化學(xué)抽象機(jī)在軟件體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 3500字

化學(xué)抽象機(jī)在軟件體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用3500字摘要:軟件體系結(jié)構(gòu)在軟件項(xiàng)目領(lǐng)域中至關(guān)重要,而軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言ADL為軟件體系結(jié)構(gòu)的表示和分析提供了語言符號(hào)和支持工具。分析和研究了動(dòng)態(tài)形式化描述語言化學(xué)抽象機(jī)CHAM及其在軟件體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:化學(xué)抽象機(jī);軟件體系結(jié)構(gòu)信息科學(xué)

1概述

軟件體系結(jié)構(gòu)是當(dāng)前軟件項(xiàng)目領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),是大型軟件開發(fā)中必須解決的核心技術(shù)。無數(shù)的軟件項(xiàng)目實(shí)踐證明:一個(gè)成功的軟件系統(tǒng)往往都有一個(gè)好的軟件體系結(jié)構(gòu)。但是在軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試、運(yùn)行以及升級(jí)的各個(gè)階段,體系結(jié)構(gòu)都不可防止地會(huì)發(fā)生變化,如何把運(yùn)行時(shí)適應(yīng)性機(jī)制加到復(fù)雜的大規(guī)模軟件系統(tǒng)中就成為一個(gè)重要的項(xiàng)目問題。然而要通過軟件體系結(jié)構(gòu)的研究實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),首先必須用某種方式描述動(dòng)態(tài)體系結(jié)構(gòu)。

目前已定義的ADL超過20種,具有代表性的ADL包括C2、Darwin、Rapide、Unicon、Wright、D-ADL和ACME等[1];國(guó)內(nèi)包括XYZ/ADL、ABC/ADL、FRADL和A-ADL等。但這些語言大多注重軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靜態(tài)特性的描述,而對(duì)其動(dòng)態(tài)特性描述缺乏。PaolaInverardi和AlexxanderLWolf[2]首先將CHAM應(yīng)用于描述和分析軟件體系結(jié)構(gòu)。他們充沛利用CHAM擅長(zhǎng)描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性和并行性的優(yōu)點(diǎn),用CHAM形式化辦法描述和分析了軟件體系結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)操作性語義,在軟件體系結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性描述方面進(jìn)行了有效的擴(kuò)展,主張用CHAM模型描述軟件體系結(jié)構(gòu),并例舉描述了編譯器的體系結(jié)構(gòu),包括順序多階段編譯器和并行、共享存貯庫的多階段編譯器。基于CHAM的體系結(jié)構(gòu)描述,運(yùn)用重寫技術(shù)和結(jié)構(gòu)歸納證明辦法,能夠?qū)w系結(jié)構(gòu)的局部行為屬性進(jìn)行形式化或半形式化的證明。

2化學(xué)抽象機(jī)化學(xué)抽象機(jī)

CHAM主要用于異步并行計(jì)算模型的建模[3],通過將化學(xué)反饋和抽象機(jī)概念有機(jī)結(jié)合描述系統(tǒng)狀態(tài)變化,它將一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)看成化學(xué)溶液,溶液由分子組成,分子根據(jù)一定的反饋規(guī)那么相互反饋又引起新的系統(tǒng)狀態(tài)變化。溶液中不同分子可按反饋規(guī)那么平行地進(jìn)行反饋,只要各自反饋的分子集不重疊。因CHAM在描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性、并行性方面的優(yōu)良特性,所以可較好描述異步并行計(jì)算模型,尤其擅長(zhǎng)描述如λ計(jì)算和CCS進(jìn)程計(jì)算模型[4]。一個(gè)化學(xué)抽象機(jī)由一組分子m0,m1,m2…、溶液s0,s1,s2…和變換規(guī)那么組成,分子是CHAM的根本元素,由一個(gè)常數(shù)集和操作符集派生而成的句法代數(shù)定義;溶液是由有限多個(gè)分子的匯合,它反映了系統(tǒng)的某種狀態(tài),溶液中的分子根據(jù)變換規(guī)那么進(jìn)行反饋。

變換規(guī)那么從應(yīng)用范圍可分為:通用規(guī)那么,即在整個(gè)CHAM中通用的規(guī)那么;專用規(guī)那么,適用于某些特定分子的規(guī)那么。從反饋?zhàn)饔每煞譃?加熱規(guī)那么,把大分子分解成小分子的規(guī)那么;冷卻規(guī)那么,小分子合成大分子的規(guī)那么。從反饋波及的分子可分為:自反饋規(guī)那么,只有單一分子的狀態(tài)變化;互反饋規(guī)那么,反饋過程中至少有兩個(gè)分子加入反饋。本質(zhì)上,CHAM可看成一種有限狀態(tài)機(jī),因此它具有一般狀態(tài)機(jī)特征,與其他以狀態(tài)機(jī)為轉(zhuǎn)換模型的技術(shù)相比,CHAM利用化學(xué)反饋這一隱喻,因此在刻畫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性特征方面比擬自然。CHAM規(guī)格表明是一個(gè)基于操作的系統(tǒng)框架,這種框架不會(huì)把所描述的系統(tǒng)曲解為某種特定的計(jì)算模型。CHAM描述不僅可以描述系統(tǒng)靜態(tài)特征,還能從系統(tǒng)操作動(dòng)態(tài)性方面進(jìn)行描述,通過對(duì)各單元的描述、引入的轉(zhuǎn)換規(guī)那么及項(xiàng)重寫描述和分析體系結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)行為,因而可使軟件開發(fā)人員很快地了解系統(tǒng)功能和行為,適用于多種層次的用戶。在CHAM中,膜是一種封裝結(jié)構(gòu),任何溶液可以被看作一個(gè)關(guān)于其它溶液的單一分子,膜內(nèi)的溶液可以獨(dú)立進(jìn)化。膜具有半可滲透性,允許某些分子進(jìn)入和離開,通過膜上的氣孔,可以有選擇地從膜中抽取分子,同時(shí),氣孔的可逆性允許分子被重新吸收到原始溶液中,膜表示了復(fù)合構(gòu)件,實(shí)際上提供了一種刻畫系統(tǒng)模塊化的途徑。

3在SA中的應(yīng)用

3.1描述SA。用于描述SA的CHAM可表示成一個(gè)三元組CHAM=(M,E,R),其中:3.1.1分子集M={m|m∈MS∨MI},MS={mS1,…,mSn}為穩(wěn)定狀態(tài)分子集,處于穩(wěn)定狀態(tài)的分子不吸收或釋放電子,MI={mi|mi∈{mS(.P)+,(P.)+mS(.P)+,(P.)+mS}∧mS∈MS}為離子狀態(tài)分子集,處于離子狀態(tài)的分子準(zhǔn)備進(jìn)行吸收或釋放電子操作,其中P={i(e),o(e)}為分子上的操作集,i(e)為吸收電子,o(e)為釋放電子,操作符“.〞表示操作順序。3.1.2電子集E={e1,…,ek},分子可根據(jù)自反饋規(guī)那么準(zhǔn)備進(jìn)行進(jìn)行收或釋放電子,當(dāng)溶液中有兩種互補(bǔ)電子,即一對(duì)釋放-吸收電子時(shí),可根據(jù)互反饋規(guī)那么進(jìn)行反饋。3.1.3規(guī)那么集R=RS∪RM,RS={r|r∈{mS1=mI1,…,mSj=mIj}∪{mS1=mS1*,…,mSj=mSj*},mSj∈MS∧mIj∈MI,j=1,2,…}是分子自身從吸收電子到釋放電子的過程或分子復(fù)制自身過程規(guī)那么集,mSj*表示由mSj復(fù)制與mSj性質(zhì)、狀態(tài)完全相同的分子,RM={r|r∈{m11,m21,…=m11,m21,…},mij,mij∈MI,i,j=1,2,…}是電子在分子間流動(dòng)過程的規(guī)那么集,rp∈RM,rq∈RM,p≠q,假設(shè){mp1,…,mpj}∩{mq1,…,mqj}=",那么rp,rq可并行反饋。

3.2描述構(gòu)件、連接件。用CHAM描述軟件連接件或構(gòu)件,可表示成一個(gè)四元組(MC,ECI,ECO,RC):3.2.1連接件或構(gòu)件的分子集MC;3.2.2連接件或構(gòu)件的前置條件,即輸入電子集ECI;3.2.3連接件或構(gòu)件的后置斷言,即輸出電子集ECO;3.2.4連接件或構(gòu)件分子集的反饋規(guī)那么集Rc。連接件或構(gòu)件的分子集反映了連接件或構(gòu)件的角色集及在角色上進(jìn)行的輸入輸出操作,相對(duì)來說是靜態(tài)的,是一種實(shí)現(xiàn)上的結(jié)構(gòu),屬于語法層。輸入電子集是使用該連接器或構(gòu)件前必須具備的條件,輸出電子集后映的是使用該連接件或構(gòu)件后的狀態(tài)。反饋規(guī)那么集表明了連接件或構(gòu)件如何運(yùn)用反饋規(guī)那么從而發(fā)生狀態(tài)的演變,實(shí)質(zhì)上是連接件或構(gòu)件的動(dòng)態(tài)行為,是相對(duì)動(dòng)態(tài)的,屬于語義層。如管道-過濾器體系結(jié)構(gòu)格調(diào)的CHAM描述如下:定義過濾器:MC:PIPE_FILTERECI:readerECO:writerRC1:PIPE_FILTER=PIPE_FILTER.i(reader)RC2:PIPE_FILTER.i(reader)=i(reader).PIPE_FILTER,PIPE_FILTER.o(writer)RC3:PIPE_FILTER.o(writer)=o(writer).PIPE_FILTER定義管道:MC:PIPE_CONNECI:readerECO:writerRC1:PIPE_CONN=PIPE_CONN.i(reader)RC2:PIPE_CONN.i(reader)=i(reader).PIPE_CONN,PIPE_CONN.o(writer)RC3:PIPE_CONN.o(writer)=o(writer).PIPE_CONN由過濾器和管道構(gòu)造一個(gè)系統(tǒng):SYS_M:PIPE_FILTER,PIPE_CONNSYS_E:reader,writerSYS_R1:PIPE_FILTER.o(writer),PIPE_CONN.i(reader)=o(writ-er).PIPE_FILTER,i(reader).PIPE_CONN

4展望目前

基于構(gòu)件的軟件項(xiàng)目正逐漸成為軟件開發(fā)的新趨勢(shì),但是