一種嵌入式軟件組件更新方法的研究與實(shí)現(xiàn)

郭秋麗，趙益民，邸海濤

（航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

動(dòng)態(tài)更新的研究始于19世紀(jì)60年代，在開放的Internet環(huán)境下，動(dòng)態(tài)性和多變性的需求越來越明顯。大多數(shù)系統(tǒng)都處于持續(xù)運(yùn)行中，如果停機(jī)更新維護(hù)，則會(huì)帶來巨大的損失，這就要求軟件系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)更新的能力，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更新。嵌入式軟件組件經(jīng)過組裝和集成后形成龐大的軟件系統(tǒng)，但對(duì)執(zhí)行時(shí)間、可靠性、安全性、可用性及功耗等因素要求較高，使用者在經(jīng)過評(píng)估或性能改進(jìn)后，會(huì)對(duì)不符合需求的軟件組件進(jìn)行更新，于是就引入了對(duì)軟件組件更新的需求。文章提出了一種嵌入式軟件組件的更新方法，并具體實(shí)現(xiàn)了更新過程。

1 組件更新方式

根據(jù)嵌入式軟件組件更新發(fā)生的時(shí)機(jī)不同，可將組件更新方式分為以下4種：

（1）設(shè)計(jì)時(shí)更新：在軟件編譯前，通過修改組件的設(shè)計(jì)或源代碼，重新編譯和部署來適應(yīng)變化。在文章中不考慮這種類型的組件更新。（2）運(yùn)行前更新：又稱為靜態(tài)更新，指在軟件編譯之后、運(yùn)行之前進(jìn)行的更新。（3）有限制的動(dòng)態(tài)更新：一般在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)定了更新的具體條件，比如將系統(tǒng)設(shè)置為“安全”模式后進(jìn)行一些規(guī)定的更新操作，不會(huì)破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性和一致性。黃英蘭等[1]提到了基于確定策略的機(jī)載分布式系統(tǒng)多級(jí)重構(gòu)方法就是通過預(yù)先定義系統(tǒng)的重構(gòu)策略，并將策略存儲(chǔ)在配置數(shù)據(jù)中來實(shí)現(xiàn)的。（4）動(dòng)態(tài)更新：又稱為運(yùn)行時(shí)更新，指在組件運(yùn)行過程中，根據(jù)應(yīng)用需要和環(huán)境變化，動(dòng)態(tài)的進(jìn)行組件運(yùn)行、維護(hù)和更新。

2 一種嵌入式軟件組件更新方法的設(shè)計(jì)

組件更新在本質(zhì)上是指刪除舊組件和增加新組件的替換操作。在具體替換時(shí)，需要收集舊組件的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后傳遞給新組件，新組件通過直接使用這些狀態(tài)和數(shù)據(jù)或根據(jù)系統(tǒng)約束對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終使新系統(tǒng)能正確運(yùn)行。若替換操作不成功，系統(tǒng)必須恢復(fù)到原來的狀態(tài)。因此，組件必須滿足以下特性：

（1）新、舊組件必須兼容，并且新組件必須符合功能屬性要求，以減少更新后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。（2）新組件只影響與其相連的組件，不能影響系統(tǒng)中的其他組件。（3）保證組件滿足一致性要求，即行為一致性、狀態(tài)一致性、應(yīng)用一致性。

2.1 嵌入式軟件組件系統(tǒng)的組成

嵌入式軟件組件系統(tǒng)由操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)、組件管理框架、組件和組件庫(kù)組成，其中操作系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)與硬件環(huán)境緊密聯(lián)系，組件分為應(yīng)用組件和中間件組件，中間件組件運(yùn)行在組件管理框架中。組件是不能直接與底層軟件進(jìn)行交互的，需要組件管理框架來完成。組件管理框架是一個(gè)支持組件運(yùn)行和部署的環(huán)境，主要負(fù)責(zé)組件與外部的連接、組件生命周期的管理、組件服務(wù)的綁定調(diào)用、為組件分配系統(tǒng)資源等功能[2-3]。組件管理框架在組件更新時(shí)起到了非常重要的作用，通過組件管理框架可以實(shí)現(xiàn)組件狀態(tài)的遷移，如：組件增加、組件刪除、組件修改、組件升級(jí)和組件替換等操作。嵌入式軟件組件系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 嵌入式軟件組件系統(tǒng)組成

2.2 組件更新策略

當(dāng)嵌入式系統(tǒng)有組件更新需求時(shí)，系統(tǒng)需要判斷當(dāng)前更新操作是否可以進(jìn)行，一般是通過組件的依賴關(guān)系來判斷的。配置描述文件以一種規(guī)范化、易于理解的方式來全面、準(zhǔn)確地描述組件信息，包括：組件名稱、版本、提供商、功能、服務(wù)、依賴服務(wù)等，其中組件依賴服務(wù)屬性描述了該組件對(duì)其他組件的依賴關(guān)系及依賴強(qiáng)度。

假如系統(tǒng)中有組件A、組件B和組件C 3個(gè)組件在運(yùn)行，其中，組件A依賴于組件B，且組件B是為組件A而加載運(yùn)行的，組件C依賴于組件A?，F(xiàn)在要求動(dòng)態(tài)更新組件A，處理規(guī)則如下：

（1）如果新組件A沒有提供給組件C所需要的服務(wù)，則系統(tǒng)判斷其不符合一致性規(guī)則，不允許更新。（2）如果新組件A提供了組件C所需要的服務(wù)，但沒有依賴組件B，則不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，允許更新。在更新成功后，將舊組件A和組件B同時(shí)卸載。（3）如果新組件A提供了組件C所需要的服務(wù)，也依賴于組件B，則允許更新，更新成功后，將舊組件A卸載，保留組件B。

3 一種嵌入式軟件組件更新方法的實(shí)現(xiàn)

3.1 組件更新軟件

組件更新軟件用來實(shí)現(xiàn)組件的更新。如圖2所示，組件更新軟件分為更新響應(yīng)、動(dòng)態(tài)更新、狀態(tài)恢復(fù)共3個(gè)子模塊。

圖2 組件更新軟件功能模塊

（1）更新響應(yīng)模塊：當(dāng)組件框架接收到組件更新的命令后，即調(diào)用更新響應(yīng)模塊，對(duì)組件及當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行判斷，確定能否更新、靜態(tài)更新或動(dòng)態(tài)更新等。（2）動(dòng)態(tài)更新模塊：主要進(jìn)行組件的動(dòng)態(tài)更新。（3）狀態(tài)恢復(fù)模塊：無論組件更新成功與否，系統(tǒng)都要進(jìn)行更新動(dòng)作后的清理工作。如果更新失敗，則要將系統(tǒng)恢復(fù)到更新之前的狀態(tài)；如果更新成功，則要將舊組件相關(guān)信息清除。

3.2 組件更新的過程

當(dāng)組件框架調(diào)用了更新響應(yīng)功能后，組件更新軟件就開始執(zhí)行，組件更新的過程如圖3所示。

圖 3個(gè)組件更新過程

（1）執(zhí)行組件下載功能，將新組件下載到本地組件庫(kù)中。（2）判斷所要更新的模塊名稱是否安裝在當(dāng)前的軟件組件管理框架中，如果沒有被安裝，則結(jié)束更新過程。（3）判斷新組件是否滿足一致性要求，如果不滿足則結(jié)束更新過程。（4）判斷舊組件是否被加載到內(nèi)存，如果沒有則將新組件進(jìn)行安裝，并在安裝文件中記錄安裝信息，卸載舊組件，結(jié)束更新過程。（5）如果組件被加載到內(nèi)存，且參與了系統(tǒng)功能服務(wù)，則要進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。先判斷舊組件是否被當(dāng)前運(yùn)行的組件強(qiáng)制依賴，如果有，則結(jié)束更新過程。（6）如果舊組件沒有被強(qiáng)制依賴，則將舊組件的狀態(tài)設(shè)置為“Updating”，將其他組件對(duì)舊組件的依賴關(guān)系標(biāo)記為“Updating”，將舊組件對(duì)其他組件的服務(wù)依賴關(guān)系標(biāo)記為“Updating”。（7）安裝加載新組件，為新組件注冊(cè)并建立服務(wù)依賴關(guān)系，將其他組件對(duì)舊組件的依賴關(guān)系遷移到新組件上來，并將依賴關(guān)系標(biāo)記為“Normal”，將新組件的狀態(tài)設(shè)置為“Runing”。新組件安裝時(shí)，將舊組件的安裝信息更名位“_old”。（8）如果新組件安裝運(yùn)行正常，將系統(tǒng)中舊組件的依賴關(guān)系刪除，將安裝文件目錄中舊組件的安裝文件刪除，結(jié)束組件更新過程。（9）如果新組件在安裝加載過程中出了問題，系統(tǒng)將會(huì)退回到舊組件狀態(tài)，并且結(jié)束更新過程。退回過程：將其他組件對(duì)舊組件的依賴關(guān)系記錄標(biāo)記為“Normal”；將舊組件對(duì)其他組件的服務(wù)依賴關(guān)系標(biāo)記為“Normal”；將舊組件的狀態(tài)設(shè)置為“Runing”；從安裝文件目錄中將新組件的安裝文件刪除，將舊組件的安裝文件名稱恢復(fù)成原來的名稱。

4 結(jié)語(yǔ)

文章提出了一種嵌入式軟件組件的更新方法，并實(shí)現(xiàn)了更新過程。在嵌入式系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)發(fā)展的道路上，軟件的復(fù)雜度越來越高，動(dòng)態(tài)性和多變性的需求就越來越明顯，提供軟件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更新能力，保證系統(tǒng)在不停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行軟件更新，將會(huì)降低人工成本，提高嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行效率。