陳 超，劉才銘

（1.四川理工學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)管理中心，四川 自貢 643000；2.樂山師范學(xué)院 計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，四川 樂山 614000）

中間件技術(shù)產(chǎn)生以前，開發(fā)人員都是在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、硬件以及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)之上進(jìn)行軟件開發(fā)。然而，由于操作系統(tǒng)、硬件等處于計算機(jī)系統(tǒng)最底層，十分復(fù)雜，例如繁雜的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計、管理，數(shù)據(jù)分散處理帶來的不一致性問題、性能和效率、安全，復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，操作系統(tǒng)的多樣性等[1]，這必然導(dǎo)致開發(fā)人員面臨諸多困難。上述困難雖然同用戶的業(yè)務(wù)沒有直接關(guān)系，但不解決又無法完成用戶業(yè)務(wù)，這大大浪費了開發(fā)人員的大量寶貴時間和精力。在這種情況下，研究者提出一個疑問：能否將軟件開發(fā)時面對的諸多的共性問題進(jìn)行提煉、抽象，以便在緊鄰操作系統(tǒng)處形成一個可復(fù)用的部分，從而為開發(fā)時提供復(fù)用。在這一技術(shù)構(gòu)想的驅(qū)動下，中間件技術(shù)應(yīng)運而生[2]。

中間件（middleware）是一類基礎(chǔ)軟件，屬于可復(fù)用軟件的范疇[3]。從這個定義來看，中間件是一種位于操作系統(tǒng)軟件和用戶軟件之間的軟件。中間件位于操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之上，處于應(yīng)用軟件之下，其作用是為處于其上層的用戶軟件提供運行與開發(fā)環(huán)境，以便協(xié)助開發(fā)人員快速、高效地開發(fā)和集成較為復(fù)雜的應(yīng)用軟件[4]。中間件技術(shù)的出現(xiàn)促使計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大改變，用戶可以采用中間件技術(shù)把傳統(tǒng)計算機(jī)體系兩層結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為三層或三層以上，此時就產(chǎn)生了多層分布式系統(tǒng)。

1 多層分布式系統(tǒng)

1.1 多層分布式系統(tǒng)產(chǎn)生原因

在傳統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)C/S結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用程序邏輯一般位于客戶端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端之間，客戶端負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)資源訪問請求給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端，而數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端負(fù)責(zé)將最終請求結(jié)果返回客戶端。此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺點如下：隨著客戶端數(shù)目的不斷增加，系統(tǒng)將無法進(jìn)行負(fù)載均衡，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的性能急劇降低[5]；如果應(yīng)用需求發(fā)生改變，處于客戶端和服務(wù)器端之間的應(yīng)用程序邏輯必須進(jìn)行相應(yīng)地修改，這樣就造成系統(tǒng)維護(hù)成本的大幅增加，同時也給系統(tǒng)升級產(chǎn)生極大阻力；如果傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，就會加重網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)，容易使數(shù)據(jù)在傳輸時出現(xiàn)不完整、不一致甚至丟失的情況。為了解決上述C/S結(jié)構(gòu)的不足，兩層計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)只有向多層分布式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展、普及以及中間件技術(shù)的產(chǎn)生，進(jìn)一步助長了多層分布式系統(tǒng)的興起。

在多層分布式系統(tǒng)中，客戶端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間增加一層或多層基于中間件的應(yīng)用服務(wù)程序，這種應(yīng)用服務(wù)程序稱為 “應(yīng)用服務(wù)器”（Application Server）。開發(fā)者可以把應(yīng)用程序邏輯放于中間層服務(wù)器，使它們脫離客戶端，從而在確?？蛻舳斯δ艿那疤嵯拢瑸橛脩籼峁┮粋€精簡的界面[5]。在此情況下，如果應(yīng)用程序代碼需要修改，那么僅在一處（中間層服務(wù)器上）修改就可滿足要求，而不必費盡心思去修改眾多客戶端應(yīng)用程序。這樣就可以讓開發(fā)者專注于系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)邏輯的分析、設(shè)計和開發(fā)，也很大程度簡化了企業(yè)系統(tǒng)的開發(fā)、更新和升級工作，極大增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和伸縮性，并且還有助于系統(tǒng)容錯能力和負(fù)載平衡能力的提升。

1.2 分布式系統(tǒng)的優(yōu)點

分布式系統(tǒng)具有很多內(nèi)在的優(yōu)點，尤其是與集中式系統(tǒng)相比較而言。而且，有些應(yīng)用程序本質(zhì)上就是分布式的。一般來說，分布式系統(tǒng)[6]：

1）產(chǎn)生較高的性能；

2）提供較高的可靠性；

3）允許遞增的發(fā)展。分布式計算比單個中央處理器提供的返回率高；

4）構(gòu)建由大量的用高速網(wǎng)絡(luò)連接起來的中央處理器組成的系統(tǒng)，既可行又易行；

5）滿足了共享分散在這些中央處理器上的數(shù)據(jù)的需要；

6）提供了共享昂貴的外圍設(shè)備的方法；

7）允許一個用戶在許多不同的機(jī)器上運行程序。

2 分布式專家系統(tǒng)

作為人工智能最重要的一個應(yīng)用研究領(lǐng)域，盡管專家系統(tǒng)在過去的30多年中取得了很大的進(jìn)展和豐碩的成果，但距離社會和科技的要求以及人類專家的水平仍然很遠(yuǎn)，為此，需要在傳統(tǒng)專家的基礎(chǔ)上尋找新的生長點來發(fā)展新型專家系統(tǒng)，從而使專家系統(tǒng)“更上一層樓”[7]。

據(jù)權(quán)威專家講現(xiàn)代新型專家系統(tǒng)應(yīng)該有以下特點[8]：

1）并行與分布處理：基于各種并行算法，采用各種并行推理和執(zhí)行技術(shù)，適合在多處理器的硬件環(huán)境中工作，即具有分布處理的功能。

2）多專家系統(tǒng)協(xié)同工作：在這種系統(tǒng)中，有多個專家系統(tǒng)協(xié)同合作。

3）高級語言和知識語言描述：專家系統(tǒng)生成系統(tǒng)就能自動或半自動地生成所要的專家系統(tǒng)。

4）具有自學(xué)習(xí)功能：新型專家系統(tǒng)應(yīng)提供高級的知識獲取與學(xué)習(xí)功能。

5）引入新的推理機(jī)制：在新型專家系統(tǒng)中，除演繹推理之外，還應(yīng)有歸納推理，各種非標(biāo)準(zhǔn)邏輯推理，以及各種基于不完全知識和模糊知識的推理等。

6）具有自糾錯和自完善能力：為了排錯必須首先有識別錯誤的能力，為了完善必須首先有鑒別優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

7）先進(jìn)的智能人機(jī)接口：理解自然語言，實現(xiàn)語聲、文字、圖形和圖象的直接輸入輸出是如今人們對智能計算機(jī)提出的要求。

3 基于中間件的分布式專家系統(tǒng)

由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展、普及以及中間件技術(shù)的產(chǎn)生促使了多層分布式系統(tǒng)的產(chǎn)生并使它成為人們關(guān)注的焦點，可以利用分布式技術(shù)，采用中間件技術(shù)來構(gòu)建分布式專家系統(tǒng)。

下面來分析一下傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中存在的缺陷，傳統(tǒng)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Simplified structure diagram of expert system

從圖1可以看出知識庫、事實庫與推理機(jī)是相互獨立的，雖然把系統(tǒng)的知識與控制分離是專家系統(tǒng)很有價值的特征，但是它們卻直接相連接，這給系統(tǒng)潛在的帶來一些危機(jī)與局限性。

推理機(jī)的推理是利用知識庫與事實庫中的知識與事實進(jìn)行推理的，推理時直接利用用戶所給的事實和事實庫中已知的事實與知識庫中的專家知識相匹配，而且當(dāng)產(chǎn)生沖突時需要根據(jù)一定的策略在知識庫中來消除，并且有時候還得對事實庫和知識庫進(jìn)行頻繁的刪除、增加、修改工作，所有的這些動作都是直接在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行，也即把系統(tǒng)的應(yīng)用和一些不適合在數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行的代碼都綁死在數(shù)據(jù)庫中了，這些頻繁的操作會大大增加數(shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)，降低了數(shù)據(jù)庫的執(zhí)行效率，容易造成數(shù)據(jù)的不完整、不一致甚至丟失。這樣，系統(tǒng)的容錯能力與負(fù)載能力就不會太高，從而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)專家系統(tǒng)不易甚至不能擴(kuò)展。傳統(tǒng)專家系統(tǒng)是基于兩層結(jié)構(gòu)模式構(gòu)造的，這種構(gòu)造方式本身就存在一些缺點?，F(xiàn)代社會是信息的時代，我們不能孤軍奮戰(zhàn)，要盡可能地利用一切可利用的知識協(xié)同工作，專家系統(tǒng)也應(yīng)該如此，但傳統(tǒng)專家系統(tǒng)兩層結(jié)構(gòu)模式就大大限制了多專家系統(tǒng)協(xié)同工作的機(jī)會。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)總體上是串行與集中處理，一個環(huán)節(jié)出錯就會全盤皆輸。

要發(fā)展新型專家系統(tǒng)，要就克服傳統(tǒng)專家系統(tǒng)的缺點。為此，可以用中間件來克服以上所說的缺點，來構(gòu)造一個分布式專家系統(tǒng)，其簡化結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 分布式專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Simplified structure diagram of distributed expert system

圖2中知識庫、事實庫、中間件、客戶端都可以根據(jù)實際情況設(shè)置多個，當(dāng)然，這時推理機(jī)的設(shè)計就會較復(fù)雜了。圖2雖然是對傳統(tǒng)專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的小小改動，但是卻有很多優(yōu)點。在推理機(jī)和知識庫、事實庫之間加入一種中間件，如：應(yīng)用服務(wù)器，當(dāng)推理機(jī)進(jìn)行推理時，根據(jù)推理機(jī)的要求把知識和事實存取到應(yīng)用服務(wù)器，讓推理機(jī)在應(yīng)用服務(wù)器上進(jìn)行匹配、解決沖突操作，這樣就可以減輕數(shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)，從而提高數(shù)據(jù)庫的效率。如果推理機(jī)對應(yīng)用服務(wù)器上的知識和事實進(jìn)行了更改，可以不立即送到數(shù)據(jù)庫，當(dāng)更改的數(shù)據(jù)達(dá)到一定數(shù)量時再集中寫到數(shù)據(jù)庫，從而保持了數(shù)據(jù)的一致性、完整性。而且一個推理機(jī)可以連接多個中間件，而讓每個中間件都連接不同的知識庫和事實庫，實現(xiàn)多專家系統(tǒng)協(xié)同工作。

讓推理機(jī)通過中間件與客戶端相連，這里所說的客戶端可以是多個?？蛻舳丝梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)與中間件相連接，這時的中間件可以是Web中間件。這樣，用戶就可以用Web瀏覽器發(fā)送請求，客戶的請求通過Web中間件傳給推理機(jī)，推理機(jī)向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出要求，服務(wù)器根據(jù)推理機(jī)的要求從相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫取出數(shù)據(jù)以供推理機(jī)進(jìn)行推理，推理機(jī)把結(jié)果通過Web中間件傳達(dá)給用戶，從而在一定程度上實現(xiàn)了分布式專家系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

文中提出的基于中間件的分布式專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在一定程度上能夠反映新一代專家系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展要求，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)構(gòu)建的專家系統(tǒng)可以體現(xiàn)新型專家系統(tǒng)的特征，從而使得筆者提出的專家系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)能夠被廣泛采用。

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