CN111522623A - 组件化软件多进程运行*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组件化软件多进程运行***，包含面向服务的组件框架、容器管理框架和软件架构配置模块，面向服务的组件框架用于向软件供应商提供开发组件的标准，以及发布、订阅组件的策略；软件架构配置模块提供用户对软件***中运行方案和分布式通信进行配置的工具，生成容器管理框架需要的运行方案配置文件和分布式通信配置文件；容器管理框架用于根据运行方案配置文件从面向服务的组件框架订阅组件组成容器，并根据分布式通信配置文件建立容器内部以及容器之间的通信。本发明为无人机地面站软件开发提供一个组件开发、运行、集成、测试统一环境与标准，解决不同厂商不同应用软件的统一部署、快速集成、功能扩展等问题。

Description

组件化软件多进程运行***
技术领域
本发明属于计算机软件架构领域，特别涉及一种组件化软件多进程运行***。
背景技术
随着无人机领域的蓬勃发展，以及计算机性能的不断提升，无人机地面软件的规模变得越来越大，功能变得越来越复杂。根据无人机的载荷，无人机地面站软件涵盖了飞行控制、三维视景、任务规划、载荷显示、目标识别、目标融合等多方面的功能。因此，无人机地面站软件的规模和复杂度不断提升，给软件开发带来了巨大的挑战，提升软件的性能需求，以及安全需求也更加迫切。
传统的软件开发模式以单应用集成为主，各模块以链接库或源代码的方式进行集成。相似功能重复实现、单个模块缺乏标准化定义的调用接口以及模块间复杂的交联调用关系成为了制约无人机地面站软件开发效率与性能的主要因素。因此，需要采用可重构的软件组件化技术，将应用程序的不同功能单元(即组件)相互隔离，通过定义组件间的服务接口使其彼此联系，从而实现组件之间的松耦合，能够有效地减小模块间的依赖性，增加模块间交互能力，提高无人机地面站软件的扩展能力和开发效率。
同时，无人机地面站软件的***，通常由不同的软件供应商分别提供，对软件的稳定运行、故障定位、运行性能都提出了新的挑战。因此需要在组件化开发的基础上，提供多进程并发运行能力，提供更强的隔离、更好的性能以及更快速的故障定位能力。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种组件化软件多进程运行***，为无人机地面站软件开发提供一个组件开发、运行、集成、测试统一环境与标准，解决不同厂商不同应用软件的统一部署、快速集成、功能扩展等问题。同时，提供***资源管理、运行时异常检测与容错、组件容器管理等技术，并为组件提供公共的平台级服务。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种组件化软件多进程运行***，包含面向服务的组件框架、容器管理框架和软件架构配置模块；
面向服务的组件框架用于向软件供应商提供开发组件的标准，以及发布、订阅组件的策略；
软件架构配置模块以提供用户对软件***中运行方案和分布式通信进行配置的工具，生成容器管理框架需要的运行方案配置文件和分布式通信配置文件；
容器管理框架用于根据运行方案配置文件从面向服务的组件框架订阅组件组成容器，并根据分布式通信配置文件建立容器内部以及容器之间的通信。
本发明的有益效果在于：
分析无人机地面站软件的特征与使命，组件化软件的多进程运行***应具有以下功能与特点：
易集成：面向服务的组件框架应能够提供相应的机制便于软件供应商开发的应用软件能够快速集成到整个软件***中；
分布式：容器管理框架提供的通信机制使得部署在不同网络节点的平台框架的应用软件进行数据交换；
可配置：图形化的软件架构配置模块为软件***架构设计与验证、组件开发与部署等提供便利，提高软件设计和开发的效率。
本发明为无人机地面站软件开发提供一个具有高重用性、高扩展性和易维护性的应用软件框架。大大提高了软件开发效率以及代码的复用性，突破了传统的单进程的软件的性能瓶颈和安全问题，为无人机地面站软件的开发提供关键技术路线，具有广泛且深远的应用价值。
附图说明
图1为组件化模型的框图。
图2为组件生命周期管理框图。
图3为组件的服务管理模型示意图。
图4为容器管理模型框图。
图5为容器通信框图。
图6为运行时框架图。
图7为组件化软件多进程运行***的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图7所示，本实施例所示的一种组件化软件多进程运行***，具体包括以下程序模块：面向服务的组件框架、容器管理框架和图形化的软件架构配置模块。下面结合附图对各个程序模块进行详细说明。
(一)面向服务的组件框架
面向服务的组件框架用于向软件供应商提供开发组件的标准，以及发布、订阅组件的策略，包含组件化模型、组件生命周期模型、以及组件的服务管理模型以使。
(1)组件化模型
组件化模型向软件供应商提供了一个组件的形式及装载策略，参见图1所示的组件化模型的框图，包括组件的元数据定义、组件的资源文件、组件的内部信息导出策略和组件的对外访问策略等，实现动态的组件架构，为通用或专用组件的开发提供标准和约束。
组件的元数据定义用于定义必须键值对和可选键值对。必须键值对包括组件数字签名，组件名和组件版本。可选键值对包括依赖的组件，以及依赖的组件的版本范围。
组件的资源文件用于记录组件使用的文件、图片，组件使用的文件中包含组件使用的元数据的清单，容器可以根据导出的资源文件，获取组件的元数据。
组件的内部信息导出策略，用于定义组件的资源文件的路径与导出策略。容器通过导出的组件的资源文件，获取组件的元数据，实现组件的管理。
组件的对外访问策略，用于定义在将组件放入容器后与其它组件之间的事件通信模型，将组件的状态发布。同时将组件的资源文件注册到服务管理中心。
组件化模型提供组件管理，以组件化模型为基础，实现组件的加载、解析功能。组件加载需要独立加载每个组件，以保证组件的物理隔离，具体表现为对各组件的资源文件的定义及其内容的解析、加载、卸载等操作。
软件组件化模型技术的组件管理提供以下功能：
a)组件信息存储；
b)组件信息更新；
c)组件信息获取；
d)组件版本管理。
(2)组件生命周期模型
组件的生命周期模型用于定义组件的访问模型和执行上下文以及组件生命周期的相关操作。其中，组件的访问模型，包含了组件的安装、解析、启动、停止等操作的定义。组件的安装包含了对组件元数据的解析，从而实现组件信息的存储、更新和组件的版本管理。
图2是组件生命周期管理框图，组件生命周期模型提供组件的生命周期管理技术，面向组件框架中执行时的组件，提供一组管理API。生命周期管理实现两个作用：
在应用程序外部，生命周期管理定义了对组件生命周期的相关操作，这些对生命周期的操作，允许动态地改变运行于框架中的组件的组成，并以此来管理和改进应用程序；
在应用程序内部，生命周期管理定义了组件访问及执行上下文的方式，为组件提供了一种与组件框架交互的途径以及一些执行时的使得条件。
(3)组件的服务管理模型
组件的服务管理模型提供了一个服务化软件管理框架，该服务化软件管理框架由翻译器、服务管理器、注册中心服务库、服务匹配器、执行引擎五个部件构成了。
组件开发者将组件发布到注册中心服务库，翻译器接收并翻译组件使用者提交的服务请求，执行引擎根据翻译的服务请求从服务匹配器中获取服务的句柄供组件使用者使用。
图3是组件的服务管理模型示意图，组件框架的服务层支持和促成一个灵活的应用编程模型，主要的概念涉及面向服务的发布、查找和绑定交互模式。服务层是一个轻量级层，组件开发者只是一些通过直接的方法调用来访问的对象。另外，服务层通过基于服务的动态性(服务可以在任何时刻出现或消失)来扩展生命周期层基于组件的动态性。
组件的服务管理模型为组件提供服务调用机制，是组件间通信的基础，赋予组件协作性、动态性、安全性、版本控制能力等。组件间相互隔离，独立工作，但绝大多数情况下，组件仍需要保持互相通信的能力。服务作为组件通信最重要的手段，具备服务调用者、服务使用者和服务管理者的模型，使得组件间调用服务时仅需通过指定服务调用即可，而不需要知道真正的服务提供者，这种工作模式可以很好的对组件进行解耦和集成，实现面向服务的软件架构。
(二)容器管理框架
所述的容器管理框架用于根据运行方案配置文件从面向服务的组件框架订阅组件组成容器，并根据分布式通信配置文件建立容器内部以及容器之间的通信，包含容器管理模型、容器通信模型、以及容器的运行时框架。
(1)容器管理模型
容器管理模型用于根据容器启动参数从面向服务的组件框架订阅组件组成容器。
容器启动参数，包括容器运行的组件列表，以及容器运行的进程的堆栈大小信息、进程和线程的运行CPU以及优先级设置，以及单个容器的数据库连接池上限等。图4是容器管理模型框图，每个容器可支持多个组件的运行；不同容器之间运行状态互相隔离，拥有独立的工作目录、环境变量、依赖库等。
通过向面向服务的组件框架中组件生命周期模型输入容器启动参数中的组件列表描述的列表集订阅组件。组件列表中除了定义了的应用程序运行所需的业务组件，还包括了基本的通用组件，包括日志模块、故障检测模块、以及一个http server，用于浏览器的方式收集容器内部的组件运行状态。
(2)容器通信模型
容器的通信模型集成了DDS(Data Distribution Service)和Qt的事件通讯。容器与容器、组件与组件之间，通信均采用去中心的对等网络的方式组建。容器与容器之间的信息传输以对等的方式进行，无服务器、无守护进程、无消息代理、避免信息传输出现瓶颈或者单点失效。
容器通信模型通过读取分布式通信配置文件实现通信模型中的通信质量的配置，从而实现可靠的数据传输与最大速度的数据传输等多种通信质量。
图5是容器通信框图，容器内部采用发布订阅模型事件通讯，事件通讯的能力来自于事件通讯组件注册的事件通信服务。这项服务同时通过DDS总线，将事件通讯发布到网络中，从而实现容器间的事件通讯，以及事件通讯监控。
(3)容器的运行时框架
运行时框架提供了容器的运行模型，运行时模型集成了ftp server，用于容器的升级、部署。集成了ASSAC标准的***管理容器，实现运行时框架的配置、以及健康管理。
图6是组件化多进程***的运行时框架图，运行从创建守护进程开始，守护进程默认创建符合ASAAC标准的***管理容器。
***管理容器读取运行方案配置文件获取待启动的容器列表。所述的容器列表，表项中的每一项，包含了容器模型在运行时需要的所有信息，即容器启动参数。根据待启动的容器列表，***管理容器通过向守护进程申请创建容器，创建应用程序；应用程序由若干个组件容器组成；每个组件容器有独立的运行属性(环境变量、工作目录、外部依赖、内存资源、线程资源、进程资源等)、以及组件列表。
守护进程同时创建了事件管理容器和服务管理容器。事件管理容器向服务管理容器注册了事件服务。所有注册到容器内部的服务，都会通过DDS分布式通信总线，注册到服务管理容器，从而实现应用软件统一的服务管理与事件通讯管理。
此外，还可以通过对DDS分布式总线的监控，实现对服务和事件通信的监控。
(三)软件架构配置模块
软件架构配置模块以图形化的方式提供用户对软件***中运行方案和分布式通信进行配置，生成容器管理框架需要的运行方案配置文件和分布式通信配置文件。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种组件化软件多进程运行***，包含面向服务的组件框架、容器管理框架和软件架构配置模块，其特征在于：
面向服务的组件框架用于向软件供应商提供开发组件的标准，以及发布、订阅组件的策略；
软件架构配置模块以提供用户对软件***中运行方案和分布式通信进行配置的工具，生成容器管理框架需要的运行方案配置文件和分布式通信配置文件；
容器管理框架用于根据运行方案配置文件从面向服务的组件框架订阅组件组成容器，并根据分布式通信配置文件建立容器内部以及容器之间的通信。
2.根据权利要求1所述的一种组件化软件多进程运行***，其特征在于面向服务的组件框架包含组件化模型、组件生命周期模型、以及组件的服务管理模型；
组件化模型向软件供应商提供了一个组件的形式及装载策略；
组件的生命周期模型用于定义组件的访问模型和执行上下文以及组件生命周期的相关操作；
组件的服务管理模型由翻译器、服务管理器、注册中心服务库、服务匹配器、执行引擎五个部件构成，组件开发者将组件发布到注册中心服务库，翻译器接收并翻译组件使用者提交的服务请求，执行引擎根据翻译的服务请求从服务匹配器中获取服务的句柄供组件使用者使用。
3.根据权利要求1所述的一种组件化软件多进程运行***，其特征在于所述的容器管理框架包含容器管理模型、容器通信模型、以及容器的运行时框架；
容器管理模型用于根据容器启动参数从面向服务的组件框架订阅组件组成容器；
容器通信模型通过读取分布式通信配置文件实现容器与容器、组件与组件之间的通信配置；
运行时框架提供了容器的运行模型，用于容器的升级、部署。
4.根据权利要求3所述的一种组件化软件多进程运行***，其特征在于运行时框架包含***管理容器和守护进程；
***管理容器读取运行方案配置文件获取待启动的容器列表，根据待启动容器列表，***管理容器通过向守护进程申请创建容器；
同时守护进程还创建了事件管理容器和服务管理容器，事件管理容器向服务管理容器注册事件服务。
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