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1、 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程计算机与信息学院 计算机与信息学院 2010.12 2010.12 软件中间件概述 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程声 明 本课件为计算机与信息学院2010级硕士研究生课程软件复用专用；本课件为非正式出版物，仅供选课同学参考，不得外传。如有不当之处，欢迎指正、交流；在制作本课件的过程中，参阅了大量的学术论文、论著和教材，有些没有一一列举，对它们的作者表示真诚的感谢。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyri

2、ght10 Copyright10 硕士研究生课程提 纲一、基本概念二、中间件内涵三、作用和类型四、代表性工作五、技术发展展望 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间件是处于操作系统和应用程序之间的软件，也有人认为它应该属于操作系统中的一部分。人们在使用中间件时，往往是一组中间件集成在一起，构成一个平台(包括开发平台和运行平台)，但在这组中间件中必需要有一个通信中间件，因此，定义：中间件=平台通信 这个定义也限定了只有用于分布式系统中才能称为中间件，同时还可以把它与支撑软件和实用软件区分开来。一、基本概念一、基本概念 软件复

3、用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程IDC(互联网数据中心)给出的一个定义：中间件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。从这些定义中可以看出:中间件是一类软件，而非一种软件；中间件不仅仅实现互连，还要实现应用之间的互操作；中间件是基于分布式处理的软件，最突出的特点是其网络通信功能。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程7654321ApplicationPres

4、entationSessionTransportNetworkData linkPhysicalHost AApplicationPresentationSessionTransportNetworkData linkPhysicalNetworkData linkPhysicalNetworkData linkPhysicalSubnet boundary Host B=data pathIMP IMPIMP=interface message processor中间件的位置Middleware 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研

5、究生课程中间件表现形态 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程二、中间件内涵中间件的理解的层面：系统角度技术角度应用角度 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间件内涵系统角度通常理解：中间件意指Middlewarev它是表示网络环境下处于操作系统等系统软件和应用软件之间的一种起连接作用的分布式软件（位置）v通过API的形式提供一组软件服务（形态）v可使得网络环境下的若干进程、程序或应用可以方便的交流信息和有效的进行交互（作用）软件复用计算机与信息学院 计算机与

6、信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间件内涵系统角度广义理解，可理解为中间支撑层v通常是指处于系统软件和应用软件之间的中间层次的软件，其主要目的是从运行与开发结合的角度对应用软件的开发提供更为直接和有效的支撑。v其主要特征是运行支撑与开发支撑融合：如CORBA与CCM，MDA中的UML与中间件 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间支撑层ApplicationTransport layer开发、部署和运行支撑 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyrig

7、ht10 硕士研究生课程中间件内涵技术角度基本的程序设计模式v基于过程的v面向对象的v基于消息的v基于Agent的 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间件内涵技术角度基本的应用模式vClient/ServervPeer-to-PeervWeb Services 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间件内涵技术角度面向具体应用领域v计算网格：Globus，Legoin，v无线移动计算：新的中间件需求v专门应用：Database Mid.TP Monitor

8、v应用框架：水利、电力等Legion计划是维吉尼亚大学的一个基于对象的元系统软件项目，它被设计成一个具有几百万个主机和几百万亿个对象的系统，这些主机和对象通过高速链路系在一起。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间件内涵应用角度主要应用层次vE-Business 面向机构内网络化 面向机构间网络化 面向个体间网络化vE-Science 信息资源的共享 各类资源共享与协同 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程中间件内涵：通俗说法v它是表示网络环境下处于操作系统

9、等系统软件和应用软件之间的一种起连接作用的分布式软件及其相应的支撑软件（位置）v通过API和应用框架等各种形式提供一组逻辑上相关的软件服务，这组服务可以对下可实现对网络环境的合理抽象，屏蔽网络程序实现细节，对上可支持一类应用模型、应用领域或特殊应用（形态）v可使得网络环境下的若干进程、程序或应用可以方便的交流信息和有效的进行交互与协同，使之具有类似于单机编程的特点，或面向应用逻辑（作用）软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程三、作用和类型（1）通信处理（消息）中间件 也就是要建网和制定出通信协议，能在不同平台之间通信，实现分布式

10、系统中可靠的、高效的、实时的跨平台数据传输(如TongLINK、BEA eLink、IBM的MQSeries等)，称为消息中间件。这是中间件中唯一不可缺少的，是销售额最大的中间件产品，目前在Windows 2000操作系统中已包含了其部分功能。(2).事务处理（交易）中间件 在分布式事务处理系统中要处理大量事务。在联机事务处理系统(OLTP)中，每笔事务常常要多台服务器上的程序顺序地协调完成，一旦中间发生某种故障时，不但要完成恢复工作，而且要自动切换系统，达到系统永不停机，实现高可靠性运行；同时要使大量事务在多台应用服务器能实时并发运行，并进行负载平衡地调度，实现昂贵的可靠性机和大型计算机系统

11、同等的功能，为了实现这个目标，要求系统具有监视和调度整个系统的功能。BEA的 Tuxedo由此而著名，它成为增长率最高的厂商。一个事务处理平台，根据X/OPEN的参数模型规定，应由事务处理中间件、通信处理中间件以及数据存取管理中间件三部分组成。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程(3).数据存取管理中间件 在分布式系统中，重要的数据都集中存放在数据服务器中，它们可以是关系型的、复合文档型、具有各种存放格式的多媒体型，或者是经过加密或压缩存放的，该中间件将为在网络上虚拟缓冲存取、格式转换、解压等带来方便。(4).Web服务器中间

12、件浏览器图形用户界面已成为公认规范，然而它的会话能力差、不能作数据写入、受HTTP协议的限制等，就必需进行修改和扩充，形成了 Web服务器中间件，如 SilverStream公司的产品。(5).安全中间件 一些军事、政府和商务部门上网的最大障碍是安全保密问题，而且不能使用国外提供的安全措施(如防火墙、加密、认证等)，必需用国产的产品。产生不安全因素是由操作系统引起的，但必需要用中间件去解决，以适应灵活多变的要求。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程(6).跨平台和构架的中间件 当前开发大型应用软件通常采用基于构架和构件技术，在

13、分布系统中，还需要集成各节点上的不同系统平台上的构件或新老版本的构件，由此产生了构架中间件，功能最强的是CORBA，可以跨任意平台，但是太庞大；JavaBeans较灵活简单，很适合于做浏览器，但运行效率差;DCOM模型主要适合 Windows平台，已广泛使用。实际上国内新建系统主要是UNIX(包括LINUX)和 Windows，因此针对这两个平台建立相应的中间件要实用得多。(7).专用平台中间件 为特定应用领域设计领域参考模式，建立相应构架，配置相应的构件库和中间件，为应用服务器开发和运行特定领域的关键任务(如电子商务、网站等)。(8).网络中间件 它包括网管、接入、网络测试、虚拟社区、虚拟缓

14、冲等，也是当前最热门的研发项目。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程四、代表性工作 鉴于中间件技术与产品在软件新技术和产业方面的重要地位，许多著名公司和研究机构均在中间件技术和产品方面加大投入力度，正在研究与开发一系列中间件技术和产品.软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程代表性工作 各大公司和和研究机构的发展战略 Microsoft：COM/DCOM,.NET Sun公司：J2EE，Jini，JavaSpace，Sunone，JXTA,Message Queu

15、e IBM公司：Mqseries,等 OMG组织：CORBA2.0,CORBA3.0,MDA MOMA:The message oriented middleware organization association was formed in 1993.NSF NMI+75 Grid projects,金蝶 Apusic 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程面向应用模式/规程v Client/Server：CORBA等v Peer-to-Peer：JXTAv Web Services：Sun One，.NETv Dynami

16、c Federation:Jini代表性工作 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程Peer-to-Peer结构 问题：Internet有三类有价值的基本的Assets:Information,bandwidth,computing resources，但由于传统Client/Server模式的限制，他们未得到充分的利用

17、。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程Peer-to-Peer结构 现象1：现有的搜索引擎和门户难以及时的发现有用的信息。世界每年产生大约210(18次方)bytes的信息，但仅发布310(12次方)bytes的信息，Goole声称能搜索1.310(8次方)Web pages的信息。(Information)软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程Peer-to-Peer结构 现象2：尽管铺设了大量的光纤，但如果大家均只去Yahoo等，那么新带宽几乎没有获得什么利

18、用。这就是自1975年以来，虽然带宽每16个月翻一翻，大家仍然感到网络拥挤的原因。(bandwidth)软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程Peer-to-Peer结构 现象3：虽然新的处理器和存储设备不断打破速度和存储能力的记录，但由于计算仍然集中在数据中心，从而对空间等仍然产生巨大的压力。(computing resource)软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程Peer-to-Peer结构qP2PP2P的原意是一种通信模式，在这种通信模式中，的原意是一种

19、通信模式，在这种通信模式中，每一个部分具有相同的能力，任意一个部分都能每一个部分具有相同的能力，任意一个部分都能开始一次通信。现在，对开始一次通信。现在，对P2PP2P概念进行了扩展，如概念进行了扩展，如IBMIBM公司认为：公司认为：P2PP2P系统由若干互联协作的计算机系统由若干互联协作的计算机构成，且至少具有如下特征之一：系统依存于边构成，且至少具有如下特征之一：系统依存于边缘化（非中央式服务器）设备的主动协作，每个缘化（非中央式服务器）设备的主动协作，每个成员直接从其他成员而不是从服务器的参与中受成员直接从其他成员而不是从服务器的参与中受益；系统中成员同时扮演服务器与客户端的角色；益；

20、系统中成员同时扮演服务器与客户端的角色；系统应用的用户能够意识到彼此的存在，构成一系统应用的用户能够意识到彼此的存在，构成一个虚拟或实际的群体。个虚拟或实际的群体。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程（11）即时通信软件，如）即时通信软件，如ICQICQ等。等。22个或多个用户可以个或多个用户可以通过文字、语音或文件进行交流，甚至还可以与手通过文字、语音或文件进行交流，甚至还可以与手机通信。（机通信。（22）实现共享文件资源的软件，如）实现共享文件资源的软件，如NapsterNapster和和GnutellaGnutella等

21、。用户可以直接从任意一台安装同类软等。用户可以直接从任意一台安装同类软件的件的PCPC上下载或上载文件，并检索、复制共享的文上下载或上载文件，并检索、复制共享的文件。（件。（33）游戏软件。目前的许多网络游戏都是通过）游戏软件。目前的许多网络游戏都是通过对等网络方式实现的。（对等网络方式实现的。（44）存储软件，如）存储软件，如FarsiteFarsite。用于在网络上将存储对象分散存储。（用于在网络上将存储对象分散存储。（55）数据搜索）数据搜索及查询软件，如及查询软件，如InfrasearchInfrasearch、PointeraPointera。用来在对等。用来在对等网络中完成信息检索

22、。（网络中完成信息检索。（66）协同计算软件，如）协同计算软件，如NetbatchNetbatch。可连接几千或上万台。可连接几千或上万台PCPC，利用其空闲时，利用其空闲时间进行协同计算。（间进行协同计算。（77）协同处理软件，如）协同处理软件，如GrooveGroove。可用于企业管理。可用于企业管理。Peer-to-Peer结构 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程SOA和Web Service 开放环境需要新的应用模型（A）ServiceOriented Architecture 服务（Services）It prov

23、ides an interface that can be called from another program.It is registered and can be located through a service registry.软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 面向服务的体系结构（service-oriented architecture，SOA）来源于早期的基于构件的分布式计算方式，Allen在Component-Based Development for Enterprise Systems一书中首次提到

24、了服务的概念，他认为服务是将构件描述成提供相关服务的物理黑盒封装的可执行代码单元，它的服务只能通过一致的已发布的接口进行访问，构件必须能够连接到其他构件以构成一个更大的构件1。在OMG和IONA的推动下，目前SOA已成为了一个大家所广泛认可的规范。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 SOA的定义 SOA的特性 SOA的基本结构 创建SOA系统 Web services的定义 Web services的特点 Web services的结构 Web services标准体系 Web services主要协议 软件复用计算机与信息

25、学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 面向服务的体系结构是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。SOA的定义 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 SOA由一系列相互交互的服务组成,每种服务都能提供对该定义功能集的访问。SOA整体上设计和实现为一系列相互交互的服务,这种

26、将业务功能实现为服务的方法可以增强系统的灵活性,系统通过增加新的服务来实现演化。SOA定义了系统由哪些服务组成,描述了服务之间的交互,并将服务映射到一个或多个具体技术的实现。通过应用SOA,一个企业可以使用一组分布式服务来构成并组织应用程序。这样,企业就能通过重用他们自己的资源和他们的伙伴的业务功能来构造新的应用程序并组织应用程序。SOA的定义 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 面向服务的软件结构拥有以下的一些特性（Bieber and Carpenter 2001,Stevens,Service-Oriented,200

27、2,Sun Microsystems,Jini Technology Architectural Overview 2001）:服务是可发现的并且是动态绑定的。SOA支持服务发现的概念。服务是自包含的并且是标准的。服务强调互操作性。服务是松耦合的。服务有可设定地址的网络接口。服务有粗糙的接口。服务有透明的位置。服务是可组合的。面向服务的体系结构支持自复的。SOA的特点 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程SOA的基本结构协议服务消费者服务服务描述服务描述服务注册服务提供者绑定和执行查找注册 软件复用计算机与信息学院 计算机与信

28、息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 构建-定义业务模型或流程、软件模型和SOA模型。之后，创建一组服务，这组服务可以与已发布的通用接口一起重用。部署-提取创建的服务，并把它们放在一个可执行、可管理的环境之中。使用-根据SOA和软件模型来装配应用程序，并且测试其软件质量以及非功能性需求，比如性能、可伸缩性等等。管理-监控并管理安全性和使用，以及在许多与已制订好的服务级协定或策略相对应的方面比较其性能。创建SOA系统 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 Web serviceWeb servic

29、e是对象是对象/组件技术在组件技术在InternetInternet中的延伸，中的延伸，是一种部署在是一种部署在WebWeb上的对象上的对象/组件。组件。Web serviceWeb service结结合了以组件为基础的开发模式以及合了以组件为基础的开发模式以及WebWeb的出色性能，的出色性能，一方面，一方面，Web serviceWeb service和组件一样，具有黑匣子的功和组件一样，具有黑匣子的功能，可以在不关心功能如何实现的情况下重用；同能，可以在不关心功能如何实现的情况下重用；同时，与传统的组件技术不同，时，与传统的组件技术不同，Web serviceWeb service可以把

30、不可以把不同平台开发的不同类型的功能块集成在一起，提供同平台开发的不同类型的功能块集成在一起，提供相互之间的互操作。所以，相互之间的互操作。所以，Web serviceWeb service被普遍认为被普遍认为是下一代分布式系统开发的模型。是下一代分布式系统开发的模型。Web service 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程国际标准化组织国际标准化组织W3CW3C的定义：的定义：Web serviceWeb service是一个通过是一个通过URLURL识别的软件应用程识别的软件应用程序序，其界面及绑定能用，其界面及绑定能

31、用XMLXML文档来定义、描述和文档来定义、描述和发现发现，并且基于并且基于internetinternet协议上的消息传递，协议上的消息传递，使用使用XMLXML支持和其它软件应用程序的直接交互支持和其它软件应用程序的直接交互。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 Microsoft的定义：Web services是为其它应用提供数据和服务的应用逻辑单元，应用通过标准的Web协议和数据格式获得Web services，如HTTP、XML和SOAP等，每个Web service如何实现是完全独立的。Web services具有

32、基于构件的开发和Web两者的优点，是Microsoft的.NET程序设计模式的核心。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程W3C认为web service有三个部分组成，分别是传输模块、描述模块和发现模块。三个部分是密切相关的，传输模块是在线交换的标准，描述模块用于描述服务个体或服务的收集，发现模块用于服务的发现。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程封装性 互操作性 标准性 集成性 简单性 Web services特点 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院

33、Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程封装性 互操作性 标准性 集成性 简单性 Web services特点 由于web service是对象/组件的延伸，所以和对象/组件一样，具有很好的封装性。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程封装性 互操作性 标准性 集成性 简单性 Web services特点 由于采用了SOAP协议，所以任何的web service都可以与其他web service进行交互，而不管这些web service是基于什么开发环境，用什么语言实现的。软件复用计算机与信息学院 计算机与

34、信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程封装性 互操作性 标准性 集成性 简单性 Web services特点 Web service使用开放的标准协议进行描述、传输和交换，这些标准协议具有完全免费的规范，以便由任意方进行实现。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程封装性 互操作性 标准性 集成性 简单性 Web services特点 由于web service采取简单的、易理解的标准Web协议作为组件界面描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件平台的差异，所以，不同的web service可以高度的

35、集成。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程封装性 互操作性 标准性 集成性 简单性 Web services特点 Web service所使用的协议简单，并且有大量的工具支撑，其创建和部署都非常简单，也很容易把传统的对象/组件转成web service。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程Web service结构 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程 Web Services 软件复用计算机

36、与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程五、发展趋势 支持基于构件的软件开发 支持Internet应用和 web服务 支持移动应用 支持反射机制 支持质量服务QoS 支持网格计算 支持自治计算 软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程总体走向 中间件技术正在将关注重点从解决局域网资源共享上升到解决广域网、Internet或大型企业Intranet资源共享的转移，上述问题是从解决企业局部应用系统集成问题到整体提升企业价值链的转移过程中所必须攻克的一系列关键技术。整体上来说，MDA（M

37、odel-Driven Architecture）、Grid、Semantic Web三类技术将对中间件技术的发展起至关重要的影响 中间件的整体技术走向将呈现“收敛”和“普适”两大特色 各类技术通过MDA、具有丰富语义的模型和XML技术而不断聚合；聚合的技术又可以普遍适用于各类计算平台，从而减轻企业应用集成和互操作的代价。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程思 考 题1、中间件概念及特点。2、熟悉已有技术（J2EE/.NET）的中间件开发及应用方法。软件复用计算机与信息学院 计算机与信息学院Copyright10 Copyright10 硕士研究生课程参考资料