摘  要： 在基于.Net平臺(tái)的信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,，組件-控件的復(fù)用已經(jīng)很常見(jiàn)，但是,，邏輯流程部分的代碼始終沒(méi)有得到有效的縮減,。針對(duì)這種現(xiàn)狀，提出對(duì)插件虛擬機(jī)的研究,。在組件-控件和功能模塊間抽象一層“插件”,，將信息系統(tǒng)劃分為不同的“插件”，通過(guò)XML配置文件來(lái)定義“插件”間的邏輯關(guān)系，同時(shí),，“插件”也可以很好地實(shí)現(xiàn)功能的復(fù)用,。插件虛擬機(jī)用于解釋執(zhí)行該配置文件。
關(guān)鍵詞： XML,；插件；虛擬機(jī),；業(yè)務(wù)邏輯

　虛擬機(jī)并不是新技術(shù),，早在20世紀(jì)六七十年代，IBM研究中心就在試驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)了其主機(jī)的鏡像,，算是最原始的虛擬機(jī)了,。之后一段時(shí)間發(fā)展緩慢，一度由于分時(shí)操作系統(tǒng)的出現(xiàn)而處于停滯狀態(tài),。20世紀(jì)90年代隨著Java虛擬機(jī)的推出,，使對(duì)虛擬機(jī)技術(shù)的研究成為處理器設(shè)計(jì)人員、軟件設(shè)計(jì)人員,、服務(wù)器設(shè)計(jì)人員和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)人員的熱門研究課題,。虛擬機(jī)并不只是應(yīng)用于對(duì)操作系統(tǒng)，目前,，在具體應(yīng)用領(lǐng)域的虛擬機(jī)開(kāi)發(fā)得到迅速發(fā)展,。這里將虛擬機(jī)的概念首次應(yīng)用到Net環(huán)境下的信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中。
　為了便于理解插件虛擬機(jī)的作用,，首先介紹一種自動(dòng)化業(yè)務(wù)流程規(guī)范語(yǔ)言——業(yè)務(wù)流程執(zhí)行語(yǔ)言BPEL（Business Process Execution Language）,，這與插件虛擬機(jī)中用XML配置文件實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯有相似之處。BPEL是基于XML和Web服務(wù)的,，用XML文檔寫(xiě)入BPEL中的流程能在Web服務(wù)之間以標(biāo)準(zhǔn)化的交互方式得到精心組織,，它簡(jiǎn)化了將多個(gè)Web服務(wù)合成到一個(gè)新的業(yè)務(wù)流程中的操作[1]。這些流程能夠在任何一個(gè)符合BPEL規(guī)范的平臺(tái)或產(chǎn)品上執(zhí)行,。BPEL通過(guò)合作伙伴連接來(lái)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的調(diào)用,，合作伙伴連接只定義所要調(diào)用的接口，它是一個(gè)抽象的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述語(yǔ)言WSDL（Web Services Description Language）接口,，這個(gè)接口在BPEL運(yùn)行時(shí)再綁定到真正的服務(wù)提供者上面[2],。這樣使接口和實(shí)現(xiàn)之間達(dá)到了一種松散耦合的效果，Web Service實(shí)現(xiàn)了接口的可重用性,，而B(niǎo)PEL實(shí)現(xiàn)的是流程的可重用性,。在XML配置文件中，“插件”類似于Web Service的接口,，而B(niǎo)PEL對(duì)Web Service提供的服務(wù)類似于XML配置文檔對(duì)“插件”的執(zhí)行順序的控制,。插件虛擬機(jī)的研究，提出了一種新的業(yè)務(wù)邏輯部分的實(shí)現(xiàn)，在此之前,，業(yè)務(wù)邏輯部分只能通過(guò)程序代碼實(shí)現(xiàn),，現(xiàn)在轉(zhuǎn)換成只需要編寫(xiě)描述性的文本語(yǔ)言，從而有效減少開(kāi)發(fā)工作量,，降低軟件開(kāi)發(fā)成本,。
1 相關(guān)名詞簡(jiǎn)介
1.1 虛擬機(jī)
　虛擬機(jī)按其表面意思來(lái)理解就是指虛擬的機(jī)器，這個(gè)機(jī)器并不是由真實(shí)的硬件所組成,，而是通過(guò)軟件系統(tǒng)虛擬而成的具有跟真正機(jī)器類似功能的一種實(shí)現(xiàn)[3-5],。“插件虛擬機(jī)”的命名，是因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)思想與計(jì)算機(jī)的基本思想相類似：計(jì)算機(jī)的工作基于存儲(chǔ)程序與程序控制,，其中存儲(chǔ)程序包括對(duì)程序及運(yùn)行中所需數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),，程序控制指計(jì)算機(jī)對(duì)程序中一條條指令的取出、分析與執(zhí)行[6],；在插件虛擬機(jī)中,，其主要工作是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與插件的控制，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)包括外界輸入的數(shù)據(jù)及運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),，插件的控制包括插件的取出,、分析與執(zhí)行。從功能上看,，CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為控制單元,、邏輯單元和存儲(chǔ)單元3大部分[7]，這3個(gè)部分互相協(xié)調(diào)進(jìn)行分析,、判斷,、運(yùn)算，并控制計(jì)算機(jī)各部件進(jìn)行工作,。插件虛擬機(jī)中根據(jù)各部分具體實(shí)現(xiàn)的功能,，可以把它分為如下幾部分：插件運(yùn)行時(shí)、插件執(zhí)行器,、路由規(guī)則器,、插件管理器、消息管理器,、線程管理器,、共享數(shù)據(jù)堆和運(yùn)行時(shí)上下文。通過(guò)這幾部分的相互協(xié)作,，共同完成信息系統(tǒng)中插件的有序調(diào)用與執(zhí)行,。
1.2 插件
　在開(kāi)發(fā)信息系統(tǒng)軟件的時(shí)候，現(xiàn)在最常見(jiàn)的做法是把軟件按功能模塊來(lái)劃分,，將每個(gè)功能模塊分別設(shè)計(jì)好之后,，最后再組合起來(lái)形成最終的信息系統(tǒng)軟件,。目前，在程序復(fù)用方面,，最常見(jiàn)的是組件復(fù)用,，最具有代表性的是微軟公司的組件對(duì)象模型COM（Component Object Model）和Sun公司的企業(yè)級(jí)JavaBean EJB（Enterprise JavaBean）。COM是基于分布式對(duì)象模型的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn),，它詳細(xì)規(guī)定了一個(gè)COM組件所應(yīng)具有的二進(jìn)制內(nèi)存結(jié)構(gòu)是組件集成的框架,，這個(gè)框架支持對(duì)象的互操作性和可重用性[8-9]，COM組件的創(chuàng)建由COM庫(kù)和類工廠協(xié)作完成,，它是ActiveX技術(shù)的基礎(chǔ),，并且運(yùn)用于大多數(shù)的Windows編程；EJB是一種基于Java環(huán)境的針對(duì)服務(wù)器端的組件模型[10],，其設(shè)計(jì)目標(biāo)與核心應(yīng)用是部署分布式應(yīng)用程序，同時(shí)它定義了一個(gè)用于開(kāi)發(fā)基于組件的企業(yè)多重應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn),，EJB技術(shù)簡(jiǎn)化了用Java語(yǔ)言編寫(xiě)企業(yè)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),、配置和執(zhí)行[11]。插件虛擬機(jī)中的“插件”是在模塊,、控件-組件中抽象出來(lái)的,，單個(gè)模塊中可以包含多個(gè)插件，插件中可以包含控件和組件,，在復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)插件的嵌套,，例如：信息系統(tǒng)首先劃分為幾個(gè)插件，插件中可以包含功能模塊,，然后功能模塊中再包含插件,。
2 虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
2.1 組成結(jié)構(gòu)
　插件虛擬機(jī)的工作是圍繞“插件”的調(diào)用展開(kāi)的，信息系統(tǒng)被劃分為插件的形式,，插件被統(tǒng)一定義在配置文件中,，其中插件的編碼與實(shí)現(xiàn)插件的類相互對(duì)應(yīng)，便于插件虛擬機(jī)在合適的場(chǎng)景與環(huán)境中調(diào)用插件,。根據(jù)插件虛擬機(jī)要完成的功能將其分為以下幾部分,，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

?。?）插件虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí),，為插件提供面向操作系統(tǒng)和Net環(huán)境的基礎(chǔ)服務(wù)，解釋模塊配置文件,，根據(jù)模塊配置文件創(chuàng)建各種子系統(tǒng),；
　（2）上下文管理器,，提供對(duì)插件虛擬機(jī)傳入的參數(shù)的封裝,；
?。?）共享數(shù)據(jù)堆，提供插件間的數(shù)據(jù)共享服務(wù),；
?。?）消息管理器，提供插件間的消息發(fā)送功能,；
?。?）插件管理器，負(fù)責(zé)查找,、加載,、緩存插件；
?。?）插件執(zhí)行器,，負(fù)責(zé)從插件池中取出插件，執(zhí)行插件,，并根據(jù)插件參數(shù)確定插件顯示模式,；
　（7）路由規(guī)則器,，主要負(fù)責(zé)確定下一個(gè)需要執(zhí)行的插件的id,，并將插件id發(fā)送給插件執(zhí)行器，由插件執(zhí)行器運(yùn)行id對(duì)應(yīng)的插件,；
?。?）線程管理器，提供操作系統(tǒng)的線程封裝服務(wù),，提供線程間數(shù)據(jù)傳遞服務(wù),。
2.2 插件虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)
　插件虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)，有其完備的執(zhí)行過(guò)程,，不僅能夠完成基本的功能,，而且能夠處理運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種異常。其主要的技術(shù)點(diǎn)包括：插件間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),、插件的生命周期以及接口規(guī)范等,。啟動(dòng)插件虛擬機(jī)，會(huì)檢查各部分的完整性并加載XML配置文件中定義的所有“插件”,，用戶界面輸入的數(shù)據(jù)會(huì)在插件虛擬機(jī)中的得到相應(yīng)的處理并觸發(fā)相應(yīng)“插件”的執(zhí)行,。插件虛擬機(jī)的工作流程如圖2所示。

    插件虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí),，主要包括以下步驟：
?。?）插件虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)加載并讀取配置文件信息，根據(jù)配置文件創(chuàng)建子系統(tǒng),。子系統(tǒng)包括：路由規(guī)則器,、消息管理器,、共享數(shù)據(jù)堆、線程管理器,、上下文管理器,、插件管理器、插件執(zhí)行器,。然后,，插件虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)調(diào)用插件管理器；
?。?）插件管理器加載配置文件中涉及到的插件,，由加載單元通過(guò)Net環(huán)境調(diào)用操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)下查找插件,。插件虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)包含在名為pluginvm core.dll的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中,，為插件提供面向操作系統(tǒng)和Net環(huán)境的基礎(chǔ)服務(wù)。具體包括：
?、傥募僮骷奥窂讲檎曳?wù),；
　②唯一主機(jī)碼創(chuàng)建（包含CPU-網(wǎng)卡）,，即密碼驗(yàn)證服務(wù)，通過(guò)讀取主機(jī)唯一的CPU序列號(hào)以及網(wǎng)卡的序列號(hào),，按照相應(yīng)的公式計(jì)算出驗(yàn)證碼,，與軟件中存儲(chǔ)的密碼相匹配，保障了軟件安裝合法性,，可以有效防止盜版,；
　③加密解密,；
?、苊嫦騑indow操作系統(tǒng)API的托管封裝；
?、萁忉屇K配置文件,，根據(jù)模塊配置文件創(chuàng)建各種子系統(tǒng)。
　插件管理器查找到所有的配置文件中涉及到的插件后,，確認(rèn)可用的插件然后加載,，插件管理器加載完畢后，等待插件執(zhí)行器調(diào)用,。
　加載配置文件中將插件加載至插件管理器中,，由插件管理器統(tǒng)一管理加載的插件，并且將參數(shù)存儲(chǔ)至上下文管理器中,。上下文管理器提供對(duì)運(yùn)行插件虛擬機(jī)傳入的參數(shù)的封裝,，具體為一個(gè)面向?qū)ο蟮墓１恚?br /> ?。?）路由規(guī)則器根據(jù)插件執(zhí)行器調(diào)用插件后返回的結(jié)果或者根據(jù)加載單元提供的插件調(diào)用入口點(diǎn)確定插件執(zhí)行器需要執(zhí)行的插件編碼，并將該插件編碼傳遞給插件執(zhí)行器,；
?。?）插件執(zhí)行器接收路由規(guī)則器傳入的插件編碼，并從上下文管理器中獲得和本插件相關(guān)的參數(shù),；插件執(zhí)行器通過(guò)調(diào)用插件的約定方法并在調(diào)用時(shí)傳入從上下文管理器中獲得的參數(shù)來(lái)執(zhí)行插件,；
　將插件執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)至共享數(shù)據(jù)堆中,，以供其他插件調(diào)用,。不同的插件可以將需要共享的數(shù)據(jù)放入共享數(shù)據(jù)堆中，插件虛擬機(jī)退出后共享數(shù)據(jù)堆可以自動(dòng)回收,。插件虛擬機(jī)維護(hù)共享數(shù)據(jù)堆中的數(shù)據(jù)的引用計(jì)數(shù),，當(dāng)數(shù)據(jù)引用計(jì)數(shù)為0的時(shí)候，共享數(shù)據(jù)將被自動(dòng)回收,。

插件執(zhí)行器負(fù)責(zé)從插件管理器中取出插件,，調(diào)用插件的特定方法Excute Plugin（PluginParam param）執(zhí)行插件；插件執(zhí)行器還負(fù)責(zé)處理插件異常信息,，如果遇到需要退出插件虛擬機(jī)的異常則直接調(diào)用插件虛擬機(jī)提供的退出函數(shù)ExitVm（Excption ecode）退出插件虛擬機(jī),。
　插件執(zhí)行器執(zhí)行完畢當(dāng)前插件后，還將當(dāng)前插件運(yùn)行完畢后返回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至路由規(guī)則器中,，路由規(guī)則器根據(jù)插件執(zhí)行器返回的數(shù)據(jù)確定下一個(gè)需要執(zhí)行的插件的編碼,，并將插件編碼發(fā)送給插件執(zhí)行器，由插件執(zhí)行器運(yùn)行編碼對(duì)應(yīng)的插件,。
?。?）插件間可以通過(guò)插件虛擬機(jī)發(fā)送/接收消息。消息管理器包括消息隊(duì)列和消息派發(fā)器,，消息隊(duì)列接收消息,，并將其加入隊(duì)列，消息派發(fā)器按照隊(duì)列順序?qū)⑾⑴砂l(fā)給該消息所指定的插件,。消息中攜帶有需要執(zhí)行插件的信息,，消息管理器向插件管理器中的需要執(zhí)行的插件（若插件管理器中沒(méi)有加載所述的需要執(zhí)行的插件，則由插件管理器重新加載,，然后由插件執(zhí)行器執(zhí)行,。具體過(guò)程與初始加載插件時(shí)一致：由加載單元通過(guò)Net環(huán)境調(diào)用操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)下查找插件,。加載后的插件存儲(chǔ)至插件管理器中,，參數(shù)存儲(chǔ)至參數(shù)封裝單元中，然后由插件執(zhí)行器可以調(diào)用）派發(fā)該消息,，由插件管理器將該插件的編碼傳給插件執(zhí)行器,，最終插件執(zhí)行器根據(jù)該插件的編碼執(zhí)行該插件,。消息管理器的功能還有：消息隊(duì)列，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)插件發(fā)送過(guò)來(lái)的消息,，并按照先后順序排成隊(duì)列的形式,。其中，插件需要實(shí)現(xiàn)AcceptRunMsg（RunMessage msg）接口接收插件管理器發(fā)送的消息,。
　目前,，隨著軟件行業(yè)的發(fā)展，其規(guī)模和復(fù)雜性提高,、使用范圍擴(kuò)大,，為了便于維護(hù)和管理，軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中逐漸出現(xiàn)對(duì)開(kāi)發(fā)方法的研究,、軟件管理的規(guī)范,、體系結(jié)構(gòu)的分離[12]。在開(kāi)發(fā)信息系統(tǒng)軟件過(guò)程中,，通常會(huì)將一個(gè)系統(tǒng)分為幾個(gè)相互獨(dú)立的功能模塊,，由不同人員來(lái)開(kāi)發(fā)，最后再根據(jù)用戶的操作邏輯和業(yè)務(wù)邏輯組織起來(lái),。通過(guò)對(duì)插件虛擬機(jī)的研究,，實(shí)現(xiàn)了縮減業(yè)務(wù)邏輯部分代碼，首次提出用配置文件的描述語(yǔ)言代替業(yè)務(wù)邏輯部分的代碼,；其次,，以“插件”的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)中程序的復(fù)用，同一“插件”可以被多個(gè)模塊的配置文件使用,。由此,，可以降低軟件開(kāi)發(fā)成本,，縮短周期,，增強(qiáng)可讀性，更加便于維護(hù)和管理,。
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