（计算机应用技术专业论文）武钢铁路实时跟踪系统的开发与研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 作为软件工程形式之一的管理信息系统( m i s ) 虽然早在2 0 世纪5 0 年代就 出现了，但由于先进的开发工具及体系结构等不断地推陈出新，加之m i s 两大 支撑技术一数据库技术和计算机网络技术突飞猛进地发展，带动新的形式的m i s 不断涌现出来，而且系统更复杂、功能更强大。所以，直到今天，m i s 仍是计 算机应用得最广泛的一弛形式。统计表明，m i s 在软件工程所有类型应用中所 占比例已经超过6 0 。 本文要讨论就是m i s 的一种类型一基于d e l p h i 和局域网广域网内多层应用 系统的研究方法和开发技术。文中以实例的方式论述了软件工程设计的一般过 程和基本方法，如系统的需求分析，系统的详细设汁，包括数据库的殴计，及 部分编码实现。还结合本系统的自身特点，介绍了应用服务器和客户端的实现 框架，以及应用服务器与数据库的动态配置，客户端与应用服务器的连接等。 第1 章系统的需求分析先论述了软件工程的基本概念，接着分别介绍了 传统的结构化需求分析方法与面向对象需求分析方法，还对本系统目标和系统 要求进行了分析。 第2 章系统的网络规划和体系结构首先对系统体系结构的发展作了回顾， 并同时介绍了常用的几种体系结构，接着详细论述了本系统的物理体系结构和 逻辑体系结构。 第3 章数据库设计详细论述了数据库的设计几个阶段的相关理论与具体 的设计过程，这包括需求分析、概念模型设计、逻辑结构设计及物理结构设计 等，并简略介绍了数据库技术发展的新动态，诸如数据仓库、空间数据库、多 媒体数据库等。 第4 章外围辅助子系统及串行接口设计先对系统的一些外围辅助系统作 些简介，还对本系统中应用的串口通信相关知识及w i n d o w s 环境下的可视化串 口通信知识作了介绍，并给出了本系统串口通信部分代码。 第5 章应用服务器的实现先介绍了应用服务器需实现的功能，又详细地 论述了应用服务器的建立，这包括创建应用服务器实例、动态连接数据库的配 置和远程数据模块的建立。 第6 章客户端应用程序的设计详细地分析了客户端功能设计过程，包括 武汉理工大学硕士学位论文 框架的建立，与应用服务器的连接，以及系统的容错处理和负载均衡。 第7 章权限管理模块的设计登陆和权限管理是m i s 中一个重要的组成部 分，本章详细介盛了系统登陆和登陆后用户的功能设置等功能。 考虑到基于w e b 的应用系统己成为计算机及网络应用技术的主流，它在许 多领域已显示出广阔的应用前景。在文中第2 章还简略介绍了基于w e b 的应用 系统的新技术一多层分布式体系模型j 2 e e 的相关技术。 本文立足于实际开发系统，详细介绍了其7 l 发过程，同时对相关的理论及 新技术作了论述，理论和实践并重，这对于从事软件工程及计算机技术工作具 有一定的参考价值和借鉴意义。 关键词：多层：客户端：应用服务器：数据库：d e l p h i 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a so n ek i n do fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) a p p e a r e dd u r i n g t h e19 5 0 s ，b u t o w i n g t oa d v a n c e d d e v e l o p m e n t s o f t w a r ea n d a r c h i t e c t u r ew h i c ha r e b r i n g i n g f o r t ht h en e wt h r o u g ht h eo l d i na d d i t i o n t w o s u p p o s e dt e c h n i q u e so f m i s - - d a t a b a s et e c h n i q u ea n dc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n i q u e a r ed e v e l o p i n gr a p i d l y ，w h i c hl e a d sn e w t y p eo f m i st os p r i n gu p ，a l s ot h es y s t e mi s m o r ec o m p l i c a t e da n dt h es y s t e mf u n c t i o ni sm o r es t r o n g s ou pt ot o d a ym i si ss t i l l o n eo fw i d e l yu s e dc o m p u t e ra p p l i c a t i o nf o r m s s t a t i s t i c si n d i c a t e st h a tt h er a t i oo f m i st oa l lt h es o f t w a r ee n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n si sm o r et h a n6 0 t h i s p a p e rm a i n l y d i s c u s s e so n e t y p e o fm i s t h er e s e a r c hm e t h o d sa n d d e v e l o p i n gt e c h n i q u e s f o r d e l p h i b a s e d a n dl a n w a n - b a s e d m u l t i l a y e r a p p l i c a t i o ns y s t e m s b yu s eo f i n s t a n c ei td e s c r i b e st h ec o m m o n p r o c e s sa n d t h eb a s i c m e t h o dd u r i n gd e s i g n i n gs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，s u c ha sd e m a n da n a l y s i so fs y s t e m ， d e s i g n i nd e t a i lf o r s y s t e mi n c l u d i n g d a t a b a s e d e s i g n ，a n dp a r t o fc o d e s i m p l e m e n t a t i o n w i t hs e l f - f e a t u r eo f t h es y s t e mi ta l s op r e s e n t st h ei m p l e m e n t a t i o n f l a m eo ft h ea p p l i c a t i o ns e r v e ra n dt h ec l i e n tp a r t ，d y n a m i cc o n f i g u r a t i o nb e t w e e nt h e a p p l i c a t i o ns e r v e ra n dt h ed a t a b a s e ，l i n kb e t w e e nt h ec l i e n tp a r t a n dt h ea p p l i c a t i o n s e r v e r c h a p t e r1 d e m a n da n a l y s i so fs y s t e m f i r s t l y d e s c r i b e st h eb a s i cc o n c e p to f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，t h e nr e s p e c t i v e l yp r e s e n t st h et r a d i t i o n a l s t r u c t u r a ld e m a n d a n a l y s i sa n do b j e c t - o r i e n t e dd e m a n da n a l y s i s ，a l s om a k e sa na n a l y s i so f t h es y s t e m t a r g e t sa n dt h es y s t e m d e m a n d s c h a p t e r2n e t w o r kp l a n n i n g a n da r c h i t e c t u r eo fs y s t e m f i r s t l y r e v i e wt h e d e v e l o p m e n th i s t o r y o f s y s t e ma r c h i t e c t u r e ，b e s i d e s i n t r o d u c e ss e v e r a lc o m m o n a r c h i t e c t u r e ，t h e ni nd e t a i ld e s c r i b e st h ep h y s i c a la n dl o g i c a la r c h i t e c t u r e c h a p t e r 3d a t a b a s ed e s i g ni nd e t a i ld e s c r i b e st h er e l a t i v et h e o r ya n d t h ed e t a i l d e s i g np r o c e s so fd a t a b a s ei n c l u d i n gt h e d e m a n da n a l y s i s ，c o n c e p tm o d e ld e s i g n ， l o g i c a ls t r u c t u r ea n dp h y s i c a ls t r u c t u r ed e s i g n a l s os i m p l yp r e s e n t s f i e n dt od a t a b a s e t e c h n i q u e ，s u c h a sd a t aw a r e h o u s e ，s p a c ed a t a b a s ea n dm u l t i m e d i ad a t a b a s e 武汉理工大学硕士学位论文 c h a p t e r4d e s i g no fp e r i p h e r a lb r a n c hs y s t e ma n d s e r i a li n t e r f a c et h ef i r s ts t e p ， i nb r i e fi n t r o d u c e ss o m e p e r i p h e r a l b r a n c h s y s t e m ，t h e np r e s e n t s t h er e l a t i v e k n o w l e d g e o fs e r i a lp o r tc o m m u n i c a t i o na n dv i s i b l es e r i a ip o r tc o m m u n i c a t i o nu n d e r t h ew i n d o w se n v i r o n m e n tw h i c hi sa p p l i e dt ot h es y s t e m c h a p t e r5 t h ea p p l i c a t i o ns e r v e ri m p l e m e n t a t i o nf i r s t l yp r e s e n t st h ef u n c t i o n s w h i c ha r en e c e s s a r yt ot h ea p p l i c a t i o ns e r v e r t h e ni nd e t a i ld e s c r i b e st h ec o n s t r u c t i o n o ft h e a p p l i c a t i o n s e r v e ri n c l u d i n g c o n s t r u c t i n g t h ei n s t a n c eo f t h e a p p l i c a t i o n s e r v e r ，t h ec o n f i g u r a t i o no fd y n a m i cl i n kw i t ht h ed a t a b a s ea n dt h ec o n s t r u c t i o no f r e m o t ed a t am o d u l e c h a p t e r 6d e s i g no ft h ec l i e n ta p p l i c a t i o np r o g r a mm a k e sa nd e t a i la n a l y s i so f t h ec l i e n tf u n c t i o n sa n dt h ed e s i g np r o c e s si n c l u d i n gt h ec o n s t r u c t i o no f t h ef r a m ea n d l i n kt h ec l i e n tp a r tw i t ht h ea p p l i c a t i o ns e r v e r ，t h et r e a t m e n tf o re r r o r s t o l e r a n ta n d t h eb a l a n c eo nt h el o a d c h a p t e r7d e s i g no f t h ea u t h o r i z e dp o w e rm o d u l e t h em a n a g e m e n to fl o g i n a n da u t h o r i z e dp o w e ri sa ni m p o r t a n tp a r to fm i s t h ec h a p t e rp r e s e n t st h es y s t e m l o g i na n d t h es e t u po f t h eu s e r l sf u n c t i o n sa f t e rf i n i s h i n gl o g i n c o n s i d e r i n gt h ef a c t st h a tt h ea p p l i c a t i o n ss y s t e mb a s e do nw e b h a sb e e nt h e c e n t r a ls t r e a mo f c o m p u t e r a n dn e t w o r ka p p l i c a t i o nt e c h n i q u e s ，w h i c hh a sb e e nw i d e a p p l i c a t i o np r o s p e c ti nm a n y f i e l d s t h es e c o n dc h a p t e ri nt h ep a p e ri n t r o d u c e st h e n e w t e c h n i q u e sa b o u tw e ba p p l i c a t i o ns y s t e m - - r e l a t i v et e c h n i q u e s a b o u tm u l t i _ l a y e r d i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r em o d e lj 2 e e t h ep a p e rb a s e si t s e l fu p o nt h er e a ld e v e l o ps y s t e m ，i n d e t a i l p r e s e n t s t h e d e v e l o pp r o c e s s ，b e s i d e s ，d e s c r i b e st h er e l a t i v et h e o r ya n dn e w t e c h n i q u e s ，p u tt h c s a m ei m p o r t a n c eo nt h et h e o r ya n dp r a c t i c e ，w h i c hh a st h er e f e r e n c ev a l u et ow h o m a r ee n g a g e di ns o f t w a r ee n g i n e e r i n ga n dc o m p u t e rt e c h n i q u e k e y w o r d s ：m u l t i p l el a y e r s ；t h ec l i e n tp a r t ；t h ea p p l i c a t i o ns e r v e r ；d a t a b a s e ；d e l p h i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章系统的需求分析 1 1 软件工程基本概念 软件工程是工程领域的一个专业领域，如同建筑工程、电力工程等。系统 工程的些概念、原理和方法也适用于软件工程，软件工程所针对的实体是计 算机软件。软件有生产过程，而过程是一系列有序活动，软件生产过程也有生 产过程模型。另一方面软件工程是一门学科，它是研究软件开发工程化的方法 和技术，目标是将软件生产工程化，即象工业生产那样生产计算机软件产品。 不同于一般的工程，软件工程有其自身的特点： 软件工程是一个建模的活动。软件工程通过建模来处理复杂性，而通过任 何特定的时间关注于相关的细节而忽略其他方面来进行建模。在开发过程中， 软件工程构造许多系统和应用域不同的模型。 软件工程是一个问题求解的活动。模型通常用来寻求可行的解决方案，而 实践驱动这种寻求。软件工程师只有有限的资源，并受到预算和最终期限的约 束。由于缺乏基础理论，他们经常不得不根据经验来评估各种可选的方案。 软件工程是一个知识获取的活动。在对应用域和求解域建模时，软件二 ：程 师收集数据，把它们组织成信息，并将其形式化为知识。知识获取是非线性的， 有时单个数据可能使整个模型无效。 软件工程是一个决策驱动的活动。当对系统或它的应用域获取知识或做出 决策的时候，软件工程师还需要捕捉做出决策的依据以及隐含在这些决策环境 后面的基本原则和标准。决策知识表示为问题的集合，它能够使软件工程师在 复审一个决策时理解一个目标变化的含义。 1 2 传统的软件工程需求分析的方法 如同其他行业产品一样，软件工程的产品或项目同样有生存周期，一旦旧 的产品被新的产品升级更新，旧的产品就会被抛弃，结束一个软件产品的生存 周期。针对软件生存周期，传统软件生产过程一般分为几个阶段：系统需求、 软件需求、需求分析、软件设计、编码、测试和系统运行。 武汉理工大学硕士学位论文 此是决定软件成功与否至关重要的一环。它的基本任务是准确地回答“系 统必须做什么? ”的问题，主要是确定目标系统必须具备哪些功能。需求分析 须提供适当的机制了解用户想要什么，分析需要，评估可行性，协商合理的解 决方案，无歧义地规约解决方案。通常可按以下步骤进行。 1 2 1 需求获取 在进行需求分析之前需要收集用户的需求，这是个问题识别的过程。问 题是指用户认识到的基本需求元素，即要解决的问题。问题识别就是要识别他 们，研究软件范围，去糟取精，去伪存真。在需求获耿方式上要针对不同的情 况选择合适的方式。 产品推广型在这种情况下，开发商拥有一套系统解决方案的产品，这往往 是行业的解决方案，例如财务系统和e r p 系统。 产品工程型产品工程是开发直接面向市场销售的产品，产品的需求已经存 在，开发人员需要从技术上评估可行性。 系统定制型这是需要获取系统需求的情况，是业务过程型系统。通常用户 已经有一个需求，但不完善、不精确，没有经过分析，系统分析人员需要和用 户一起进行深入的调研。 为了更好地理解用户的需求，特别是一些人机交互的需求，利用原型法来 进一步确认是个好方法。 1 2 2 需求分析建模 传统方法常用的是结构化分析方法( 见图1 1 ) 数据字典它描述了每个数据对象和处理，存储在中心数据库中。它是结构 化分析方法中数据模型、功能模型、控制模型的中心 数据流图( d f d ) 它描述了数据在系统中是如何被变换的，既说明了对数 据的加工功能，也说明了系统的数据流，即信息域。它是建立功能模型的基础。 实体关系图它描述了系统数据实体及它们之间的关系。它是建立数据模型 的基础。 状态变化图它描述了因外部事件而引起的系统动作。它是建立控制模型的 基础。 武汉理工大学硕士学位论文 控制模型 图i 1 结构化分析模型结构 1 2 3 软件需求的规约及评审 功 能 模 型 软件需求的规约是需求分析的最终产品，完整而详细地描述了基于计算机 系统软件的功能和性能。通过建立完整的数据模型、功能模型、控制模型来描 述。它指明了系统设计的约束，确认标准以及相关的要求。 软件需求的评审是由软件开发人员与客户一起进行的，检查规约的完整性、 一致性和存在歧义的地方，还要审查叙述的方式等。 1 3 面向对象的需求分析方法 1 3 1 面向对象方法概念 传统的软件工程方法的本质，是在具体的软件开发工作开始之前，通过需 求分析预先定义软件需求，然后一个一个阶段有条不紊地开发用户所要求的软 件，实现预先定义的软件需求。但是，实践表明，在系统建立之前，往往很难 仅仅依靠分析就确定出一套完整、准确、一致、有效的应用需求，这种预先定 义需求的方法更不能适应用户需求不断变化的情况。具体体现在： 数据模型 武汉理工大学硕士学位论文 有些类型的系统需求是模糊的象m i s 之类数据处理系统，许多用户对它 们需求最初只有模糊笼统的概念，想要求一个对需求只有初步设想的人准确无 误地说出全部需求，显然是不切实际的。 项目参与者之间存在通信鸿沟多数用户和领域专家不熟悉计算机和软件 技术，系统分析员也往往不熟悉用户的专业领域。因此，分析员和用户以及领 域专家之间往往很难作到完全沟通和相互理解，在需求分析阶段定义的用户需 求，常常是不完整的和不准确的预先定义的需求可能是过时的。 目前，开发软件的生产率仍然较低，一个规模稍大软件，其开发的时问往 往很长。使用传统的开发途径，应该在软件生命周期的早期阶段就把用户的需 求预先定义好，并固定下来。有一些类型软件，用户对它们的需求与外部环境、 公司经营策略或经营内容密切相关，因此是随时间变化的，在不同的时间用户 的需求可能有较大的不同。 面向对象方法的出发点和基本原则，是尽可能模拟人类习惯的思维方式， 使开发软件的方法与过程尽可能接近人类认识世界解决问题的方法与过程，也 就是使描述问题的问题域与实现解法的求解域在结构上尽可能一致。它的基本 思想是认为客观世界是由各种对象组成的，任何事物都是对象，复杂的对象可 以由比较简单的对象以某种方式组合而成。 把所有的对象都划分为各种对象类( 简称为类，c l a s s ) ，每个对象类都定 义了一组数据和一组方法。按照子类( 派生类) 与父类( 基类) 的关系，把若 干个对象类组成一个层次结构的系统。对象之间仅能通过传递消息相互联系。 面向对象的方法某种程度上克服了传统软件工程方法的不足，并具有稳定 性好、可重用性好、可维护性好等优点。 1 3 ，2 面向对象的需求分析方法 图1 2 很形象地表示出面向对象的需求分析步骤。软件开发人员和用户共同 创建了需求规格说明之后，软件开发人员根据它识别主类，建立一系列供讨论 的场景，然后确定用例，可采用建模语言u m l 画出用例图。用例同时帮助建立 场景，用例图作为用户评价的内容，通过建立场景用u m l 画出类图。下面详细 描述具体的步骤。 建立需求规格说明书初始的需求规格说明书可能是系统用户给出的。但 是它是需要反复讨论细化的。软件开发人员通过这些讨论理解用户的要求，通 过需求规格说明书的创建，开发人员可以写出初始的场景( 即非正式的场景) 。 4 武汉理1 犬学硕士学位论文 需求规格说明书的评估需求规格说明书的评估是为了使需求规格说明书 完整、一致、无歧义性，验证它的合理性。可以使用原型技术，来确认系统的 需求，同时评估创建的非正式场景。 初始建模一旦需求经过评估，细化后经过完整、一致、无歧义性、合理 性验证，就可以进行初始建模。列出主类清单，使用用例来重新构造系统需求 为每个用例创建一个或多个场景，以刻画用例所表示的系统行为。 建立类图一旦理解了系统的目标，开发人员就可以开发类图，表示基本 类和类机构，以及继承层次和类的重用。 建立用例图把初始的用例转换成用例图。 建立协作类图 结合上面的类图和用例图进一步开发协作类图，描述类的 子集，以及它们的相互作用产生的每个用例所表达的系统行为。一个用例可用 几个类图表示，描述基本事件流和可选事件流。 最终评审随着建模和对需求规格说明书的细化、完善，最后给出完整的 需求规格说明书，交付最终评审。 图1 2 以用例为中心需求分析步骤 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 武钢铁路实时跟踪系统需求分析 在知识经济飞速发展的今天，对信息资源的发掘和利用关系着一个企业发 展的潜力和速度，能否及时、准确、快速获取丰富的信息资源，也往往决定着 企业在瞬息万变的市场中竞争的成败。武钢铁路要发展，必须充分发掘利用好 丰富的信息资源，因此进行t m i s ( 铁路管理信息系统) 建设、建立专门为本领 域服务的计算机系统已成为运输部门技术进步和发展的1 个重点。 铁路运输是钢铁生产的重要环节，是保证钢铁生产的重要手段。长期以来， 在运输管理上形成了一套人工信息管理系统：信息主要是通过电话、图表等简 单工具人工抄摘分级传递，这种以纸、笔和电话收集和处理各种信息的方法占 用了调度、车号和统计人员相当多的时间和精力。随着武钢冶炼生产工艺的不 断发展，运输保产的要求也越来越高，仅靠现有的管理方法和手段来管理控制 运输生产，对提高运输管理水平有很大障碍，不利于广大运输生产指挥人员进 行科学、有效的决策。因此开发武钢铁路货物车辆实时跟踪管理信息系统已成 为运输可持续发展的迫切任务。进出武钢的物质大部分通过铁路运输，每日进 入厂内各站的货物车辆( 车皮) 有干辆之多，而这些车辆是路局车辆，铁路局 根据车辆在厂内的停留超停时间向武钢收取罚金。出于车辆数量多，分布广， 流动性高，因此原来靠人工跟踪的管理方式很吃力，使得车辆装载的货物及车 辆停时不易控制，甚至发生丢车现象。 1 4 1 研究目标 本项目用计算机对车辆货物从进厂到出厂进行全过程实时跟踪管理。车辆 进入武钢站，其信息即进入中央数据库并实时更新，直至离开武钢。管理人员 借助本系统可随时了解车辆在厂内的位置，停时，载货等情况并打印各种报表。 本系统主要是对在武钢厂内所有铁路车辆( 包括路局车辆和厂内车辆，以及机车) 的状态和位置进行实时跟踪，同时对车辆运载的货物进行管理。 利用计算机及其网络功能，以车站为基础信息源点，收集处理和交换车流信 息一方面提高各岗位生产人员的工作效率；另一方面使运输组织人员能及时准 确地掌握车流和货流，组织有计划装车卸车和排空车，从而保证均衡运输和良性 循环，提高运输生产的能力和效益。 路局车辆是运输武钢原材料和产品的交通工具，也是武钢对外的主要交通工 具。其性质是武钢的租用车辆，路局根据其在武钢厂内的停留时间收费，逾期收 武汉理工大学硕士学位论文 取罚款所以对车辆在厂内的停时必须严格控制。系统软件必须对路局车辆的状 态进行监控，详细地记录车辆的状态变化( 空重) 的变化，停放位置的变化，从而 可以通过计算机迅速地查询路局车辆在武钢厂内的位置和状态以及历史过程。 1 4 2 系统要求 1 系统运行要求稳定可靠，故障率低。当系统正常投入运行后，将取消现有的 各种手工报表，所有的统计报表均由计算机自动生成，而且具备打印功能。 2 本系统不同于一般的管理信息系统，没有架设好的局域网基础设施。其底层 的网络是由专线拨号网络构成，速度慢，可靠性低，因此要求系统在偶尔断线 的情况下也能够正常的运行一段时间。为了适应这种特殊的要求，必须在系统 的体系结构上充分考虑对断线工作模式的支持，和慢速网络上数据传输量的降 低。 3 由于系统的操作人员素质各不相同，工作也比较繁忙，在操作过程中难免会 有操作失误的情况发生，这就要求系统具有一定的容错手段，在发现操作失误 时提醒操作人员，同时要防止错误数据进入系统导致整个系统运行的不正常。 4 系统中操作记录等数据，其关键的字段就是操作的时间，一定要保证系统中 时间的准确，更要保证所有计算机中时间的一一致性。因此系统要具有自动对时 功能，以保证所有的工作站都能和服务器保持相同的时间。 5 为减轻信息录入人员的工作量，人机界面应尽可能方便输入，减少键盘敲击 次数。 6 具有多种查询和统计功能，可以打印各种报表。 7 应设置多级用户查询修改权限。 8 采用多种措施保证系统数据不被丢失。 9 为减轻操作人员的工作量，同时减少操作中的失误，在厂内与路局交接口的 线路上加装车号自动识别装置。 1 0 为保证系统准确记录的站间车辆交接的时间，在每个站设立信号采集设备， 采集车辆进出站的准确时间。 1 1 取消武钢站的驼峰楼吊传系统，建立驼峰解体计划单自动传送系统。 1 2 系统要具有良好的开放性，可以方便的与其它系统共享数据。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章系统网络规划和体系结构 2 1 什么是体系结构 体系结构并非是可运行的软件，而是种表示。表示了系统的一个或多个 结构，包括系统构件，它们对外可见的性质及它们的关系。通过这种表示可以 分析软件需求满足的效力；可以相对容易地进行结构修改；可以减少程序构造 的风险。体系结构从高层次说明系统的运行方式。这里所说的系统构件，既可 以指简单的程序模块，也可以指数据库和“中间件”( 在c s 中加入的中间层 次) 。涉及到的构件关系是指构件之间的通信协议，而不是指具体的模块接口。 研究体系结构的重要性在于它是早期的、带有全局性的设计决策，将对系 统的成功运行产生决定性的影响。体系结构描述了系统如何构成以及它的运行 原理，给出了一个相对小的、易于理解的模型。体系结构是最本质的，具体体 现在它的稳定性和通用性。 2 2 体系结构的沿革及常用的几种体系结构 2 2 1 主机分时系统 早期的计算机系统多是单机系统，多个用户是通过联机终端来访问的，没 有网络的概念，即所谓的主机分时系统。连接的终端完全没有事务处理能力， 只是输入和显示信息。所有的事务处理功能完全放在主机进行。因此主机的负 载很重，整个系统的事务处理能力全部取决于主机( 见图2 1 ) 。 图2 1 主机分时系统 武汉理_ 丁大学硕士学位论文 2 2 2 资源共享系统 随着计算机网络的发展，又出现了一种简单的资源共享系统。即所有的计 算机互联在一起，彼此共享资源。这种系统又称为对等网工作组系统，因为在 这个网络中所有的计算机都是平等的，没有从属关系。相对于主机终端系统， 对等网工作组系统又走向另一个极端，由于没有管理的主机，任务的分配和协 调很困难，因此很难完成系统所要求的任务，特别是比较复杂系统的任务( 见 图2 2 ) 。 图2 2 资源共享系统 2 2 3c s ( 客户服务器系统) 系统 见图2 3 ，这是逻辑上定义系统概念，物理上分布不一定如图。是基于局域 网广域网的系统，在这个系统中存在着服务器和客户端，服务器负责数据的集 中管理，通信和客户的管理。而计算和事务处理在服务器和客户端之间分配， 充分利用客户机的计算能力。在这个系统中一般客户机都具备计算能力和输入 输出能力，不象早期的终端设备那样没有任何计算能力。服务器承担数据处理 的任务，因为数据在服务器端，对数据的处理和计算都在服务器端执行。而人 机界面和一些需要实时响应的事件或人机交互的处理都在客户端进行。 c s 结构经历了两个阶段。第一代c s 系统是基于两层结构的：第一层是客 户端软件，由应用程序和相应的数据库链接程序组成，企业的业务过程都在程 序中表现；第二层结合了数据库服务器，根据客户端软件的请求进行数据库操 武汉理工大学硕士学位论文 作，然后将结果传送到客户端软件。两层应用软件的开发工作主要集中在客户 机端，客户端软件不但要完成用户界面和数据显示的工作，还要完成一部分对 商业和应用逻辑的处理工作，这种两层结构的c s 系统对于开发和管理企业应 用程序具有很大的局限性。总的来说，两层结构的c s 系统仅能在各自的客户 机和数据库服务器之间使用，分割了界面和数据，使得客户机要管理复杂的软 件，导致“肥胖”客户机的产生。两层c s 系统不能进行有效的扩展，使这些 系统不能支持大量的用户访问和高容量的事务处理的应用。 客户机 图2 3c s 系统 图2 4 两层c s 系统逻辑表示 服务器 第二代c s 系统是多层结构的。这种结构在客户机上取消了商业和应用逻 辑，将它们移到中间层，即应用服务器。客户机上只需安装具有用户界面和简 单的数据处理功能的应用程序，负责处理与用户的交互和与应用服务器的交互。 应用服务器负责处理商业和应用逻辑，具体地说就是接受客户端应用程序的请 求，然后根据商业和应用逻辑将这个请求转化为数据库请求和与数据库交互， 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 并将与数据库交互的结果传送给客户端应甭程序，数据库服务器软件根据应用 服务器发送的请求进行数据库操作，并将操作的结果传送给应用服务器。 三层c s 结构的特点是用户界面与商业和应用逻辑位于不同的平台上，所 有的用户都可以共享商业和应用逻辑。这也是两层c s 和三层c s 之间的最大 区别。中间层即应用服务器是整个系统的核心，它必须为处理系统的具体应用 而提供事务处理、安全控制以及为满足不同数量的客户机请求而进行性能调整 的能力。应用服务器可以根据处理逻辑的不同被划分为不同的模块，如财务应 用服务器、生产应用服务器，从而使客户端应用程序在需要某种应用服务的时 候只与应用服务器上处理这个应用逻辑的模块通信，并且一个模块可以能够同 时响应多个客户端应用程序的请求。相对于两层c s 结构，它的优点体现在： 客户机应用服务器数据库服务器 图25 三层c s 系统逻辑表示 整个系统被分成不同的逻辑块，层次非常清楚，一层的改动不会影响其它层 次； 开发和管理工作向服务器端转移，使得分布的数据处理成为可能； 缩小了客户端的规模，使得客户端应用程序更容易开发。 然而，无论是两层还是三层，c s 结构存在着很大的局限性。c s 将应用程 守从主机系统中解放出来，由p c 处理一部分功能，但是随着业务计算的复杂化， c s 结构的弱点也显现出来： c s 结构的计算能力过于分散，网络中服务器和客户机的数目正发生“细胞 分裂”，系统的管理费用以几何级数方式增长； c s 系统般局限于l a n 内，无法利用i n t e m e t 的网络资源； 在c s 结构中，无论多小的企业。都必须安装自己的服务器，两服务器和服 务器软件管理和维护非常复杂，一般小企业难以承受。因此，c s 结构不利于小 企业计算机应用的发展。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 4b s ( 浏览器服务器) 系统 b s 系统本质上属于c s 结构，但由于采用了不同的技术措施，在结构层次 上显示出不同的特点。简单的b s 模式是一种三层结构，第一层客户机是用户 与整个系统的接口，客户机的应用程序精简到一个通用的浏览器软件。浏览器 将h t m l 代码转化成图文并茂的网页。网页还具有一定的交互能力，允许用户在 网页提供的申请表上输入信息提交给w e b 服务器，并提出处理要求。第二层 w e b 服务器将启动相应的进程来响应这一请求，并动态生成一串h t m l 代码，其 中嵌入处理的结果，返回客户机的浏览器。如果客户机提交的请求包括数据的 存取，w e b 服务器还需协同数据库服务器完成这一工作。第三层数据库服务器 负责协调不同的w e b 服务器发出的s q l 请求，管理数据库。 浏览器 w e b 服务器 图2 5 三层b s 系统逻辑表示 数据库服务器 b s 模式可以比较圆满地解决c s 的不足。它可以与i n t e r n e t 互联，也可以 独立使用( 如i n t r a n e t ) ，具有很大的灵活性，基于b s 模式的现代企业网络以 t c p i p 、h t t p 协议为基础，以w e b 为核心应用，构成统一和便利的信息交换 平台。它具有以下主要特点： b s 模式简化了客户端，它无须象c s 模式那样在不同的客户机上安装不同 的应用程序，而只需安装通用的浏览器软件； 简化了系统的开发和维护； 它使用户的操作变得更简单； 特别适用于网上信息发布，使得传统的信息功能有所扩展； 同时也带来了信息量急剧增长、信息安全等问题。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 5 多层分布式系统 随着计算机网络和数据库等技术的进一步发展，加之面临的业务系统曰趋 复杂，原有的系统模式很难适应应用的需求，在这种背景下，多层分布式系统 模型受到了越来越多的应用。目前，c o r b a 、m i c r o s o f t 的d c o m 、s u n 公司 的j 2 e e ，三种多层分布式系统模型受到了。泛的研究和应用，而j 2 e e 正逐渐地 成为技术的主流。下面对j 2 e e 模型和相关的技术作简要的介绍。 2 2 5 1 j 2 e e 概述 j 2 e e 的全称是j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ，是一种利用j a v a2 平台来 简化诸多与多级企业解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构： 它定义了一套标准化、模块化的组件：并为这些组件提供了一整套完整的服务； 以及自动处理应用行为的许多细节；利用它可以改进二层化平台结构( c s 结构) 的不便于升级和重用、安全性和伸缩性较差的缺点。j 2 e e 规范由s u n 定义，技 术基础是核心j a v a 平台或j 2 s e ，本质上由一整套服务、应用程序接口和协议构 成，核心技术包括：j d b c 、e j b 、r m i 、j s p 、j a v as e r v l e t s 、 x m l 、j m s 、 j t s 、j t a 、j a v a m a i l 、j a f 、e j b s 、j a v ai d l 。它对开发基于w e b 的多层 应用提供了功能支持。 图2 6 表示一个j 2 e e 分布式应用模型。 客户端展现逻辑业务逻辑后台系统 图2 6j 2 e e 分布式应用模型 1 j a v a 数据库连接( j d b c ) j d b ca p i 以一个统一的方式访问各种数据库。与o d b c 类似，j d b c 将开 武汉理工大学硕士学位论文 发者和私有数据库之间的问题隔离开柬。由于它建立在j a v a 上，因此j d b c 可 以提供平台无关的数据库访问。 j d b c 定义了4 种不同的驱动，具体来说，包括有： j d b c o d b c 桥 j d b c n a t i v e 驱动桥 j d b c n e t w o r k 桥 纯j a v a 驱动 1 ) ，j d 3 c o d b cb r i d g ep l u so d b cd r i v e r 方式：j d b c o d b c 桥接方式利用微 软的开放数据库互连接1 2 1 ( o d b ca p i ) 同数据库服务器通讯，客户端计算机首先 应该安装并配置o d b cd r i v e r 和j d b c o d b c b r i d g e 两种驱动程序。这是a p p l e t s 访问你的数据库最可能的解决方式，但这对i n t e r n e t 和i n t r a n e t 用户而言简直是 一个非常令人讨厌和麻烦的解决方案。 2 ) n a t i v e a p ip a r t l yj a v ad r i v e r 方式：这种驱动方式将数据库厂商的特殊协议 转换成j a v a 代码及二进制类码，使j a v a 数据库客户方与数据库服务器方通信。 例如：o r a c l e 用s q l n e t 协议，d b 2 用i b m 的数据库协议。数据库厂商的特殊协 议也应该被安装在客户机上。这也是令人讨厌和麻烦的解决方案。 3 ) j d b c - n e tp u r ej a v ad r i v e r 方式：这种方式是纯j a v ad r i v e r 。数据库客户以标 准网络协议( 如h t t p 、s h t t p ) 同数据库访问服务器通信，数据库访问服务器然 后翻译标准网络协议成为数据库厂商的专有特殊数据库访问协议( 也可能用到 o d b cd r i v e r ) 与数据库通信。对i n t e r n e t 和i n t r a n e t 用户而言这是个理想的解 决方案。j a v a d r i v e r 被自动的，以透明的方式随a p p l e t s 自w e b 服务器而下载并 安装在用户的计算机上。 4 ) ，n a t i v e p r o t o c o lp u r ej a v ad r i v e r