崔希振

【摘 要】隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在強實時系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對中間件提出了實時性的要求。本文介紹了當前市場是主流的實時中間件技術(shù)規(guī)范，并分析了一種遵循該規(guī)范的實時中間件技術(shù)平臺。

【關(guān)鍵詞】強實時系統(tǒng)；中間件；實時性

0 概述

“中間件”這一術(shù)語最早出現(xiàn)在1980年代后期，主要用于描述網(wǎng)絡(luò)連接管理軟件。在1990年代中期，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，中間件的概念日益普及。從狹義的角度，中間件意指Middleware，它是表示網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下處于操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間的一種起連接作用的分布式軟件，通過API的形式提供一組軟件服務(wù)，可使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的若干進程、程序或應(yīng)用可以方便的交流信息和有效的進行交互與協(xié)同。簡言之，中間件主要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下分布式應(yīng)用軟件的通信、互操作和協(xié)同問題，它可屏蔽并發(fā)控制、事務(wù)管理和網(wǎng)絡(luò)通信等各種實現(xiàn)細節(jié)，提高應(yīng)用系統(tǒng)的易移植性、適應(yīng)性和可靠性。從廣義的角度，中間件在某種意義上可以理解為中間層軟件，通常是指處于系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件之間的中間層次的軟件，其主要目的是對應(yīng)用軟件的開發(fā)提供更為直接和有效的支撐。

1 中間件技術(shù)介紹

“中間件”這一術(shù)語最早出現(xiàn)在1980年代后期，主要用于描述網(wǎng)絡(luò)連接管理軟件。中間件是處于應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件之間的一類軟件，是獨立于硬件或數(shù)據(jù)庫廠商（處于其產(chǎn)品中間實現(xiàn)其互連）的軟件，是客戶方和服務(wù)方之間的連接件，是需要進行二次開發(fā)的中間產(chǎn)品，它主要作用是用來屏蔽網(wǎng)絡(luò)硬件平臺差異性和操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性，使應(yīng)用軟件能夠比較平滑地運行于不同平臺上，同時中間件在負載平衡、連接管理和調(diào)度方面起了很大作用，使企業(yè)級應(yīng)用性能得到大幅提升，滿足了關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求。

目前，中間件技術(shù)的主流是消息中間件和面向?qū)ο笾虚g件，國內(nèi)外對于這一技術(shù)的研究正在不斷深入，同時大型的軟件公司，如：Sun，Microsoft（分布式組件對象模型DCOM），NI（美國National Instruments公司的虛擬儀器軟件LabWindows/CVI中的DataSocket）及軟件組織機構(gòu)OMG（通用對象請求代理體系結(jié)構(gòu)CORBA）都推出了支持中間件技術(shù)的軟件平臺。而隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航空、國防、分布仿真、工業(yè)自動化、分布控制、機器人、電及網(wǎng)絡(luò)化的消費電器等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對中間件技術(shù)提出了低延遲、高吞吐量、強實時性能的要求，所以，2004年OMG（對象管理組織）在CORBA的基礎(chǔ)上，根據(jù)以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱（DCPS）模型制定了DDS實時數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)規(guī)范。

2 DDS中間件技術(shù)介紹

DDS標準規(guī)范了實時分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)發(fā)布、傳遞和接收的接口和行為，定義了以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱機制。提供了一個與平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)模型（這個模型能夠映射到各種具體的平臺和編程語言），使得實時分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)能夠高效、可靠地發(fā)布，它主要應(yīng)用在要求高性能、可預(yù)見性和對資源有效使用的關(guān)鍵任務(wù)領(lǐng)域。

DDS規(guī)范列舉并正式定義了一整套全面的QoS策略，每一對發(fā)布者和訂閱者之間都可以建立獨立的QoS協(xié)定。這使得DDS可以很好地配置和利用系統(tǒng)資源，協(xié)調(diào)可預(yù)言性與執(zhí)行效率間的平衡，并能支持復雜多變的數(shù)據(jù)流需求。

應(yīng)用程序在處理以數(shù)據(jù)為中心的分布式系統(tǒng)時，DDS標準中間件可以幫助用戶使用更加簡單的編程模型，不需要開發(fā)特定的事件/消息機制。應(yīng)用程序可以使用一個簡單的主題（Topic）名稱來指定它想要讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)，使用以數(shù)據(jù)為中心的API來直接讀寫數(shù)據(jù)。DDS中以數(shù)據(jù)為中心的發(fā)布/訂閱（DCPS）模型構(gòu)建了一個共享的“全局數(shù)據(jù)空間”的概念，所有的數(shù)據(jù)對象都存在于此空間中，分布式節(jié)點通過簡單的讀、寫操作便可以訪問這些數(shù)據(jù)對象。實際上，數(shù)據(jù)并非存在于所有計算機的地址空間中，它僅存在于那些對它感興趣的應(yīng)用程序的本地緩存中，而這一點正是發(fā)布/訂閱模型的關(guān)鍵所在。

較好的QoS控制策略可能是DDS標準最重要的特征。QoS在DDS規(guī)范中得到了普遍而深入的使用，用于配置系統(tǒng)以及在每對發(fā)布者/訂閱者之間建立起獨立的QoS協(xié)定，而QoS協(xié)定能夠提供實時系統(tǒng)所要求的性能、可預(yù)測性和資源可控性，并且能夠保證發(fā)布/訂閱模型的模塊性、可量測性和魯棒性等。因此，DDS能夠滿足非常復雜和靈活的數(shù)據(jù)流要求。

DDS實時中間件技術(shù)在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用與航空、航天、船舶、機器人等要求低延遲、高吞吐量、強實時性能的行業(yè)，國內(nèi)針對DDS實時中間件的應(yīng)用尚處于起步階段，現(xiàn)在國內(nèi)針對DDS實時中間件也進行很多的研究設(shè)計，其中應(yīng)用較廣泛的實時中間件技術(shù)平臺主要是美國PrismTech公司提供的OpenSplice DDS中間件產(chǎn)品。

OpenSplice DDS實現(xiàn)了完整的DDS規(guī)范，為設(shè)計者提供運行平臺和DDS開發(fā)調(diào)試工具，獨立于操作系統(tǒng)和編程語言，極大的方便了不同系統(tǒng)間的通訊。OpenSplice DDS傳輸方式包括以太網(wǎng)、共享內(nèi)存或其他連接方式。具有多種服務(wù)質(zhì)量策略（QoS）參數(shù)可供調(diào)整，方便設(shè)計者調(diào)整其應(yīng)用程序達到性能和資源使用的最佳組合。大大降低了用戶的工作量，用戶可以把精力花在應(yīng)用程序的設(shè)計等工作上。

3 總結(jié)

本文介紹了DDS實時中間件規(guī)范的特點，并提出了一種具有實時、松耦合、動態(tài)、靈活配置的DDS實時中間件技術(shù)平臺，該平臺提供了數(shù)據(jù)持久性、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)優(yōu)先級和傳輸方式等QoS策略，具有良好的應(yīng)用價值。

【參考文獻】

[1]歐陽軍，蔡志明，王希敏.基于DDS中間件的性能測試[J].艦船電子工程，2011（11）：136-139.

[2]王建新，楊世鳳，王春梅，史永江，童官軍.中間件技術(shù)[J].電氣傳動，2006，36（4）：50-52.

[3]張研.幾種常用中間件的比較分析[J].信息技術(shù)，2011，40（3）：30-31.

[4]馮國良，谷青范.基于DDS的實時中間件的研究與設(shè)計[J].航空電子技術(shù)，2011，9，42（3）：41-46.

[責任編輯：龐修平]