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构件化软件动态更新关键技术及形式化研究
作 者: 徐小辉
导 师: 黄林鹏
学 校: 上海交通大学
专 业: 计算机软件与理论
关键词: 构件化软件 软件维护 动态软件更新 动态模块化 状态迁移 形式化方法 高阶π演算
分类号: TP311.52
类 型: 博士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
在一些任务关键型应用系统中,由于系统具有高可用性需求,在进行软件故障修复、服务功能扩展或系统性能改进等软件更新操作时,需要在保持系统持续运行的情况下动态地进行。软件系统如果能够具备良好的动态更新能力,将有利于提高系统的适应性,从而延长软件生命周期,减少管理和运营成本,并满足不断增长的软件复杂性和适应性需求。本文从功能和非功能需求分析着手,研究在构件化软件中提供动态更新支持需要解决的关键技术问题,并结合动态模块化、事务处理、状态迁移等动态更新支持需求,对高阶π演算(HOπ)进行扩展研究,开发一种可用于刻画构件化软件动态更新的演算方法,为动态更新安全性、一致性等的保证提供形式化推演机理。并且,构建动态更新支持平台对解决方案加以技术实现,通过原型案例和实验实现来验证方法的可行性。本文的研究工作和创新性主要包含以下方面:1.提出一套动态更新支持相关问题的技术解决方案,基于软件构件的服务功能、结构表达以及构件组装、通信与交互等特征,结合软件系统动态更新支持的可用性、正确性等需求,研究构件化软件动态更新中的关键技术问题。基于安全通信、依赖分析、静态分析、事务处理等技术,给出了更新点确定、更新文件交付、更新时机选择、状态提取及迁移、更新失败恢复等方面问题的解决方法。2.扩展高阶π演算以分别刻画动态模块化、事务处理和状态保持等动态更新支持机制,提出一种刻画构件化软件动态更新的形式化演算(称为updateπ演算),根据构件化软件动态更新支持形式化推演的设计依据,引入进程序列原语,结合对高阶π演算的动态更新支持扩展,给出了updateπ演算的抽象语法、操作语义和推演规则,并通过应用实例具体刻画典型动态软件更新行为,包括更新时机选择、更新执行过程、状态提取与迁移、更新失败检测与恢复等方面。3.提出一种构件化软件动态更新支持服务框架,刻画构件开发管理、底层服务架构、服务功能实现、服务部署与管理和目标应用系统等部分之间的交互联系。其中动态更新支持作为服务部署与管理模块的核心功能,实现了动态更新的各种功能和非功能需求,包括更新初始化、更新调度、更新操作和失败处理等。基于R-OSGi技术开发构件化软件动态更新支持系统,实现普适计算环境下的动态软件更新原型,验证了方法的可行性。
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全文目录
摘要 3-5 ABSTRACT 5-7 目录 7-11 插图索引 11-13 主要符号和简写对照表 13-14 第一章 绪论 14-30 1.1 研究背景 15-24 1.1.1 构件化软件开发 15-20 1.1.2 动态软件更新技术 20-23 1.1.3 软件更新形式化研究 23-24 1.2 研究动机与目标 24-27 1.2.1 问题的提出及研究动机 24-27 1.2.2 研究的主要目标 27 1.3 研究的主要内容 27-28 1.4 篇章结构组织 28-29 1.5 本章小结 29-30 第二章 动态软件更新问题及研究现状 30-48 2.1 基本过程和属性需求 30-37 2.1.1 动态软件更新过程 30-33 2.1.2 系统一致性 33-35 2.1.3 时序正确性 35-36 2.1.4 安全可靠性 36-37 2.2 动态软件更新技术研究现状 37-44 2.2.1 安全更新状态界定 38-40 2.2.2 动态更新时机选择 40-42 2.2.3 运行时状态迁移 42-44 2.3 软件更新形式化推演技术 44-47 2.3.1 研究现状分析 44-45 2.3.2 形式化推演机理 45-47 2.4 本章小结 47-48 第三章 构件化软件动态更新关键技术研究 48-72 3.1 动态更新需求分析 48-51 3.1.1 功能需求 48-50 3.1.2 非功能需求 50-51 3.2 动态更新关键技术策略 51-60 3.2.1 确定安全更新点 52-53 3.2.2 安全交付更新文件 53-55 3.2.3 选择合理更新时机 55-57 3.2.4 提取并迁移运行时状态 57-58 3.2.5 检测及处理更新失败 58-60 3.3 构件化软件下的动态更新技术研究 60-71 3.3.1 基于安全通信方案传输更新文件 60-64 3.3.2 基于依赖性分析确定更新顺序 64-67 3.3.3 基于静态分析确定并迁移运行时状态 67-71 3.4 本章小结 71-72 第四章 高阶π演算的动态更新支持扩展研究 72-90 4.1 高阶π演算 72-76 4.1.1 基本语法 72-74 4.1.2 标记变迁系统 74-76 4.2 带进程位置的HOπ演算 76-79 4.2.1 进程钝化 76-78 4.2.2 语法和语义 78-79 4.3 带事务特性的HOπ演算 79-83 4.3.1 事务处理语法 80-81 4.3.2 操作语义 81-83 4.4 带状态属性的HOπ演算 83-88 4.4.1 基本语法 85-86 4.4.2 操作语义 86-88 4.5 本章小结 88-90 第五章 构件化软件动态更新形式化研究 90-112 5.1 设计依据 90-93 5.1.1 更新粒度选择 90-91 5.1.2 更新时机推导 91-92 5.1.3 状态获取与迁移 92 5.1.4 更新事务及失败恢复 92-93 5.2 updateπ演算的语法 93-98 5.2.1 基本约定 93-94 5.2.2 语法定义 94-98 5.3 updateπ演算操作语义 98-105 5.3.1 结构同余 99-100 5.3.2 归约关系 100-103 5.3.3 标记变迁系统 103-105 5.4 动态构件更新及其属性 105-110 5.4.1 动态更新实例 105-108 5.4.2 属性分析 108-110 5.5 本章小结 110-112 第六章 动态软件更新支持系统实现及案例研究 112-136 6.1 动态更新支持系统功能建模 112-123 6.1.1 基本更新处理过程 114-115 6.1.2 更新时机选择模块 115-116 6.1.3 依赖性分析模块 116-120 6.1.4 更新顺序确定模块 120-121 6.1.5 运行时状态迁移模块 121-123 6.2 普适计算环境下的动态软件更新 123-134 6.2.1 远程诊疗系统动态更新应用场景 123-125 6.2.2 基于R-OSGi平台技术的软件动态更新实现 125-129 6.2.3 原型实现及实验分析 129-134 6.3 本章小结 134-136 第七章 总结与展望 136-140 7.1 论文内容总结 136-138 7.2 未来研究方向 138-140 参考文献 140-154 致谢 154-156 攻读博士学位期间发表的学术论文及科研情况 156-161
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程 > 软件开发
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