网络化软件运行支撑技术与实践

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雅宝题库解析：
近年来，随着互联网的发展，软件也逐渐向网络化模式演进，软件的运行也由传统单一封闭的单机环境过渡到开放动态的互联网环境。特别是，互联网的广域连通性对软件的传播产生了重要影响，软件已从基于许可证（License）的模式逐渐演变到基于即时服务的模式。网络化软件即时服务是在网络计算模式下的一种新型的软件形态，软件通过互联网以服务的形式供用户使用。但是，互联网的开放性和动态性导致传统软件运行支撑方法已无法满足新的软件运行支撑的要求。针对具有即时性、动态性、多样性等特征的网络化软件的运行支撑是对传统软件运行支撑理论与技术的巨大挑战，面临着许多亟待解决的题目。网络化软件的执行环境具有差异、分布、动态、不可靠等自然特征，对其非功能属性的需求也更为显著，给软件的运行、维护和管理带来诸多新题目。首先，用户终端与资源节点在资源能力、硬件环境、操作系统及操作方式等方面的差异性阻碍了软件的执行能力差异；其次，互联网环境下的应用个体与资源节点呈现出的地理分布特征使得网络化软件的分布式在线执行与维护管理变的更为复杂；第三，软件需求经常变化、动态版本升级、更新维护以及资源节点状态、链路状态等动态性特征对网络化软件的管理技术提出了挑战；最后，互联网环境潜在的不可靠、不安全等因素，例如软硬件故障、软件设计缺陷以及一些潜在的恶意攻击行为，都会导致网络化软件执行的失败及结果不可靠，执行过程中的可靠保障是实现服务化的软件运行支撑的关键。针对上述题目，本文以提高网络化软件运行支撑过程中运行及管理的性能以及保障软件运行过程中的可靠性等非功能属性为目标，开展基于网络化软件运行支撑技术的研究，针对网络化软件执行环境的差异、分布、动态以及不可靠等特点，突破若干网络化软件运行支撑关键技术。本文主要研究结果如下：    1)提出了网络化软件运行支撑描述模型和框架。针对网络化软件的特点和应用需求，研究开放松耦合的软件运行支撑描述模型及框架，以满足在无序长大的网络环境下构建有序开放系统的需求。主要包括从参与实体以及实体之间关系的角度建立网络化软件运行支撑系统的概念模型、从关键支撑技术的角度研究技术层次体系结构以及从运行时系统中关键组件之间关系的角度阐述系统设计原理，识别软件运行支撑的关键题目及步骤，为网络化软件的在线执行提供基础。    2)提出了一种软件流式加载预取执行机制。通过对网络化软件加载执行的历史日志记录采用增量日志挖掘算法进行数据挖掘，建立基于N-Gram模型的预测模型，软件加载执行过程中，根据预测模型，采用最短路径匹配算法来预取软件模块，以屏蔽网络环境的带宽、延迟等不确定性因素对按需加载执行带来的影响，进而提升网络化软件加载执行效率。实验结果表明，该预取机制能够将软件启动加载时间减少10%至50%，预取命中率可达到了81%至97%。    3)针对互联网环境下软件的大规模、多样化分发部署需求，本文提出了一种网络化软件快速分发部署技术。该技术通过在分发部署过程中引入P2P模式使得节点之间可以共享软件数据，进而提高分发部署效率，并能避免传统分发部署模式中的单故障点与性能瓶颈题目。与此同时，通过把节点按层叠网的形式组织起来，以提高部署过程中的节点搜索效率。实验分析表明，与BT、泛洪等P2P模式分发部署技术相比，本文提出的分发部署技术效率提高80%以上，并且平均部署时间不随节点规模线性增长。    4)设计了网络化软件的完整性检测及恢复机制，面向网络化软件在不可靠互联网环境中的部署过程中的数据完整性题目，保证了网络化软件执行的可靠性。通过动态二层投票组的设计解决了传统集中式系统在大规模节点下效率低下的题目，与此同时也消除了节点的加入、退出、失效等动态情况对检测及恢复的影响。实验结果表明该机制在数据发生损坏时能有效的对数据的完整性进行检测及恢复，并且当节点规模不断增大时，通过分组数动态调整可以使得整体负载不随节点规模线性增长。    5)研制virtualSoft网络化软件在线执行系统，给出其设计原理、体系结构和实现分析，评估了本文所提出的模型、算法和相关机制的有效性，并基于virtualSoft系统构建了TMail透明邮件、AppStore应用商店等示范应用，并成功应用到中国移动Mobile Cloud、Mobile Market应用商店和阿里巴巴云手机等业务中。应用实例结果表明，virtualSoft平台可高效的支撑网络环境下的软件服务化运行。