基于π演算的软件体系结构形式化研究

【摘要】： 伴随计算机软件系统的规模和复杂程度不断提高，软件系统的结构变得日益复杂，软件设计重心从“算法+数据结构”设计转变成为体系结构设计。软件体系结构已经成为决定软件系统质量的重要因素，是软件产品线开发的关键技术之一，并因此成为当前软件工程领域的一个研究热点。 体系结构规约是软件体系结构重要的研究课题。运用自然语言和图表描述体系结构存在众多不足，难以有效实现软件体系结构预期的诸多好处。于是众多学者开始运用通用的形式化方法、提出专门的体系结构描述语言描述软件体系结构，这两类方法具有各自的特点和不足，并且它们通常在软件体系结构的演化、精化、分析和实现等方面缺乏支持，从而阻碍了软件体系结构在实践当中的应用。 据此，基于移动进程理论π演算，结合体系结构形式化方法和体系结构描述语言，我们提出软件体系结构形式化描述语言πADL，并以此作为基础，展开软件体系结构演化、精化、实现和分析等课题的探索和研究。具体如下： 1．基于移动进程代数π演算，提出软件体系结构形式化描述语言πADL，形式化描述软件系统的结构和行为。提出端口组装和六种构件组装机制及相应的组装推导算法，以有效支持体系结构层次化配置。 2．对动态体系结构进行研究，提出πADL描述动态体系结构的方法和相应的形式语义。该方法运用独立的π进程描述动态配置行为并，并与系统的计算行为交互，能够描述动态体系结构的诸多要素，包括动态演化的起因、时间、操作、非瞬时特性、断点继续执行等。 3．对体系结构精化进行研究，指出复合构件层次规约存在的不足，提出复合行为和体系结构行为精化的概念、规约的方法和法则及推导算法，确保精化过程中高层体系结构的行为特性得到保持，并自动生成低层体系结构。 4．对体系结构实现进行研究，指出运用现有构件技术实现体系结构存在的问题，分析体系结构领域和构件技术领域中软件构件的特点，提出面向体系结构的构件接口模型AOCIM，形式化给出AOCIM两级接口行为协议规约的方法，用以支持体系结构的实现。 5．对体系结构分析进行研究，基于π演算基本理论，结合体系结构领域的需求和特点，形式化定义有关概念和多种进程关系，并以此作为理论基础，提出πADL规约的8种静态检测方法，用以提高体系结构规约和系统组装的质量。 运用πADL及其相关研究工作，能够准确描述软件体系结构、推导系统的行为属性和分析系统规约的一致性，从而能够更好地支持体系结构驱动的软件开发方法，提升运用构件技术组装生成的软件系统的质量，向可预测系统组装这一 软件工程的宏伟目标迈进一步。