李愛(ài)萍，王正華，段利國(guó)

（太原理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西 太原030024）

0 引 言

遺留系統(tǒng)蘊(yùn)含著豐富的領(lǐng)域知識(shí)，所以在企業(yè)應(yīng)用集成時(shí)，對(duì)其處理至關(guān)重要。而目前主流的Web應(yīng)用集成的方法是基于Web服務(wù)的形式，將遺留系統(tǒng)資源整合成可操作的、基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)，使其能夠被重新組合和應(yīng)用。目前對(duì)Web服務(wù)已經(jīng)有了較充分的研究，對(duì)服務(wù)接口模型的設(shè)計(jì)以及服務(wù)組合的建模研究，成果豐碩［1－3］，但是在Web服務(wù)應(yīng)用集成的靈活性上還是存在一些問(wèn)題，雖然提出了遺留系統(tǒng)服務(wù)的形式化封裝［4］，并出現(xiàn)了不少Web服務(wù)的白盒遷移的研究成果，但其遷移需要侵入遺留系統(tǒng)內(nèi)部，侵入系統(tǒng)后穩(wěn)定性方面存在問(wèn)題，進(jìn)而提出了一種基于有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)形式描述的黑盒Web遺留系統(tǒng)服務(wù)化的包裝方法，并基于此分析遺留系統(tǒng)移植過(guò)程中具體的用例包裝。

1 相關(guān)工作

本節(jié)簡(jiǎn)述相關(guān)工作。文獻(xiàn) ［5］提出面向系統(tǒng)集成的Agent包裝模型，并在服務(wù)Agent的包裝中提出了基于功能Agent能力的服務(wù)流程的設(shè)計(jì)策略；文獻(xiàn) ［6］借助帶類型的Pi演算，描述和驗(yàn)證面向服務(wù)更新中的服務(wù)重綁定的類型安全性，從而提供更新系統(tǒng)的一致性的基礎(chǔ)；文獻(xiàn)［7］中提出了基于事件的方法建模并通過(guò)事件序列圖測(cè)試Web服務(wù)的交互行為；文獻(xiàn) ［8］設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種將功能組件形式的遺留系統(tǒng)自動(dòng)Web服務(wù)化封裝的工具，從而實(shí)現(xiàn)遺留系統(tǒng)向SOA 遷移；文獻(xiàn) ［9］中提出了一種輔助集成框架SOSIM，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)資源的重用和集成；文獻(xiàn) ［10］中引入垂直服務(wù)組合的概念并提出了一種擴(kuò)展的企業(yè)服務(wù)總線實(shí)現(xiàn)垂直服務(wù)組合的概念。與以上工作相比，本文提出了用有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)描述Web遺留系統(tǒng)服務(wù)化的包裝方案，有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)能夠更好的描述特定的交互狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，并且以遺留系統(tǒng)的移植過(guò)程的用例包裝為例分析驗(yàn)證方案的可行性。

2 FSA描述交互模型

包裝Web遺留系統(tǒng)的交互式功能，封裝原始的用戶接口，執(zhí)行每一個(gè)功能時(shí)，包裝器能夠代表用戶自主的與遺留系統(tǒng)進(jìn)行交互。為了實(shí)現(xiàn)自主的交互，包裝器必須意識(shí)到在每一個(gè)事務(wù)處理中的會(huì)話規(guī)則，系統(tǒng)響應(yīng)的結(jié)果依賴于用戶的輸入和系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)；在方法執(zhí)行的過(guò)程中包裝器能夠管理所有動(dòng)作的轉(zhuǎn)向，通過(guò)分析系統(tǒng)返回畫(huà)面的執(zhí)行場(chǎng)景識(shí)別交互過(guò)程中達(dá)到的狀態(tài)。

基于表單的系統(tǒng)，假定自動(dòng)機(jī)狀態(tài)關(guān)聯(lián)接口不同的畫(huà)面類型和用戶在畫(huà)面執(zhí)行動(dòng)作引起狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件下，有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)可以對(duì)人機(jī)交互進(jìn)行建模，在用戶與系統(tǒng)之間，這種接口類型下有窮畫(huà)面類型集和消息類型集觸發(fā)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，并且系統(tǒng)的響應(yīng)依賴于消息和系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)。

為了滿足這些需求，有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)很適合描述與Web遺留系統(tǒng)之間交互的行為模型，本文基于有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)描述：有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)FSA 是一個(gè)五元組，F(xiàn)SA ＝（S，T，A，Sin，Sfin），其中，S是在會(huì)話期間所達(dá)到的交互狀態(tài)集；T 是狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換集合；A 是不同類型動(dòng)作的集合；最后Sin和Sfin分別代表初始和終止交互的狀態(tài)。系統(tǒng)對(duì)于用戶消息的響應(yīng)依賴于不同類型的消息和系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，對(duì)于一個(gè)給定的狀態(tài)，給定一個(gè)輸入，F(xiàn)SA 可能會(huì)有多個(gè)轉(zhuǎn)向或者沒(méi)有轉(zhuǎn)向。

3 包裝器環(huán)境方案設(shè)計(jì)

3.1 包裝器的參考體系結(jié)構(gòu)

包裝器的參考體系模型可以分為3個(gè)主要的構(gòu)件：自動(dòng)機(jī)引擎，終端模擬器和狀態(tài)標(biāo)識(shí)器。這些構(gòu)件都依賴于存儲(chǔ)器，它可以持久化存儲(chǔ)有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)和與用例相關(guān)的可解析的畫(huà)面模板描述。包裝器的核心是自動(dòng)機(jī)引擎，充當(dāng)自動(dòng)機(jī)解析器；狀態(tài)標(biāo)識(shí)器可以標(biāo)識(shí)當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)解析由遺留系統(tǒng)返回的畫(huà)面得到；終端模擬器實(shí)現(xiàn)了與遺留系統(tǒng)之間進(jìn)行交互的終端類型的抽象。

包裝器的邏輯體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，展示了模塊及組件之間的協(xié)作關(guān)系以及交互之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)。

圖1 包裝器的邏輯體系結(jié)構(gòu)

3.2 終端模擬器

終端模擬器實(shí)現(xiàn)從遺留系統(tǒng)外部訪問(wèn)的不同終端類型的抽象，可以通過(guò)系統(tǒng)提供的應(yīng)用編程接口 （API）訪問(wèn)遺留系統(tǒng)的功能，也可以通過(guò)用戶接口 （UI）或者是協(xié)議。不管終端的類型是什么，終端模擬器都會(huì)提供一個(gè)相應(yīng)的編程接口，在遺留系統(tǒng)輸入／輸出的設(shè)備上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的可執(zhí)行讀／寫(xiě)操作，通過(guò)自動(dòng)機(jī)引擎解析接口與遺留系統(tǒng)進(jìn)行通信。

3.3 狀態(tài)標(biāo)識(shí)器

對(duì)遺留系統(tǒng)進(jìn)行FSA 建模，在不同的交互狀態(tài)下?tīng)顟B(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，交互狀態(tài)與畫(huà)面模板相關(guān)聯(lián)，狀態(tài)標(biāo)識(shí)器的職責(zé)是將遺留系統(tǒng)返回的畫(huà)面狀態(tài)匹配相應(yīng)的畫(huà)面模板。狀態(tài)標(biāo)識(shí)器和自動(dòng)機(jī)引擎組件通過(guò)異步通信的方式交換信息：自動(dòng)機(jī)引擎發(fā)送當(dāng)前的畫(huà)面描述 （從終端模擬器獲得）到狀態(tài)標(biāo)識(shí)器，并且等待狀態(tài)標(biāo)識(shí)器響應(yīng)相應(yīng)的交互狀態(tài)和畫(huà)面內(nèi)容，包括在標(biāo)簽中的存儲(chǔ)值，輸入和輸出域值。

3.4 自動(dòng)機(jī)引擎

包裝器的核心－自動(dòng)機(jī)引擎 （AE），解析FSA 的描述并和其它包裝組件交換信息，協(xié)同與遺留系統(tǒng)之間的交互。自動(dòng)機(jī)引擎的執(zhí)行由應(yīng)用服務(wù)器發(fā)起，每一個(gè)服務(wù)在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)著相應(yīng)的FSA 描述文檔，可以被AE解析。

由AE實(shí)現(xiàn)的活動(dòng)圖如圖2所示，作為UML的活動(dòng)圖包括3種基本狀態(tài)：開(kāi)始狀態(tài)，解析狀態(tài)和最終狀態(tài)。

圖2 自動(dòng)機(jī)引擎活動(dòng)

開(kāi)始狀態(tài) （start activity）包括以下行為：通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器接收服務(wù)請(qǐng)求消息，從存儲(chǔ)器中讀取相應(yīng)的XML自動(dòng)描述文件，一些預(yù)設(shè)的初始化行為 （包括緩存變量，也叫自動(dòng)機(jī)變量）的執(zhí)行，通過(guò)終端模擬器接受遺留系統(tǒng)返回的畫(huà)面，通過(guò)狀態(tài)標(biāo)識(shí)器組件獲得當(dāng)前的交互狀態(tài)。

引擎進(jìn)入解析狀態(tài) （interpretation activity），當(dāng)當(dāng)前狀態(tài)非最終狀態(tài)時(shí)，引擎執(zhí)行和當(dāng)前用戶狀態(tài) （包括自動(dòng)機(jī)變量和遺留系統(tǒng)的輸入／輸出域）相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作，提交新的輸入和執(zhí)行命令至遺留系統(tǒng)，等待新交互狀態(tài)下的畫(huà)面的產(chǎn)生。當(dāng)當(dāng)前狀態(tài)與計(jì)算的最終狀態(tài)一致時(shí)，包裝器離開(kāi)解析狀態(tài)進(jìn)入最終狀態(tài) （final activity）。

最終狀態(tài) （final activity），包裝器以自動(dòng)機(jī)變量存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，組裝服務(wù)響應(yīng)消息，并發(fā)送給應(yīng)用服務(wù)器。

3.5 存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器以持久化的方式存儲(chǔ)著FSA 的解析描述和由遺留系統(tǒng)提供的每一個(gè)服務(wù)的畫(huà)面模板描述。這些描述以XML文件的形式存儲(chǔ)，即FSA 的描述文檔。FSA 描述文檔的信息包括交互狀態(tài)，狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，畫(huà)面模板，由包裝器執(zhí)行的動(dòng)作，以及緩存中間數(shù)據(jù)的自動(dòng)機(jī)變量列表等。

4 基于包裝器的遺留系統(tǒng)移植分析

Pine應(yīng)用是一個(gè)基于面向流式終端的客戶端郵件應(yīng)用的遺留系統(tǒng)，允許用戶從已存在的郵件信箱里讀取、重組和管理Email消息，可以從中選取候選用例移植至SOA環(huán)境中。

在Pine應(yīng)用提供的不同用例中，以移植 “Get Message”可復(fù)用服務(wù)的候選用例為例，將細(xì)粒度的Pine的 “Get Message”用例轉(zhuǎn)換成單個(gè)的Web服務(wù)。 “Get Message”用例允許郵箱的擁有者獲取給定的Email文件下特定的Email信息文本，為了使用此功能，系統(tǒng)為用戶提供了登錄的用戶名和密碼，可訪問(wèn)的文件名以及可讀取的消息號(hào)。

本節(jié)將之前介紹的包裝器的設(shè)計(jì)方案應(yīng)用于 “Get Message”用例移植過(guò)程的上下文中，移植過(guò)程包含下面的階段：選擇候選服務(wù)、包裝 “Get Message”用例、部署和驗(yàn)證 “Get Message”用例。

4.1 選擇侯選服務(wù)

這一階段決定遺留系統(tǒng)的哪一個(gè)用例可以作為服務(wù)，需要對(duì)用例的標(biāo)準(zhǔn)、方法和結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，然后選擇候選服務(wù)。識(shí)別候選服務(wù)，需要考慮遺留系統(tǒng)的功能的復(fù)用性，粒度大小、狀態(tài)依賴性等因素。

“Get Message”用例的自動(dòng)機(jī)圖形化表示如圖3所示，“Get Message”用例呈現(xiàn)7種不同的場(chǎng)景：其中3個(gè)對(duì)應(yīng)成功消息的讀取，而另外4個(gè)對(duì)應(yīng)失敗信息的讀取 （由錯(cuò)誤的用戶密碼，空文件，不存在的文件，不存在的消息號(hào)引起的）。

4.2 包裝 “Get Message”用例

這一階段包裝所選擇的 “Get Message”用例，包裝過(guò)程包括服務(wù)標(biāo)識(shí)，逆向工程和包裝設(shè)計(jì)。

（1）服務(wù)標(biāo)識(shí)分析決定候選用例是否轉(zhuǎn)變成單個(gè)高度一致的服務(wù)或者是一組服務(wù)， “Get Message”用例是包裝成單個(gè)的Web服務(wù)。

（2）對(duì) “Get Message”候選用例進(jìn)行逆向工程，黑盒分析收集遺留系統(tǒng)返回的畫(huà)面序列和交換的信息并進(jìn)行分類，獲得畫(huà)面類型的集合和消息類型，進(jìn)而構(gòu)建 “Get Message”自動(dòng)機(jī)。逆向工程的第一個(gè)輸出是 “Get Message”有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，包括交互的狀態(tài)集，轉(zhuǎn)換，以及由轉(zhuǎn)換觸發(fā)的動(dòng)作。第二個(gè)輸出是關(guān)聯(lián)每一個(gè)交互狀態(tài)的畫(huà)面模板，包括所有需要的畫(huà)面特征。第三個(gè)輸出是包裝“Get Message”服務(wù)的接口，通過(guò)服務(wù)請(qǐng)求消息提供給遺留系統(tǒng)的輸入變量集，通過(guò)服務(wù)響應(yīng)消息獲取輸出變量。

逆向工程階段，系統(tǒng)的黑盒分析對(duì)與遺留系統(tǒng)進(jìn)行交互的有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)進(jìn)行抽象，這些分析由運(yùn)行中的系統(tǒng)執(zhí)行，應(yīng)用持久化存儲(chǔ)著不同的輸入數(shù)據(jù)和條件，能夠重新產(chǎn)生所有可能的用例交互場(chǎng)景。在分析期間，收集所有的信息表征這些交互，在分析的最后，F(xiàn)SA 模型產(chǎn)生，包含23個(gè)交互狀態(tài)和28個(gè)轉(zhuǎn)向，它由15種畫(huà)面模板 （關(guān)聯(lián)交互狀態(tài)）表征，如圖3所示。在 “Get Message”用例中，畫(huà)面模板的數(shù)量低于交互狀態(tài)的數(shù)量，因?yàn)橐恍┙换顟B(tài)（如17，18，19，20，21）由相同的畫(huà)面模板表征。

圖3 “Get Message”用例的自動(dòng)機(jī)圖形化表示

服務(wù)接口包括以下輸入數(shù)據(jù)：用戶認(rèn)證數(shù)據(jù) （用戶名和密碼），包含信息的文件名，請(qǐng)求消息的普通序列號(hào)，輸出數(shù)據(jù)包含Email信息 （Date，from，To，Cc，Subject，Body）或者異常信息。

“Get Message”用例場(chǎng)景FSA 的描述如表1所示，前兩列是交互狀態(tài)的標(biāo)識(shí)和描述，第三列是當(dāng)前交互狀態(tài)將會(huì)被自動(dòng)機(jī)引擎執(zhí)行的動(dòng)作，第四列是提交動(dòng)作的命令，最后一列表示從當(dāng)前狀態(tài)可能達(dá)到的下一個(gè)狀態(tài)。自動(dòng)機(jī)中存在5個(gè)狀態(tài)，其下一可能轉(zhuǎn)向的狀態(tài)多于一個(gè) （狀態(tài)號(hào)分別是2，5，9，13，14）。自動(dòng)機(jī)變量，定義存儲(chǔ)了4個(gè)請(qǐng)求消息的域的11 個(gè)變量以及7 個(gè)響應(yīng)消息的域（Date，from，To，Cc，Subject，Body，Exception）。

（3）包裝設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使得交互模型可以被自動(dòng)機(jī)引擎解析，自動(dòng)機(jī)解析后信息模型必須被翻譯成XML格式并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。

4.3 部署和驗(yàn)證 “Get Message”用例

這一階段，將包裝的服務(wù)使用特定的商業(yè)或者開(kāi)源Web服務(wù)器部署。當(dāng)包裝后的服務(wù)以Web 服務(wù)發(fā)布后，WSDL文檔中的請(qǐng)求消息中包含的輸入數(shù)據(jù)和響應(yīng)消息中包含的輸出數(shù)據(jù)將會(huì)被存儲(chǔ)到Web服務(wù)器中，同時(shí)服務(wù)的UDDI在公共的UDDI存儲(chǔ)目錄上存儲(chǔ)。服務(wù)在Web服務(wù)器部署完成后，需要提交包裝功能的服務(wù)至驗(yàn)證活動(dòng)，驗(yàn)證是在服務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中測(cè)試由于自動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷可能出現(xiàn)的狀態(tài)標(biāo)識(shí)異常和不可預(yù)料的響應(yīng)。

基于FSA 模型的分析，設(shè)計(jì)用例測(cè)試每一個(gè)不依賴的自動(dòng)機(jī)路徑。表2所示的測(cè)試用例覆蓋 “Get Message”用例的場(chǎng)景，包含覆蓋場(chǎng)景的描述和相應(yīng)的線性獨(dú)立的FSA圖交互狀態(tài)路徑集。通過(guò)對(duì)測(cè)試用例的分析檢測(cè)畫(huà)面模板和自動(dòng)機(jī)描述中的錯(cuò)誤。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于有窮狀態(tài)自動(dòng)機(jī)描述的黑盒Web遺留系統(tǒng)的服務(wù)化包裝方案，給出了包裝方案的參考模型，對(duì)模型內(nèi)的主要包裝組件：自動(dòng)機(jī)引擎，終端模擬器以及狀態(tài)標(biāo)識(shí)器的功能進(jìn)行了描述。此外，基于此方案將包裝“Get Message”用例應(yīng)用于移植的上下文環(huán)境，進(jìn)而驗(yàn)證方案的可行性，為包裝Web遺留系統(tǒng)的功能提供了理論參考。本文的工作還有待進(jìn)一步完善，比如包裝后服務(wù)質(zhì)量（QOS）的提升和包裝的框架模型的驗(yàn)證將是下一步工作的重點(diǎn)。

表1 “Get Message”用例場(chǎng)景FSA 的描述

表2 服務(wù)驗(yàn)證期間的測(cè)試用例

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