构件化软件动态更新关键技术及形式化研究

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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。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
目录第7-11页
插图索引第11-13页
主要符号和简写对照表第13-14页
第一章 绪论第14-30页
    1.1 研究背景第15-24页
        1.1.1 构件化软件开发第15-20页
        1.1.2 动态软件更新技术第20-23页
        1.1.3 软件更新形式化研究第23-24页
    1.2 研究动机与目标第24-27页
        1.2.1 问题的提出及研究动机第24-27页
        1.2.2 研究的主要目标第27页
    1.3 研究的主要内容第27-28页
    1.4 篇章结构组织第28-29页
    1.5 本章小结第29-30页
第二章 动态软件更新问题及研究现状第30-48页
    2.1 基本过程和属性需求第30-37页
        2.1.1 动态软件更新过程第30-33页
        2.1.2 系统一致性第33-35页
        2.1.3 时序正确性第35-36页
        2.1.4 安全可靠性第36-37页
    2.2 动态软件更新技术研究现状第37-44页
        2.2.1 安全更新状态界定第38-40页
        2.2.2 动态更新时机选择第40-42页
        2.2.3 运行时状态迁移第42-44页
    2.3 软件更新形式化推演技术第44-47页
        2.3.1 研究现状分析第44-45页
        2.3.2 形式化推演机理第45-47页
    2.4 本章小结第47-48页
第三章 构件化软件动态更新关键技术研究第48-72页
    3.1 动态更新需求分析第48-51页
        3.1.1 功能需求第48-50页
        3.1.2 非功能需求第50-51页
    3.2 动态更新关键技术策略第51-60页
        3.2.1 确定安全更新点第52-53页
        3.2.2 安全交付更新文件第53-55页
        3.2.3 选择合理更新时机第55-57页
        3.2.4 提取并迁移运行时状态第57-58页
        3.2.5 检测及处理更新失败第58-60页
    3.3 构件化软件下的动态更新技术研究第60-71页
        3.3.1 基于安全通信方案传输更新文件第60-64页
        3.3.2 基于依赖性分析确定更新顺序第64-67页
        3.3.3 基于静态分析确定并迁移运行时状态第67-71页
    3.4 本章小结第71-72页
第四章 高阶π演算的动态更新支持扩展研究第72-90页
    4.1 高阶π演算第72-76页
        4.1.1 基本语法第72-74页
        4.1.2 标记变迁系统第74-76页
    4.2 带进程位置的HOπ演算第76-79页
        4.2.1 进程钝化第76-78页
        4.2.2 语法和语义第78-79页
    4.3 带事务特性的HOπ演算第79-83页
        4.3.1 事务处理语法第80-81页
        4.3.2 操作语义第81-83页
    4.4 带状态属性的HOπ演算第83-88页
        4.4.1 基本语法第85-86页
        4.4.2 操作语义第86-88页
    4.5 本章小结第88-90页
第五章 构件化软件动态更新形式化研究第90-112页
    5.1 设计依据第90-93页
        5.1.1 更新粒度选择第90-91页
        5.1.2 更新时机推导第91-92页
        5.1.3 状态获取与迁移第92页
        5.1.4 更新事务及失败恢复第92-93页
    5.2 updateπ演算的语法第93-98页
        5.2.1 基本约定第93-94页
        5.2.2 语法定义第94-98页
    5.3 updateπ演算操作语义第98-105页
        5.3.1 结构同余第99-100页
        5.3.2 归约关系第100-103页
        5.3.3 标记变迁系统第103-105页
    5.4 动态构件更新及其属性第105-110页
        5.4.1 动态更新实例第105-108页
        5.4.2 属性分析第108-110页
    5.5 本章小结第110-112页
第六章 动态软件更新支持系统实现及案例研究第112-136页
    6.1 动态更新支持系统功能建模第112-123页
        6.1.1 基本更新处理过程第114-115页
        6.1.2 更新时机选择模块第115-116页
        6.1.3 依赖性分析模块第116-120页
        6.1.4 更新顺序确定模块第120-121页
        6.1.5 运行时状态迁移模块第121-123页
    6.2 普适计算环境下的动态软件更新第123-134页
        6.2.1 远程诊疗系统动态更新应用场景第123-125页
        6.2.2 基于R-OSGi平台技术的软件动态更新实现第125-129页
        6.2.3 原型实现及实验分析第129-134页
    6.3 本章小结第134-136页
第七章 总结与展望第136-140页
    7.1 论文内容总结第136-138页
    7.2 未来研究方向第138-140页
参考文献第140-154页
致谢第154-156页
攻读博士学位期间发表的学术论文及科研情况第156-161页
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