CN103279364B - 一种分层软件体系结构的动态演化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分层软件体系结构的动态演化方法，其特征在于它包括：建立分层软件体系结构的包含矩阵；建立分层软件体系结构的层级矩阵；通过包含矩阵及层级矩阵的变换实现分层软件体系结构动态演化的各项需求；本方法首先用包含矩阵表示当前软件体系结构中各元素之间的包含关系，然后通过包含关系计算出各元素间的层级关系，以此构成层级矩阵，接着根据动态演化的各项需求，通过包含矩阵及层级矩阵的变换，实现分层软件体系结构的动态演化。与现有技术相比，本发明的方法不仅提供了分层软件体系结构的动态演化方法，而且可以增强分层软件体系结构动态演化的可追踪性和可控性，方便计算机进行处理和实现。

Description

一种分层软件体系结构的动态演化方法

技术领域

本方法涉及计算机领域，尤其涉及一种分层软件体系结构的动态演化方法。

背景技术

随着计算机技术的不断发展，软件的用户需求、计算环境等也不断发生改变。当面对这些变化的需求和环境时，软件往往需要不断演化才能增强生命力，才能适者生存。软件演化描述了一个软件系统适应未来变化的能力。软件的可演化性已经成为当前软件工程领域面临的挑战。软件演化可分为静态演化和动态演化。支持动态演化的软件能够在运行时改变系统的实现，包括对系统进行功能完善、扩充、改变体系结构等，而不需重启或重编译系统。由于具有持续可用等优点，软件动态演化已逐渐成为软件工程领域研究的热点。

现代软件的复杂性决定了软件动态演化研究首先应从宏观层面入手，这样避免过早陷入琐碎的细节中。软件体系结构描述了软件系统的结构组成，从全局的角度考虑了整个生命周期中软件系统的组织构成及元素之间的相互交互行为，提供了一条有效途径去宏观把握整个软件的结构和演化。如何在软件体系结构层次上描述和分析演化已成为研究软件动态演化的重要方向。

虽然目前的研究者在软件体系结构动态演化方面做了一些工作，但大多数方法都是从软件体系结构动态演化的操作或规则入手，来描述或建模软件体系结构动态演化，很少考虑体系结构各元素间之间的分层关系。

发明内容

本发明的目的是从软件体系结构各元素间的分层关系出发，提供一种分层软件体系结构的动态演化方法。

本发明的技术方案它包括：

(1)建立分层软件体系结构的包含矩阵；

(2)建立分层软件体系结构的层级矩阵；

(3)通过包含矩阵及层级矩阵的变换实现分层软件体系结构动态演化的各项需求；

首先用包含矩阵表示当前分层软件体系结构中各元素之间的包含关系，然后通过各元素之间的包含关系计算出各元素在当前软件体系结构的层级，以此生成层级矩阵，即通过包含矩阵计算出当前软件体系结构的层级矩阵；接着根据动态演化的各项需求，通过包含矩阵及层级矩阵的变换，实现分层软件体系结构的动态演化。

建立分层软件体系结构包含矩阵的方法如下：

①将分层软件体系结构中各元素间的包含关系用包含矩阵IM进行表示，其中，对软件体系结构的任意元素C_i和C_j，如果C_i和C_j有包含关系则IM(i,j)=1，否则IM(i,j)=0，i=1,2,…,p，j=1,2,…,p；

②对于今后要增加或替换的软件体系结构元素C_k(k=p+1,p+2,…,p+m)，由于它与现有的软件体系结构元素没有包含关系，故它在IM中所对应的第k行和第k列的值，IM(k,k)=1，其他的均为0。

建立分层软件体系结构层级矩阵的方法如下：

将分层软件体系结构中各元素所处的层级用层级矩阵LM进行表示，其中LM=IM×IM，即对于任意元素IM(i,j)=Σ(IM(i,k)×IM(k,j))，其中，i=1,2,…,n，j=1,2,…,n，k=1,2,…,n，n=p+m。

分层软件体系结构的动态演化包括三类基本操作：体系结构元素的添加、删除和替换，通过包含矩阵及层级矩阵的变换实现这三类基本操作的方法如下：

③添加体系结构元素动态演化的实现方法：

假设当前分层软件体系结构现有的元素为C₁、C₂和C₃，其中C₁包含C₂、C₂包含C₃，从而C₁包含C₃；孤立元素C₄和C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它们与现有的软件体系结构元素C₁、C₂和C₃之间没有任何包含关系；现假设有一动态演化需求，要求添加元素C₄到当前软件体系结构中，并且包含在C₁中，但与其他元素之间无包含和被包含关系，则对该软件体系结构增加元素C₄的动态演化过程为，经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂、C₃和C₄，且C₁包含C₂和C₄、C₂包含C₃，从而C₁也包含C₃，元素C₅仍然表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系；该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换为：动态演化后，因为C₁包含C₄，所以IM(1,4)=1，其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM；

②删除体系结构元素动态演化的实现方法：

假设当前分层软件体系结构现有的元素为C₁、C₂、C₃和C₄，其中C₁包含C₂和C₄，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃；孤立元素C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系；现假设有一动态演化需求，要求删除当前软件体系结构现有元素C₄，则对该软件体系结构删除元素C₄的动态演化过程为，经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂和C₃，且C₁包含C₂，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃，孤立元素C₄、C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它们与现有的软件体系结构元素C₁、C₂和C₃之间没有任何包含关系；该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换为：动态演化后，因为C₄不在包含在C₁中，故IM(1,4)=0，其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM；

③替换体系结构元素动态演化的实现方法：

假设当前分层软件体系结构现有的元素为C₁、C₂、C₃和C₄，其中C₁包含C₂和C₄，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃；孤立元素C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系；现假设有一动态演化需求，要求用元素C₅替换现有元素C₄，则该动态演化过程为，经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂、C₃和C₅，且C₁包含C₂和C₅、C₂包含C₃，从而C₁包含C₃，孤立元素C₄表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₅之间没有任何包含关系；该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换为：动态演化后，因为C₁不再包含C₄，所以IM(1,4)=0；又因为C₁包含C₅，故IM(1,5)=1；其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM。

本发明的优点是：

与现有技术相比，不仅提供了分层软件体系结构的动态演化方法，而且可以增强分层软件体系结构动态演化的可追踪性和可控性，方便计算机进行处理和实现。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明中增加体系结构元素动态演化的示意图。

图3是本发明中增加体系结构元素动态演化对应的包含矩阵及层级矩阵变换图。

图4是本发明中删除体系结构元素动态演化的示意图。

图5是本发明中删除体系结构元素动态演化对应的包含矩阵及层级矩阵变换图。

图6是本发明中替换体系结构元素动态演化的示意图。

图7是本发明中替换体系结构元素动态演化对应的包含矩阵及层级矩阵变换图。

具体实施方式

本发明通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例1：为了矩阵处理方便，本发明假定，分层软件体系结构动态演化过程中所有可能需要添加、删除或者替换的体系结构元素如构件（本发明将连接件看成是一种特殊的构件）事先已经知道。下面将对本发明的实施方式进行详细说明。

(1)建立分层软件体系结构的包含矩阵；

按照以下步骤建立分层软件体系结构的包含矩阵：

①将分层软件体系结构中各元素间的包含关系用包含矩阵IM进行表示，其中，对软件体系结构的任意元素C_i和C_j，如果C_i和C_j有包含关系则IM(i,j)=1，否则IM(i,j)=0，i=1,2,…,p，j=1,2,…,p；

②对于今后要增加或替换的软件体系结构元素C_k(k=p+1,p+2,…,p+m)，由于它与现有的软件体系结构元素没有包含关系，故它在IM中所对应的第k行和第k列的值，IM(k,k)=1，其他的均为0。

(2)建立分层软件体系结构的层级矩阵

按照以下方法建立分层软件体系结构的层级矩阵：

将分层软件体系结构中各元素所处的层级用层级矩阵LM进行表示，其中LM=IM×IM，即对于任意元素IM(i,j)=Σ(IM(i,k)×IM(k,j))，其中，i=1,2,…,n，j=1,2,…,n，k=1,2,…,n，n=p+m。

(3)通过包含矩阵及层级矩阵的变换实现分层软件体系结构动态演化的相关操作

分层软件体系结构的动态演化通常包括三类基本操作：体系结构元素如构件的添加、删除和替换。下面分别介绍这三种软件体系结构动态演化基本操作的实现：

①添加体系结构元素动态演化的实现

假设当前的分层软件体系结构如图2左边（箭头左边）所示，其中当前软件体系结构中现有的元素为C₁、C₂和C₃，C₁和C₂、C₂和C₃之间的连线表示C₁包含C₂、C₂包含C₃，从而C₁包含C₃。孤立元素C₄和C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它们与现有的软件体系结构元素C₁、C₂和C₃之间没有任何包含关系。该当前软件体系结构的包含矩阵IM和层级矩阵LM如图3左边所示，这里以IM的第一行为例说明其表示方法，其他的IM行表示类似。C₁和C₁之间是自包含，故IM(1,1)=1；C₁包含C₂，也包含C₃，故IM(1,2)=1、IM(1,3)=1；C₁不包含C₄，也不包含C₅，故IM(1,4)=IM(1,5)=0；因为LM=IM×IM，故由IM可得LM，例如LM(1,1)=1、LM(1,2)=2、LM(1,3)=3、LM(1,4)=0、LM(1,5)=0。

现假设有一动态演化需求，要求添加元素C₄到当前软件体系结构中，并且包含在C₁中，但与其他元素之间无包含和被包含关系，则对该软件体系结构增加元素C₄的动态演化过程如图2所示，其中图2右边（箭头右边）表示动态演化后的软件体系结构示意图，即经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂、C₃和C₄，且C₁包含C₂和C₄、C₂包含C₃，从而C₁也包含C₃，元素C₅仍然表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系。该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换如图3所示，动态演化后的包含矩阵IM和层级矩阵LM如图3右边所示。动态演化前，由于C₁不包含C₄，故IM(1,4)=0，动态演化后，C₁包含C₄，故IM(1,4)=1，其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM。

②删除体系结构元素动态演化的实现

假设当前的分层软件体系结构如图4左边所示，其中当前软件体系结构中现有的元素为C₁、C₂、C₃和C₄，C₁包含C₂和C₄，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃，孤立元素C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系。该当前软件体系结构的包含矩阵IM和层级矩阵LM如图5左边所示。

现假设有一动态演化需求，要求删除当前软件体系结构现有元素C₄，则对该软件体系结构删除元素C₄的动态演化过程如图4所示，其中图4右边表示动态演化后的软件体系结构示意图，即经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂和C₃，且C₁包含C₂，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃，孤立元素C₄、C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它们与现有的软件体系结构元素C₁、C₂和C₃之间没有任何包含关系。该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换如图5所示，动态演化后的包含矩阵IM和层级矩阵LM如图5右边所示。经过该动态演化后，因为C₄不再包含在C₁中，故IM(1,4)=0，其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM。

③替换体系结构元素动态演化的实现

假设当前的分层软件体系结构如图6左边所示，现假设有一动态演化需求，要求对该软件体系结构用元素C₅替换现有元素C₄，则该动态演化过程如图6所示，其中图6右边表示动态演化后的软件体系结构示意图，即经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂、C₃和C₅，且C₁包含C₂和C₅、C₂包含C₃，从而C₁包含C₃，孤立元素C₄表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₅之间没有任何包含关系。该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换如图7所示，动态演化后的包含矩阵IM和层级矩阵LM如图7右边所示。经过该动态演化后，因为C₁不再包含C₄，所以IM(1,4)=0；又因为C₁包含C₅，故IM(1,5)=1；其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM。

(4)如图1所示，本方法的实现流程如下：

①输入系统当前的分层软件体系结构SA₁，以及相关的软件体系结构动态演化需求；

②计算SA₁的包含矩阵IM₁；

③根据IM₁，计算SA₁的层级矩阵LM₁；

④根据用户的动态演化需求，按照添加体系结构元素动态演化、删除体系结构元素动态演化和替换体系结构元素动态演化三种情况，分别计算演化后的软件体系结构的包含矩阵IM₂及层级矩阵LM₂；

⑤IM₂及LM₂所表示的软件体系结构即为动态演化后的软件体系结构SA₂。

Claims (3)

1.一种分层软件体系结构的动态演化方法，其特征在于它包括：

(1)建立分层软件体系结构的包含矩阵；

(2)建立分层软件体系结构的层级矩阵；

(3)通过包含矩阵及层级矩阵的变换实现分层软件体系结构动态演化的各项需求；

首先用包含矩阵表示当前分层软件体系结构中各元素之间的包含关系，然后通过各元素之间的包含关系计算出各元素在当前软件体系结构的层级，以此生成层级矩阵，接着根据动态演化的各项需求，通过包含矩阵及层级矩阵的变换，实现分层软件体系结构的动态演化；

按照以下步骤建立分层软件体系结构的包含矩阵：

①将分层软件体系结构中各元素间的包含关系用包含矩阵IM进行表示，其中，对软件体系结构的任意元素C_i和C_j，如果C_i和C_j有包含关系则IM(i,j)=1，否则IM(i,j)=0，i=1,2,…,p，j=1,2,…,p；

②对于今后要增加或替换的软件体系结构元素C_k,k=p+1,p+2,…,p+m，由于它与现有的软件体系结构元素没有包含关系，故它在IM中所对应的第k行和第k列的值，IM(k,k)=1，其他的均为0；

按照以下步骤建立分层软件体系结构的层级矩阵：

将分层软件体系结构中各元素所处的层级用层级矩阵LM进行表示，其中LM=IM×IM，即对于任意元素LM(i,j)=Σ(IM(i,k)×IM(k,j))，其中，i=1,2,…,n，j=1,2,…,n，k=1,2,…,n，n=p+m。

2.根据权利要求1所述的一种分层软件体系结构的动态演化方法，其特征在于通过包含矩阵及层级矩阵的变换实现分层软件体系结构动态演化的相关操作：

分层软件体系结构的动态演化包括三类基本操作：体系结构元素的添加、删除和替换；分层软件体系结构的这三种动态演化基本操作的实现分别如下：

①添加体系结构元素动态演化的实现：

假设当前分层软件体系结构现有的元素为C₁、C₂和C₃，其中C₁包含C₂、C₂包含C₃，从而C₁包含C₃；孤立元素C₄和C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它们与现有的软件体系结构元素C₁、C₂和C₃之间没有任何包含关系；现假设有一动态演化需求，要求添加元素C₄到当前软件体系结构中，并且包含在C₁中，但与其他元素之间无包含和被包含关系，则对该软件体系结构增加元素C₄的动态演化过程为，经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂、C₃和C₄，且C₁包含C₂和C₄、C₂包含C₃，从而C₁也包含C₃，元素C₅仍然表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系；该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换为：动态演化后，因为C₁包含C₄，所以IM(1,4)=1，其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM；

②删除体系结构元素动态演化的实现：

假设当前分层软件体系结构现有的元素为C₁、C₂、C₃和C₄，其中C₁包含C₂和C₄，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃；孤立元素C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系；现假设有一动态演化需求，要求删除当前软件体系结构现有元素C₄，则对该软件体系结构删除元素C₄的动态演化过程为，经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂和C₃，且C₁包含C₂，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃，孤立元素C₄、C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它们与现有的软件体系结构元素C₁、C₂和C₃之间没有任何包含关系；该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换为：动态演化后，因为C₄不再包含在C₁中，故IM(1,4)=0，其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM；

③替换体系结构元素动态演化的实现：

假设当前分层软件体系结构现有的元素为C₁、C₂、C₃和C₄，其中C₁包含C₂和C₄，C₂包含C₃，从而C₁包含C₃；孤立元素C₅表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₄之间没有任何包含关系；现假设有一动态演化需求，要求用元素C₅替换现有元素C₄，则该动态演化过程为，经过该动态演化后，当前软件体系结构中现有的元素变为C₁、C₂、C₃和C₅，且C₁包含C₂和C₅、C₂包含C₃，从而C₁包含C₃，孤立元素C₄表示将来需要进行添加或替换的软件体系结构元素，它与现有的软件体系结构元素C₁、C₂、C₃和C₅之间没有任何包含关系；该软件体系结构动态演化对应的包含矩阵和层级矩阵相应的变换为：动态演化后，因为C₁不再包含C₄，所以IM(1,4)=0；又因为C₁包含C₅，故IM(1,5)=1；其他的IM元素值不变；根据LM=IM×IM，故由演化后的IM可得演化后的LM。

3.权利要求1-2任一所述的一种分层软件体系结构的动态演化方法，其特征在于所述方法的实现流程如下：

①输入系统当前的分层软件体系结构SA₁，以及相关的软件体系结构动态演化需求；

②计算SA₁的包含矩阵IM₁；

③根据IM₁，计算SA₁的层级矩阵LM₁；

④根据用户的动态演化需求，按照添加体系结构元素动态演化、删除体系结构元素动态演化和替换体系结构元素动态演化三种情况，分别计算演化后的软件体系结构的包含矩阵IM₂及层级矩阵LM₂；

⑤IM₂及LM₂所表示的软件体系结构即为动态演化后的软件体系结构SA₂。