面向云計(jì)算組件的軟件開發(fā)研究

摘 要：隨著云計(jì)算應(yīng)用的不斷發(fā)展，基于云虛擬環(huán)境下的軟件開發(fā)、部署、應(yīng)用的一體化需求越來越強(qiáng)烈。在云計(jì)算環(huán)境下，傳統(tǒng)軟件開發(fā)方式將受虛擬化、超大規(guī)模并行計(jì)算等環(huán)境的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合云架構(gòu)虛擬化技術(shù)及對(duì)現(xiàn)有軟件技術(shù)的研究，設(shè)計(jì)了一種針對(duì)實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)計(jì)算的高性能分層式、組件式的中間件軟件系統(tǒng)，為云環(huán)境下提供一種面向組件的中間件軟件開發(fā)方法。

關(guān)鍵詞：云應(yīng)用框架;軟件開發(fā)方法;云組件容器模型;實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)

文章編號(hào)：2095-2163（2019）04-0295-03 中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 現(xiàn)有云計(jì)算軟件開發(fā)模式分析

1.1 基于云平臺(tái)的軟件開發(fā)

國內(nèi)外廣泛用于企業(yè)基于云環(huán)境的軟件開發(fā)，主要有Google_Predictive、IBM_InfoSphere BigInsights、阿里_E-MapReduce、華為FusionInsightHD、分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)Hadoop、spark、hadoop、openstack、cloudstack等。FusionInsightHD主要針對(duì)大型企業(yè)快速構(gòu)建大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供解決方案，能實(shí)施企業(yè)級(jí)大數(shù)據(jù)分布存儲(chǔ)、并行計(jì)算、快速查詢等一體化系統(tǒng)構(gòu)建。E-MapReduce是運(yùn)行在阿里云計(jì)算上的一種大數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)解決方案。這些云開發(fā)框架體系龐大，包括各種組件技術(shù)，在系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，存在大數(shù)據(jù)軟件組件選型配置困難、開發(fā)周期長、部署困難、維護(hù)管理代價(jià)昂貴、系統(tǒng)運(yùn)行分析優(yōu)化難等問題。

1.2 基于分布式通信中間件軟件開發(fā)

云計(jì)算可以利用中間件實(shí)現(xiàn)通信功能， 利用系統(tǒng)之間采用統(tǒng)一的接口與協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與控制，從而降低了系統(tǒng)之間的依賴性，提高了系統(tǒng)的通用性、穩(wěn)定性、可靠性。但系統(tǒng)軟件模塊之間的耦合度較高，應(yīng)用算法復(fù)用度不能很好解決，以致使軟件開發(fā)效率不高。

1.3 基于組件框架設(shè)計(jì)模式開發(fā)

基于組件的軟件開發(fā)技術(shù)，可通過系統(tǒng)組件庫中的組件模塊來快速構(gòu)建軟件系統(tǒng)。由于組件是編程接口和功能相互獨(dú)立的元件，因此組件技術(shù)具有高復(fù)用性，并能規(guī)避開發(fā)中可能導(dǎo)致的錯(cuò)誤，從而大大提高軟件的可靠性及軟件的開發(fā)效率。選擇組件框架設(shè)計(jì)模式開發(fā)軟件系統(tǒng)已經(jīng)成為一種非常重要的主流技術(shù)。但基于組件技術(shù)對(duì)云虛擬化環(huán)境適應(yīng)能力一般、不利系統(tǒng)部署遷移、不利業(yè)務(wù)擴(kuò)展、改造及系統(tǒng)升級(jí)困難。

2 基于云環(huán)境組件的中間件框架設(shè)計(jì)

本框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是基于分布式通信中間件及中間件容器組件技術(shù)相結(jié)合， 通過創(chuàng)新客戶端的組件技術(shù)， 引入云數(shù)據(jù)引擎與數(shù)據(jù)注入技術(shù)， 提出基于云環(huán)境組件的中間件框架開發(fā)系統(tǒng)。

2.1 云環(huán)境組件的中間件框架總體設(shè)計(jì)

將軟件框架設(shè)計(jì)成4層，即應(yīng)用層、組件層、容器層和中間件層。本軟件框架模型如圖1所示。中間件屬于應(yīng)用軟件基礎(chǔ)平臺(tái)，中間件部署在不同的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上，并可以實(shí)現(xiàn)通信。組件依存于下層容器，容器為組件提供生存環(huán)境。組件是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件功能的主體，是具體算法的實(shí)現(xiàn)。容器中間件是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件基礎(chǔ)環(huán)境，本方法通過組件在容器中的裝配實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的構(gòu)建。

2.2 容器模型設(shè)計(jì)

云計(jì)算環(huán)境下為了適應(yīng)不斷演變的環(huán)境和用戶需求，往往要求能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整其內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置。獨(dú)立的組件接入到軟件框架，在該框架體系中容器是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)環(huán)境，容器模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。容器層是分布式中間件與組件的溝通橋梁，為組件提供管理控制與通信基礎(chǔ)。根據(jù)組件管理與通信抽象出容器模型，按容器模型的需求分2大功能支撐模塊：開發(fā)環(huán)境支撐和系統(tǒng)運(yùn)行支撐。開發(fā)環(huán)境支撐，指容器為用戶在開發(fā)云應(yīng)用軟件時(shí)，需要提供的功能。系統(tǒng)運(yùn)行支撐指容器為上層應(yīng)用系統(tǒng)提供所需的運(yùn)用環(huán)境。主要包括：組件管理器、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、資源調(diào)度與分配、組件生命周期管理、系統(tǒng)自動(dòng)化部署、應(yīng)用權(quán)限管理等6部分。這些服務(wù)可供各種功能組件或下層中間件的使用。

3 基于組件的軟件系統(tǒng)開發(fā)

3.1 發(fā)開環(huán)境部署

首先進(jìn)行Application的初始化系統(tǒng)，配置基本的環(huán)境變量、資源、構(gòu)造器、監(jiān)聽器。然后加載應(yīng)用系統(tǒng)模塊，包括啟動(dòng)流程的監(jiān)聽模塊、核心的創(chuàng)建上下文環(huán)境模塊、加載配置環(huán)境模塊等。再指定應(yīng)用配置模塊，該模塊作為框架的配置核心，為應(yīng)用的系統(tǒng)配置。系統(tǒng)啟動(dòng)流程如圖3所示。

3.2 組件裝配過程

建立應(yīng)用程序框架，即完成組件裝配過程。按應(yīng)用軟件框架要求，搜索并適配組件及組件接口相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)。開發(fā)環(huán)境啟動(dòng)完成后，將可以進(jìn)行軟件開發(fā)。

例如，Web應(yīng)用軟件框架模型是由控制組件、功能組件、視圖組件等組裝而成。功能組件的程序結(jié)構(gòu)必須符合基本模板，主要包括數(shù)據(jù)接口，完成數(shù)據(jù)獲取與定義，具體的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)可以參考模板?？刂平M件屬于容器通信引擎，用于系統(tǒng)控制。操作流程包括配置文件設(shè)置、中間件容器環(huán)境的初始化、請求并讀取數(shù)據(jù)流、調(diào)度算法時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算以及注入視圖組件獲取結(jié)果。前端視圖組件主要實(shí)現(xiàn)UI，通過調(diào)用數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)注入，完成軟件界面開發(fā)，分為Web組件和平臺(tái)組件。本W(wǎng)eb組件采用基于HTML5+CSS3 +JQUERY開發(fā)的一整套專注服務(wù)與UI的前端視圖框架。開發(fā)流程如下：

（1）整體設(shè)計(jì)階段。由于應(yīng)用程序本身就是一個(gè)有序協(xié)同工作的框架，并不是簡單將這些組件拼接在一起，開發(fā)一個(gè)完整軟件需要合理的架構(gòu)設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)依賴于應(yīng)用本身，首先需進(jìn)行軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）組件準(zhǔn)備階段。由程序員對(duì)引用的各類組件模板進(jìn)行二次開發(fā)，即對(duì)組件接口進(jìn)行業(yè)務(wù)功能開發(fā)，當(dāng)然也可以直接使用具體應(yīng)用組件或第三組件，根據(jù)需求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)用程序的開發(fā)。整體架構(gòu)又可分子框架，主要是面向粗顆組件進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如日志、安全等這一類功能。

（3）裝配階段。由于本框架容器是組件的載體，所以容器可以看成是組件的活動(dòng)場所，程序員只要操控組件裝配接口，即可組裝程序。在云服務(wù)器上進(jìn)行裝配完成部署。因此利用本框架可以軟件一體化開發(fā)、部署和發(fā)布。同時(shí)也易于維護(hù)及升級(jí)軟件，在云服務(wù)器上裝配的應(yīng)用程序具有很高的伸縮性，不但組件裝缷，還可以對(duì)單個(gè)組件某個(gè)功能進(jìn)行裝缷。當(dāng)應(yīng)用程序需要升級(jí)或添加某項(xiàng)功能時(shí)，可以將相關(guān)組件接口進(jìn)行直接升級(jí)與功能添加的開發(fā)，既便于維護(hù)也便于拓展功能。

4 結(jié)束語

本文實(shí)現(xiàn)了可移植、可擴(kuò)展、可復(fù)用的針對(duì)實(shí)時(shí)流數(shù)據(jù)計(jì)算的高性能分層式組件式的中間件軟件系統(tǒng)，為云環(huán)境下提供一種面向組件的統(tǒng)一的開發(fā)、部署和集成方式中間件軟件開發(fā)方法，并可以使應(yīng)用軟件在云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理與彈性計(jì)算，極大發(fā)揮云平臺(tái)的優(yōu)勢。實(shí)踐證明，本軟件架構(gòu)有效性、易構(gòu)、安全、可靠性。

參考文獻(xiàn)

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