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化学抽象机

摘要:软件体系结构在软件工程领域中至关重要,而软件体系结构描述语言ADL为软件体系结构的表示和分析提供了语言符号和支持工具。本文主要分析和研究了动态形式化描述语言化学抽象机CHAM的发展及其在软件体系结构中的应用。

关键词:化学抽象机;软件体系结构

一、化学抽象机的发展历程

概述软件体系结构是当前软件工程领域的一个研究热点,是大型软件开发中必须解决的核心技术。无数的代写论文软件工程实践证明:一个成功的软件系统往往都有一个好的软件体系结构。但是在软件设计、开发、测试、运行以及升级的各个阶段,体系结构都不可避免地会发生变化,如何把运行时适应性机制加到复杂的大规模软件系统中就成为一个重要的工程问题。然而要通过软件体系结构的研究实现这一目标,首先必须用某种方式描述动态体系结构。

Paola Inverardi和Alexxander L Wolf首先将CHAM应用于描述和分析软件体系结构。他们充分利用CHAM擅长描述系统动态性和并行性的优点,用CHAM形式化方法描述和分析了软件体系结构动态操作性语义,在软件体系结构动态特性描述方面进行了有效的扩展,主张用CHAM模型描述软件体系结构,并例举描述了编译器的体系结构,包括顺序多阶段编译器和并行、共享存贮库的多阶段编译器。基于CHAM的体系结构描述,运用重写技术和结构归纳证明方法,能够对体系结构的部分行为属性进行形式化或半形式化的证明。

二、化学抽象机的含义

化学抽象机CHAM主要用于异步并行计算模型的建模,通过将化学反应和抽象机概念有机结合描述系统状态变化。它将一个系统的状态看成化学溶液,溶液由分子组成,分子根据一定的反应规则相互反应又引起新的系统状态变化。溶液中不同分子可按反应规则平行地进行反应,只要各自反应的分子集不重叠。因CHAM在描述系统动态性、并行性方面的优良特性,所以可较好描述异步并行计算模型,尤其擅长描述如λ计算和CCS进程计算模型。分子是CHAM的基本元素,由一个常数集和操作符集派生而成的句法代数定义;溶液是由有限多个分子的集合,它反映了系统的某种状态,溶液中的分子根据变换规则进行反应。

三、化学抽象机的应用 化学抽象机在软件体系结构中的应用，在软件体系结构中,CHAM可表示成一个三元组CHAM=(M,E,R),其中 分子集M={m|m∈MS∨MI},MS={mS1,…,mSn}为稳定状态分子集,处于稳定状态的分子不吸收或释放电子;电子集E={e1,…,ek},分子可根据自反应规则准备进行进行收或释放电子,当溶液中有两种互补电子,即一对释放-吸收电子时,可根据互反应规则进行反应。规则集R=RS∪RM,RS={r|r∈{mS1=mI1,…,mSj=mIj}∪{mS1=mS1*,…,mSj=mSj*},mSj∈MS∧mIj∈MI,j=1,2,…}是分子自身从吸收电子到释放电子的过程或分子复制自身过程规则集。同时，CHAM可以描述构件、连接件。用CHAM描述软件连接件或构件,可表示成一个四元组(MC,ECI,ECO,RC)，连接件或构件的分子集反映了连接件或构件的角色集及在角色上进行的输入输出操作,相对来说是静态的,是一种实现上的结构,属于语法层。输入电子集是使用该连接器或构件前必须具备的条件,输出电子集后映的是使用该连接件或构件后的状态。反应规则集说明了连接件或构件如何运用反应规则从而发生状态的演变,实质上是连接件或构件的动态行为,是相对动态的,属于语义层。化学抽象机不仅用在软件体系结构中，它的思想更是广泛应用于其他领域的分析，如在后勤保障指挥决策系统结构设计、多智能体的油料保障组织机构设计中。

四、对化学抽象机发展的展望

伴随着软件体系结构不断的新发展,也给基于构件的软件系统测试中带来的新问题,而CHAM不仅可用于描述动态软件体系结构,还可用于测试体系结构,因为CHAM这种对系统状态变化的描述特别适合于测试系统的行为和功能,Bertolino等人提出从软件体系结构描述中导出实现层的测试用例,以指导构件系统的集成测试的思想,随着对CHAM的深入研究,必将有新的应用被提出、对CHAM有更多的了解。