数据库各式的约束， 所以程序代码重复使用的机会就减少了。每一个客户应用程序都包含数据处理逻 辑，这就使得应用程序变得相当大。这种类型的客户有时被叫做“胖客户”( f a t 天律大学硕士学位论文第二章多层次体系结构d n a c l i e n t ) 。如果有一天需要对这种数据处理逻辑进行修改，则必须把新的应用程序 分发给每一个客户机器。 对上述情况可以做一些小的改进，即把数据处理部分，即所谓的“商业逻辑” ( b u s i n e s sl o g i c ) 转移到数据服务器上进行，例如利用m i c r o s o f ts q ls e r v e r 的存 贮过程进行。这种体系结构有时被称之为两层半式的体系结构i l ”。依据这种模 型构造的应用程序规模是可变的，但其可变性仍未达到满足高分布式应用程序的 需要。此外，这种情况下的重复使用机会也有限。 通过在应用程序体系结构中引入第三层，应用程序规模的可变性和重复使用 性就都可以得到相当大的改进。在这种三层式模型中，表示层、商业层和数据访 问层在逻辑上是彼此分离的【2 1 ，如图2 1 所示。 表示层 商业层 数据管理层 图2 - 1 三层式应_ | = i j 程序模型 表示层向用户提供数据，并有选择地允许用户编辑数据。对于基于p c 的应 用程序来说，本机用户接口和基于w e b 的用户接口是其两个主要的用户接口。 本机用户接口是用底层操作系统服务，例如在m i c r o s o f tw i n d o w s 平台上，该接 口使用m i c r o s o f tw i n 3 2 应用程序编程接口( a p i ) 和w i n d o w s 控件。基于w e b 的用户接口以h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ( h t m l ：超文本标记语言) 为基础， h t m l 可通过任何平台上的浏览器来阅读。 商业层用来强制实施商业和数据规则。表示层使用了商业层提供的服务。然 天津大学硕士学位论文 第二章多层次体系结构d n a 而，商业层并不固定地连接到任何特定的客户。商业层提供的服务适于所有应用 程序。商业规则可以是商业算法、商业政策、法律条文等等，例如：“对于星期 二午夜至前播放的广告，用户可获得l o 的折扣”或者“对于邮寄到华盛顿的所有 订单必须征收8 2 的销售税”都可以被视为商业规则。数据规则用来确保在多 个存储位置上存储的数据是一致的。例如：“在每一个订单的首部都必须至少有 一个详细记录”，或者“货币在银行账号间流通时，必须不被减少或增加”。商业 规则通常用单独的程序代码模块来实现。每个规则都实现于某个位置，这样就可 以根据商业需求变化的变化而方便地修改他们了。程序代码模块通常存储在一个 集中的位置，这样，多个应用程序都可以使用他们。 商业层并不清楚他所作用的数据以怎样的方式存储，存储在什么地方，而是 依赖于具体的数据访问服务，数据访问服务执行具体的检索和存储数据的任务。 这些数据可能存储在数据库管理系统( d b m s ) 或任何其它数据存储中。数据访 问服务业是用单独的程序模块来实现，这样就可以封装关于基础数据存储的细 节。如果数据存储移动乐位置或者改变了格式，那么只有数据访问服务需要更新。 每一个数据访问模块负责一组数据( 如关系数据库中的一个表) 的完整性。 这种模型改进了可伸缩的应用程序。为了创建高伸缩性的应用程序，数据库 连接之类的资源必须可以共享。对于可伸缩应用程序，每一个消耗资源的客户应 用程序并不直接地访问数据服务器，而是由客户应用程序与商业服务进行通讯。 一个商业服务可以向多个客户提供服务，这样就降低了资源消耗，并提高了伸缩 性。图2 2 比较了两层式和三层式模型种资源的使用情况。因为商业服务并不直 接管理数据，所以很容易复制这些服务，以便支持更多的客户。 服务往往可以独立于任何特定的客户应用程序来设计和实现。这样，对于很 多应用程序来说，就提供了很大的灵活性和重复使用的潜力。通过再定义好的公 共接口之后封装应用程序逻辑，开发人员可以创建可重复使用的服务的一个载 体。这些服务可以很容易地用新的方式来组合，以创建薪的应用程序。此外，公 共功能很容易被更新，以适应商业需求的变化，而无需影响那些依赖于陔功能的 客户应用程序。这就降低了因商业需求的变化而导致的管理和部署方面的丌销。 三层式模型还可以帮助开发人员处理现有的系统( 或叫做陈旧的系统) 。丌 发人员可以把对现有系统的访问“包装”在商业逻辑或者数据访问服务巾。客户应 天津大学硕士学位论文 第二章多层次体系结构d n a 用程序只须关心怎样访问商业逻辑，而不用去关心怎样访问他们可能以来的各种 不同的陈旧系统。而如果某个陈旧系统被更改或者替换了，只需将包装程序进行 更新即可。 2 2 组件 未来的基于服务的应用程序将利用组件实现，工业界对此的感受越来越 深。传统上，服务通过a p i 来实现。不同的a p i 采用的编程模型可能大不相同， 这使得开发人员难以有效地掌握和使用他们。a p i 也难以形成版本。面向对象的 框架结构是另一种广受欢迎的表达服务的方式。但这种方式也遇到与a p i 所面 临的同样的问题。此外，框架结构通常总是针对特定的一种程序设计语言的【9 1 。 组件为包装服务和向消耗者展示这些服务提供了一种标准模型。组件形同 “黑箱”，他们的所有数据和实现细节都被完全隐藏【l “。组件服务通过公共接口来 实现，并且公共编程模型适用于发现和使用这些界面，而不管这些组件服务所使 用的是那些组件。预基于语言的面向对象的模型不同，利用组件模型可与组件进 行通讯，而不用关心这些组件是用那种开发语言编写的，也不用关心所采用的组 件所处的位置。 2 3 三层模型启用器一中间件 中间件( m i d d l e w a r e ) 是基础软件的一大类，属于可复用软件的范畴。顾名 思义，中问件处于操作系统软件与用户的应用软件的中间m 】。中间件在操作系 统、网络和数据库之上，应用软件的下层，总的作用是为处于自己上层的应用软 件提供运行与开发的环境，帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件【2 】。 i d c ( 互联网数据中心) 的定义是：中间件是一种独立的系统软件或服务程 序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户 机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信【t 8 l 。 2 3 1 中问件的演变过程 随着计算机技术的发展，i t 厂商出于商业和技术利益的考虑，各自产品之 天津大学硕士学位论文 第二章多层次体系结构d n a 间形成了差异，技术在不断进步，但差异却并没有因此减少。计算机用户出于历 两层式体系结构 三层式体系结构 图2 2 两层式和三层式模型中资源的使用情况 天滓大学硕士学位论文 第二章多层次体系结构d n a 史原因和降低风险的考虑，必然也无法避免多厂商产品并存的局面。 于是，如何屏蔽不同厂商产品之间的差异，如何减少应用软件开发与工作的 复杂性，就成为技术不断进步之后，人们不能不面对的现实问题l l 引。 显然，由一个厂商去统一众多产品之间的差异是不可能的，而单独由计算机 用户在自己的应用软件中去弥补其中的大片空档，由于技术深度和技术广度的要 求，必然也是勉为其难。于是，中间件应运而生。中间件试图通过屏蔽各种复杂 的技术细节使技术问题简单化。在中间件产生以前，应用软件直接使用操作系统、 网络协议和数据库等开发，这些都是计算机最底层的东西，越底层越复杂，开发 者不得不面临许多很棘手的问题，如操作系统的多样性，繁杂的网络程序设计、 管理，复杂多变的网络环境，数据分散处理带来的不一致性问题、性能和效率、 安全，等等。这些与用户的业务没有直接关系，但又必须解决，耗费了大量有限 的时问和精力。于是，有人提出能不能将应用软件所要面临的共性问题进行提炼、 抽象，在操作系统之上再形成一个可复用的部分，供成千上万的应用软件重复使 用。这一技术思想最终构成了中间件这类的软件【l j 。 2 3 2 中间件解决什么问题 世界著名的咨询机构s t a n d i s h g r o u p 在一份研究报告中归纳了中间件的十大 优越性【2 0 ： 缩短应用的开发周期 节约应用的开发成本 减少系统初期的建设成本 降低应用开发的失败率 保护已有的投资 简化应用集成 减少维护费用 提高应用的开发质量 保证技术进步的连续性 增强应用的生命力 具体地说，中问件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个 天津大学硕