郝 恒，熊廷坤，江 華，姜永廣，賴(lài)增桂，武 明

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引 言

近年來(lái)，高新技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，快速推動(dòng)了武器裝備的更新和作戰(zhàn)方式的演變，信息化戰(zhàn)爭(zhēng)將成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的基本形態(tài)[1]。為適配國(guó)產(chǎn)化自主可控需求，國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)軟件研制成為熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。以網(wǎng)管系統(tǒng)為例，今后一定時(shí)間內(nèi)，滿足在Windows、銀河麒麟等多種操作系統(tǒng)上跨平臺(tái)運(yùn)行的網(wǎng)管軟件將成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

目前常見(jiàn)的國(guó)產(chǎn)化基礎(chǔ)軟件環(huán)境包括以中標(biāo)、銀河麒麟操作系統(tǒng)為代表的國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，以武漢達(dá)夢(mèng)、人大金倉(cāng)為代表的國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)化基礎(chǔ)硬件環(huán)境包括基于龍芯、飛騰CPU解決方案的各類(lèi)終端和服務(wù)器設(shè)備[2]。本文圍繞底層操作系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化、硬件平臺(tái)強(qiáng)適配性、多場(chǎng)景靈活部署等發(fā)展需要[3]，以“銀河麒麟操作系統(tǒng)+飛騰CPU”的國(guó)產(chǎn)化解決方案為例，基于Qt5.9開(kāi)發(fā)環(huán)境，提出了一種面向國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

1 國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)

1.1 硬件平臺(tái)

飛騰公司是中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)高性能處理器研究團(tuán)隊(duì)建立的企業(yè)，國(guó)防科技大學(xué)多年來(lái)在CPU領(lǐng)域積累了很雄厚的技術(shù)實(shí)力。飛騰公司在2016年推出了FT-2000（代號(hào)為“火星”），并在2017年流片了優(yōu)化升級(jí)的FT-2000+芯片，后者是飛騰目前最頂尖也是性價(jià)比最高的芯片產(chǎn)品，其實(shí)測(cè)性能達(dá)到了2014年Intel至強(qiáng)E5主流服務(wù)器芯片的水平。FT-2000+芯片目前在服務(wù)器領(lǐng)域有較好的市場(chǎng)份額[4]。為確保軟件研制，本課題采購(gòu)了國(guó)產(chǎn)化計(jì)算機(jī)，處理器分別為飛騰2000和飛騰1500A；同時(shí)提供了非國(guó)產(chǎn)化的普通型臺(tái)式計(jì)算機(jī)用于驗(yàn)證網(wǎng)管軟件的跨平臺(tái)能力。

1.2 操作系統(tǒng)

“銀河麒麟”操作系統(tǒng)是由國(guó)防科技大學(xué)、中軟公司、聯(lián)想公司、浪潮集團(tuán)和民族恒星公司合作研制的閉源服務(wù)器操作系統(tǒng)。此操作系統(tǒng)是“863”計(jì)劃重大攻關(guān)科研項(xiàng)目，目標(biāo)是打破國(guó)外操作系統(tǒng)的壟斷，研發(fā)一套具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的服務(wù)器操作系統(tǒng)[4]?！般y河麒麟”操作系統(tǒng)具有高安全性、高可用性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性、可擴(kuò)展性和軟硬件適配性等特點(diǎn)，系統(tǒng)整體性能與國(guó)際主流Unix操作系統(tǒng)相當(dāng)，部分性能指標(biāo)以及實(shí)時(shí)性指標(biāo)更好[5]，已在國(guó)防、軍工、政務(wù)、電力、航天、金融、電信、教育、大中型企業(yè)等行業(yè)或領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文網(wǎng)管軟件在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了能夠同時(shí)支持銀河麒麟操作系統(tǒng)（以X86為代表的國(guó)際主流CPU和以飛騰為代表的國(guó)產(chǎn)安全CPU）和Windows 7操作系統(tǒng)的運(yùn)行。

1.3 跨平臺(tái)技術(shù)

跨平臺(tái)是指編程語(yǔ)言、軟件、硬件設(shè)備可以在多種平臺(tái)上運(yùn)行工作[4]。Qt是一套應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)類(lèi)庫(kù)，但與MFC不同，Qt是跨平臺(tái)的開(kāi)發(fā)類(lèi)庫(kù)[6]。不同于Java開(kāi)發(fā)的軟件“一次編譯，到處運(yùn)行”，Qt開(kāi)發(fā)的軟件具備“代碼級(jí)跨平臺(tái)”能力，實(shí)現(xiàn)源代碼級(jí)別的復(fù)用，即“程序一次編寫(xiě)，隨處編譯運(yùn)行”?？缙脚_(tái)意味著只需編寫(xiě)一次程序，在不同平臺(tái)上無(wú)需改動(dòng)或只需少許改動(dòng)后再編譯，就可以形成在不同平臺(tái)上運(yùn)行的版本。這種跨平臺(tái)功能給開(kāi)發(fā)者提供了極大的便利[6]。

本文基于Qt5.9開(kāi)發(fā)環(huán)境，提出了一種面向國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。該方法能夠適配飛騰版銀河麒麟操作系統(tǒng)+CPU（飛騰2000/飛騰1500A）。同時(shí)，該網(wǎng)管軟件支持在X86版銀河麒麟操作系統(tǒng)和Windows 7操作系統(tǒng)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)、安裝部署，其具備了“代碼級(jí)跨平臺(tái)”能力。

2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 需求分析

隨著國(guó)產(chǎn)化平臺(tái)的不斷發(fā)展，國(guó)產(chǎn)化硬件設(shè)備性能的不斷提升，在國(guó)產(chǎn)化平臺(tái)下開(kāi)發(fā)及運(yùn)行網(wǎng)管軟件成為必然[8]。一般情況下，網(wǎng)管軟件的主要功能由通信資源管理、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?、參?shù)編輯/配置管理、設(shè)備管理、性能管理、故障/告警管理、連通性測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控和日志管理等模塊組成。目前，國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件除了實(shí)現(xiàn)其主要功能，還迫切需要解決以下三個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）操作系統(tǒng)及軟件國(guó)產(chǎn)化，確保核心技術(shù)自主可控；

（2）適配國(guó)產(chǎn)化硬件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)跨越和靈活部署；

（3）應(yīng)對(duì)未來(lái)國(guó)產(chǎn)化環(huán)境新需求，支撐網(wǎng)管系統(tǒng)快速開(kāi)發(fā)、迭代與應(yīng)用。

因此，針對(duì)上述問(wèn)題和需求，有必要面向當(dāng)前網(wǎng)管系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，構(gòu)建一種以國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)為底層支撐，支持跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)編譯工具的網(wǎng)管軟件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管軟件的多場(chǎng)景適配、多硬件平臺(tái)復(fù)用、快速開(kāi)發(fā)與靈活部署[3]。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件架構(gòu)

在統(tǒng)一架構(gòu)的共性基礎(chǔ)平臺(tái)框架上，國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)考慮以下幾點(diǎn)：

（1）基于Qt和“插件化”模塊思想，快速構(gòu)建松耦合的、可靈活擴(kuò)展的國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)網(wǎng)管軟件；實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理功能的快速組裝與迭代。

（2）具備“代碼級(jí)”跨平臺(tái)能力，支持Windows 7、銀河麒麟操作系統(tǒng)（X86版和飛騰版）的開(kāi)發(fā)、部署能力。

（3）具有多分辨率自適應(yīng)能力，支持觸摸屏操作。

（4）窗體重繪控制，對(duì)縮放和圖形屬性設(shè)置等窗體的基本操作均會(huì)造成窗體繪圖事件函數(shù)的反復(fù)執(zhí)行。通過(guò)優(yōu)化重繪算法，降低CPU和內(nèi)存使用資源的占用率。

（5）劃分圖層，實(shí)現(xiàn)界面分層繪制網(wǎng)絡(luò)管理信息。

（6）支持多種界面樣式，實(shí)現(xiàn)了多種界面風(fēng)格，達(dá)到界面快速換膚的效果。

（7）適配不同Qt版本軟件平臺(tái)框架的集成環(huán)境，支持不同集成框架的消息發(fā)布/消息訂閱處理。

（8）多種消息處理機(jī)制，基于主題進(jìn)行事件的訂閱和發(fā)布、消息sendMessage和receiveMessage和信號(hào)槽處理方式。

（9）日志記錄，提供日志記錄和異常捕獲功能，用于記錄和顯示軟件運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的日志，捕獲進(jìn)程異常崩潰。

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)

Qt是一個(gè)多平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，并且提供了大量的圖形控件。開(kāi)發(fā)人員以拖放的方式從控件面板添加相應(yīng)的控件對(duì)象，通過(guò)控件屬性編輯框，可以設(shè)定控件的標(biāo)題、大小、位置、顏色、圖片、字體、事件響應(yīng)方式等屬性。提供給用戶的操作方式有：區(qū)域放大、縮小、圖層上下級(jí)切換、拓?fù)溥B接繪圖；鼠標(biāo)右鍵出現(xiàn)菜單選項(xiàng)、通過(guò)鍵盤(pán)左右移動(dòng)被管對(duì)象；各類(lèi)按鈕、信號(hào)事件和鼠標(biāo)鍵盤(pán)事件響應(yīng)等。

基于Qt5.9開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件，該軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境見(jiàn)表1所列。

表1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境要求

國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件實(shí)現(xiàn)主要由3部分組成，分別為軟件運(yùn)行框架、功能插件和配置文件/資源文件，如圖2所示。采用“插件式”軟件開(kāi)發(fā)模式，國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件功能可以按需擴(kuò)展軟件管理能力。

圖2 國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件組成圖

軟件運(yùn)行框架：軟件運(yùn)行的框架實(shí)例，為軟件運(yùn)行提供最基本的框架。

功能插件：軟件功能模塊的一種實(shí)現(xiàn)形式，按照約定的規(guī)范設(shè)計(jì)，具有標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用接口，并獨(dú)立封裝為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL文件或SO文件。

配置文件/資源文件：各個(gè)插件的描述文件（.xml）、軟件運(yùn)行所需的腳本或其他參數(shù)配置文件、資源文件等。

2.3 跨平臺(tái)軟件適配的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

在國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用環(huán)境構(gòu)建初期，沒(méi)有成熟的方法和經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，無(wú)法用現(xiàn)有的理論方法給予支撐和解決，需要在大量的應(yīng)用和不斷試錯(cuò)中總結(jié)提升[9]。因此，在國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程中積累了大量的適配方法或開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并高效解決了軟硬件深度適配和多重適配問(wèn)題，為后續(xù)軟件規(guī)?；瘒?guó)產(chǎn)化替代進(jìn)行了積極有效的技術(shù)路徑嘗試和經(jīng)驗(yàn)積累。

基于Qt5.9開(kāi)發(fā)環(huán)境，本次跨平臺(tái)軟件適配環(huán)境為“銀河麒麟操作系統(tǒng)+CPU（FT1500A和2000）”。在跨平臺(tái)軟件適配過(guò)程中，形成了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

（1）不同Qt版本庫(kù)差別引起軟件集成后不能正常運(yùn)行的問(wèn)題：Qt4.8和Qt5.9開(kāi)發(fā)的軟件在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)共存，由于2個(gè)Qt版本本身區(qū)別很大，導(dǎo)致軟件無(wú)法兼容運(yùn)行，故網(wǎng)管軟件運(yùn)行時(shí)配置所需Qt5.9版本的庫(kù)文件路徑，不同軟件集成框架各自使用各自的Qt庫(kù)文件；如不同Qt版本軟件有接口調(diào)用的Qt庫(kù)文件，則單獨(dú)編譯一個(gè)QT5.9版本庫(kù)文件供網(wǎng)管軟件使用。

（2）不同操作系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型長(zhǎng)度值不同，具體情況見(jiàn)表2所列。

表2 不同操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)類(lèi)型長(zhǎng)度值的差別情況

（3）中文亂碼顯示或不識(shí)別（例如：中文名稱(chēng)，中文路徑、中文日志等）：由于UTF-8和GB2312編碼格式對(duì)中文處理不一樣，需采用成對(duì)匹配的編碼格式進(jìn)行中英文轉(zhuǎn)換；例如toStdString（）.c_str（）和QString：：fromStdString（）、toLocal8Bit（）.data（）和 QString ：：fromLocal8Bit（）。

（4）嚴(yán)格的字母大小寫(xiě)敏感性（例如：頭文件）：在銀河麒麟操作系統(tǒng)中，編譯過(guò)程中對(duì)字母大小寫(xiě)非常敏感，需要嚴(yán)格的保持一致，才能確保編譯通過(guò)。

（5）集成框架從桌面運(yùn)行網(wǎng)管程序的啟動(dòng)路徑有差別。實(shí)踐表明，如果被集成軟件通過(guò)QDir：：currentPath（）獲取軟件可執(zhí)行文件所在路徑，那么不同集成框架處理方式會(huì)導(dǎo)致被集成軟件獲取資源文件（例如圖片和配置文件）路徑存在差異（雙擊桌面快捷方式運(yùn)行集成框架軟件和程序所在文件夾目錄運(yùn)行EXE可執(zhí)行文件）?？紤]兼容不同集成框架環(huán)境，可將QDir：：currentPath（ ）修改為QApplication ：：applicationDirPath（）或 QCoreApplication ：：applicationDirPath（ ）獲取軟件可執(zhí)行文件路徑。修改后，不同集成框架的軟件啟動(dòng)方式對(duì)被集成軟件獲取其資源文件路徑無(wú)影響。

3 結(jié) 語(yǔ)

在網(wǎng)絡(luò)管理、安全管理、運(yùn)維控制等領(lǐng)域，為滿足國(guó)產(chǎn)自主可控需求，適應(yīng)當(dāng)前及未來(lái)國(guó)產(chǎn)化發(fā)展趨勢(shì)，本文提出了基于“銀河麒麟操作系統(tǒng)+飛騰CPU”國(guó)產(chǎn)自主環(huán)境的網(wǎng)管軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)項(xiàng)目研制結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)的網(wǎng)管軟件功能和性能均滿足指標(biāo)要求，突破了多種國(guó)產(chǎn)化跨平臺(tái)環(huán)境適配的關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到了適配多種國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)的能力；有效提升了目前裝備軟件國(guó)產(chǎn)化水平，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值[1]。后續(xù)將在此研究基礎(chǔ)上豐富網(wǎng)絡(luò)管理內(nèi)容，使其支持自動(dòng)化部署[10]，并提高代碼復(fù)用率，進(jìn)一步降低軟件維護(hù)成本。