楊永健

(天津青年職業(yè)學院 電子工程系，天津 300191)

0 引言

WCF(Windows Communication Foundation)是Microsoft公司開發(fā)的基于面向服務體系結構的分布式應用程序編程框架，是.NET Framework(3.0及以上版本)的重要組成部分。開發(fā)人員使用該框架可以構建一個跨平臺的安全、可靠和支持事務處理的企業(yè)級分布式應用解決方案。本文首先從WCF的基本技術要素入手，詳細闡述了WCF的基本概念，架構特點，工作原理以及其相對于其他分布式應用開發(fā)技術的優(yōu)勢，在此基礎上，給出了一個基于WCF技術的計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的架構設計與實現(xiàn)方案并對系統(tǒng)的運行效率進行了分析，從而全面論述了將WCF技術應用于實際企業(yè)級應用開發(fā)的具體步驟和實現(xiàn)方法。

1 WCF技術簡介

WCF是使用托管代碼建立和運行面向服務應用程序的統(tǒng)一框架。它使得開發(fā)者能夠建立一個跨平臺的安全、可信賴、事務性的解決方案，且能與已有系統(tǒng)兼容協(xié)作。WCF是微軟分布式應用程序開發(fā)的集大成者，它整合了.Net平臺下所有和分布式系統(tǒng)有關的技術，如.Net Remoting、ASMX、WSE和MSMQ。以通信范圍而論，它可以跨進程、跨機器、跨子網(wǎng)乃至于Internet;以宿主程序(Host)而論，可以以 ASP.NET，EXE，WPF，Windows Forms，NT Service，COM+ 作為宿主。WCF可以支持的協(xié)議包括TCP，HTTP，跨進程以及自定義，安全模式則包括 SAML，Kerberos，X509，用戶/密碼，自定義等多種標準與模式［1，2］。

1.1 WCF技術要素

WCF是一種面向服務的體系結構，一個WCF服務由下面三部分組成［3，4］，如圖 1 所示。

1)Service Class:一個標記了［Service Contract］Attribute的類，在其中可能包含多個方法。除了標記了一些WCF特有的Attribute外，與一般的類沒有什么區(qū)別。

2)Host(宿主):可以是控制臺應用程序、窗體應用程序、ASP.NET應用程序、Windows Service等，它是WCF Service運行的環(huán)境，一個WCF的服務必須運行在某種宿主中。

3)Endpoints:Endpoint是WCF實現(xiàn)通信的核心要素，由三部分組成:Address，Binding，Contract。Address是Endpoint的網(wǎng)絡地址，它標記了消息發(fā)送的目的地。Binding描述的是如何發(fā)送消息，例如消息發(fā)送的傳輸協(xié)議(如TCP，HTTP)，安全(如SSL，SOAP消息安全)。Contract則描述的是消息所包含的內(nèi)容，以及消息的組織和操作方式，例如 one－way，duplex和 request/reply。

1.2 WCF的技術優(yōu)勢

WCF相對于 ASMX、.NET Remoting等分布式應用開發(fā)技術，主要有以下技術優(yōu)勢［5］:

1)統(tǒng)一性:WCF是對ASMX、.Net Remoting、Enterprise Service等技術的整合。由于WCF完全是由托管代碼編寫，因此用戶仍可以像創(chuàng)建面向?qū)ο髴贸绦蛞粯樱肳CF來創(chuàng)建面向服務的應用程序。

圖1 WCF服務組成要素

2)互操作性:由于WCF采用的通信協(xié)議是SOAP，這就保證了系統(tǒng)之間的互操作性，即使是運行不同的上下文中，只要通信雙方支持標準的Web Service，WCF就可以實現(xiàn)跨進程、跨機器甚至跨平臺的通信。

3)安全性與可靠性:WCF支持WS－Security，WS－Trust和 WS－Secure Conversation等多種安全性策略，以用于用戶認證，數(shù)據(jù)完整性驗證，數(shù)據(jù)隱私等安全機制。

4)兼容性:WCF充分考慮到了與原有系統(tǒng)的兼容性。安裝WCF并不會影響原有的技術如ASMX和 .Net Remoting。只要原有系統(tǒng)支持SOAP協(xié)議，WCF應用程序就可以直接與之進行交互。

2 基于WCF架構的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 WCF應用開發(fā)步驟

WCF應用程序分為服務端和客戶端兩部分，開發(fā)時應先開發(fā)服務端應用程序，主要包括設計和實現(xiàn)服務契約、配置WCF服務的Endpoint設置(包括 Address、Binding和 Contract)。

在服務端完成WCF服務構建之后，開發(fā)客戶端應用程序，主要包括構建客戶端程序，配置遠程WCF服務信息，然后即可像調(diào)用本地服務對象一樣調(diào)用WCF服務端的遠程對象?？蛻舳丝梢圆捎每刂婆_應用程序、windows窗體應用程序或者網(wǎng)頁應用程序等多種形式。

2.2 系統(tǒng)功能分析和架構設計

在上文中，我們已經(jīng)對WCF的技術要點、技術優(yōu)勢以及開發(fā)WCF應用的步驟進行了詳細的闡述。下面結合一個具體案例計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)，進一步論述如何利用WCF技術開發(fā)企業(yè)級分布式應用。計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控平臺，監(jiān)控端可以通過互聯(lián)網(wǎng)查看被監(jiān)控端計算機的狀態(tài)，并可以向被監(jiān)控端發(fā)送控制指令，如關機、注銷、重啟等。被監(jiān)控端主要完成以下功能:定時提交自身的最新狀態(tài)信息，根據(jù)監(jiān)控端的指令完成相應的操作。

通過上述功能分析不難看出，該系統(tǒng)的主要技術難點在于工作環(huán)境是互聯(lián)網(wǎng)，而監(jiān)控端和被監(jiān)控端訪問互聯(lián)網(wǎng)的方式也不盡相同，如光纖接入，ADSL虛擬撥號，企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)通過代理連接互聯(lián)網(wǎng)。因此，如何保證數(shù)據(jù)在被監(jiān)控端和監(jiān)控端之間正確、高效地傳遞是至關重要的。被監(jiān)控端首先需要將自身的狀態(tài)信息通過互聯(lián)網(wǎng)提交到遠程數(shù)據(jù)庫中，監(jiān)控端又要將指令送達被監(jiān)控端，因此，考慮到復雜的網(wǎng)絡接入方式、網(wǎng)絡拓撲結構的復雜性以及程序的運行效率，可以通過構建IDC數(shù)據(jù)中心，讓監(jiān)控端和被監(jiān)控端通過互聯(lián)網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)中心，這樣既可以實現(xiàn)被監(jiān)控端的狀態(tài)提交、更新以及獲取監(jiān)控端發(fā)出的控制指令，同時也可以實現(xiàn)監(jiān)控端的信息查詢和遠程控制。那么，如果采用這一設計方案，就必須保證數(shù)據(jù)庫訪問的高效性和安全性。數(shù)據(jù)庫訪問的高效性可以通過優(yōu)化數(shù)據(jù)庫設計方案等策略來實現(xiàn)，安全性則需要考慮將數(shù)據(jù)庫放在IDC數(shù)據(jù)中心的內(nèi)網(wǎng)服務器上，這樣可以避免將其直接暴露在互聯(lián)網(wǎng)上，從而有效地解決了安全性問題，也可以提高數(shù)據(jù)訪問效率。綜合以上分析，采用WCF技術就可以很好地實現(xiàn)這一設計方案。首先，將數(shù)據(jù)庫安裝在IDC的數(shù)據(jù)庫服務器上，該服務器工作在內(nèi)網(wǎng)環(huán)境，互聯(lián)網(wǎng)的應用程序無法訪問，然后在IDC的應用服務器上安裝WCF服務，該服務器既可以訪問內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫，同時也允許監(jiān)控端和被監(jiān)控端通過互聯(lián)網(wǎng)訪問WCF提供的遠程服務對象，如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.3.1 WCF服務的實現(xiàn)

利用Visual Studio 2008新建一個WCF服務庫項目，服務庫中包含對外提供遠程服務的接口和類。在接口中首先定義需要遠程調(diào)用的函數(shù)和數(shù)據(jù)類型，然后在具體的實現(xiàn)類中給出接口中定義的抽象函數(shù)的具體實現(xiàn)，最后使用IIS將WCF服務進行發(fā)布，這樣監(jiān)控端和被監(jiān)控端就可以通過互聯(lián)網(wǎng)調(diào)用WCF服務提供的遠程方法了。這里我們定義了一個IService接口和一個Service類，用于為監(jiān)控端和被監(jiān)控端提供遠程服務，主要代碼如下:

圖2 基于WCF的遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體架構

定義好接口后，定義一個Service類實現(xiàn)接口中定義的抽象函數(shù)。在WCF服務庫項目的

APP.CONFIG配置文件中，可以對服務的endpoint配置項，如服務行為、服務發(fā)布的IP地址(Address)、綁定方式(Binding)以及合約內(nèi)容(Contract)等項目進行設置。

2.3.2 監(jiān)控端和被監(jiān)控的實現(xiàn)

被監(jiān)控端在啟動后首先更新遠程數(shù)據(jù)庫中保存的自身狀態(tài)信息，然后每隔一段時間，訪問遠程數(shù)據(jù)庫更新自身狀態(tài)信息，獲取監(jiān)控端發(fā)出的控制指令，然后按照指令執(zhí)行相應操作。

圖3 被監(jiān)控端主要業(yè)務流程

下面我們用UML活動圖來描述被監(jiān)控端的主要業(yè)務流程:

監(jiān)控端和被監(jiān)控端均采用Windows窗體應用程序，只要在項目中按照遠程WCF服務的IP地址添加WEB引用，就可以像調(diào)用本地對象一樣調(diào)用遠程WCF對象提供的方法。下圖是監(jiān)控端的實現(xiàn)效果，主窗體中列出了不同公司被監(jiān)控端的即時狀態(tài)，每隔一段時間，可以對信息進行動態(tài)更新。通過監(jiān)控端，可以對選中的被監(jiān)控端計算機實施關機、重啟、注銷、斷網(wǎng)、開網(wǎng)等控制。

圖4 監(jiān)控端功能主界面

2.4 系統(tǒng)運行效果分析

1)安全性和可靠性分析

通過使用WCF技術，將遠程數(shù)據(jù)庫與分布式應用的隔離，監(jiān)控端和被監(jiān)控端均通過調(diào)用WCF服務提供的遠程對象實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的各種操作，有效避免了數(shù)據(jù)庫遭受病毒和網(wǎng)絡惡意攻擊。WCF提供的安全性策略和數(shù)據(jù)驗證機制也保證了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上傳輸?shù)恼_性。

2)系統(tǒng)運行效率分析

我們選擇了一個機房的60臺計算機作為被監(jiān)控端進行了系統(tǒng)的實際測試，計算機通過校園網(wǎng)代理方式連接互聯(lián)網(wǎng)，基本配置如下:(CPU:Intel Core Duo 2.0GHZ;硬盤:80 GB;內(nèi)存:2 GB;網(wǎng)卡:10/100 Mbps以太網(wǎng)卡;操作系統(tǒng):Windows XP專業(yè)版)。隨著被監(jiān)控端數(shù)量不斷增加，系統(tǒng)的運行情況基本保持穩(wěn)定，被監(jiān)控端從訪問遠程數(shù)據(jù)庫到讀取控制指令并開始執(zhí)行相應操作的平均響應時間為7.8s，如下圖所示。從被監(jiān)控端的實際測試情況來看，系統(tǒng)還是保持了較高的執(zhí)行效率，這也充分說明了利用WCF技術可以開發(fā)高效率的分布式應用程序。

圖5 被監(jiān)控端平均響應時間統(tǒng)計圖

3 結束語

WCF是Microsoft公司推出的新一代企業(yè)級分布式應用程序開發(fā)框架，可以用于構建跨平臺的安全、可靠和支持事務處理的分布式企業(yè)級應用。本文首先對WCF的基本概念，架構特點，工作原理以及其相對于其他分布式應用開發(fā)技術的優(yōu)勢做了全面闡述，在此基礎上，給出了一個基于WCF的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的架構與實現(xiàn)方案，從而全面論述了利用WCF技術開發(fā)企業(yè)級應用的具體步驟和實現(xiàn)方法。由于本監(jiān)控系統(tǒng)測試的終端數(shù)較少加之傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均為規(guī)模較小的數(shù)據(jù)，如控制指令碼、被監(jiān)控端機器狀態(tài)信息等，所以系統(tǒng)執(zhí)行效率比較高。下一步將圍繞以下幾方面展開進一步的研究工作:

1)當訪問WCF服務的終端數(shù)急劇增加時，如何進行系統(tǒng)優(yōu)化以保證較高的運行效率。

2)WCF服務端為運行在LINUX等非Windows操作系統(tǒng)下的客戶端提供服務時，如何保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和執(zhí)行效率。

3)如果在服務端和客戶端之間傳輸大規(guī)模數(shù)據(jù)或者復雜數(shù)據(jù)結構的數(shù)據(jù)時，如何保證系統(tǒng)較高的運行效率。

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