CHAM软件连接形式化模型研究

上海同济大学 马 亮

CHAM软件连接形式化模型研究

上海同济大学 马 亮

一、CHAM形式化模型特点

CHAM形式化模型以代数演算的方式研究通信并发系统，将进程看作是代标号的变迁系统，迁移的规则是以句法重新安排的方式来反映状态信息的变化过程。

1.CHAM形式化模型结构。CHAM形式化模型最初是由Berry和Boudol开发研制的，它建立在化学隐喻的基础上。CHAM形式化模型中的各个结构都可以利用化学概念来描述，CHAM形式化模型主要包括分子（Molecules）、溶液（Solutions）以及膜（Membrane）结构。

（1）分子。分子是组成CHAM形式化模型的进本元素，由进程代数理论可知，子结构主要是由一些基本常量和操作细节所组成，分别用m1，m2，…，mn来表示。

（2）溶液。溶液是多分子的集合体，可以表示为S = m1，m2，…，mn，而且有多个溶液组成的一个较大型的溶液还可以表示为S∪S′ = m1，m2，…，mn，m1′，m2′，…，mn′，在CHAM形式化模型中溶液可以定义为一个状态信息。

（3）膜结构。膜结构是对CHAM形式化模型的各种结构进行封包分层细化，可以表示为{︱.︱}，利用膜结构可以将不同溶液进行封包，此时就可以将被封装的溶液看作是一个单一分子，即为{︱S = m1，m2，…，mn︱}。而且膜结构还具有一定的选择透过性，即通过膜上的气孔，对分子的进入和离开进行选择，这一过程可以表示为S′= mi{︱m1，m2，…，mn︱}。

2.CHAM形式化模型迁移规律。分为一般反应和特定反应两大类。一般反应是对所有的CHAM形式化模型描述的软件体系结构都有效，没有任何限制；特定反应只是针对某一具体的CHAM形式化模型进行描述，是一种无任何前置条件的基本项重写规则。

二、CHAM软件连接形式化模型的设计与实现

1.CHAM形式化模型的构建元素。包括处理元素、数据元素、连接元素、膜元素四种基本构件元素。

（1）处理元素。处理元素可以表示为分子结构，具体是指具有一定功能的逻辑处理对象或者单元，在进行软件体系结构描述的过程中也可以代表软件的构件单元。CHAM形式化模型的处理元素主要是由接口描述以及状态定义两大部分构成。其中接口描述包括一组说明处理元素与外部环境交互的端口，而状态定义则是用来描述软件的构件单元的当前状态。

（2）数据元素。数据元素主要包括进行软件结构描述所使用和变化的信息，通常，数据元素用依附在处理元素的红色和蓝色三角形来表示；红色三角形代表从处理元素中输入的数据元素，而蓝色三角形则代表从处理元素输出的数据元素。

（3）连接元素。连接元素的主要作用是将体系结构中的各个成分连接在一起。例如，在不同处理元素之间进出的有效通讯元素就属于连接元素。而且每一个连接元素都具有连接不同处理元素之间的交互条件，也就是CHAM形式化模型中的反应规则，一般情况下用圆圈表示连接元素。

（4）膜元素。膜元素是由一些处理元素和连接元素根据行对应的要求组合而成的，可以通过膜上的气孔实现处理元素的输出与输入。

2.CHAM形式化模型的实现。CHAM形式化模型的实现主要应用Java语言，在NIST/ECMA环境集成的参考模型来构建。建模过程包括指图形视图和文本视图两大部分，图形视图和文本视图建立在同一数据模型的基础上。先以Shape基类为根节点，然后派生出Process类、Date类、Membrane类、Port类数据模型。通过面向对象语言的多态性等特征，就可以将一些例如绘制、移动以积分放缩等相同的操作或者函数归于同一基类中。再根据DRTSADL的语法建立数据模型元素间的树形结构，通过这种树形结构在方便实现数据模型元素导航的同时也更有利于Java序列化存储。使用CHAM形式化模型的基本建模元素设计软件体系结构图，并且在构图的同时还可以进行模型语义一致性检查等工作。在设计软件体系结构图功能时，使用了职责链设计模式，即在加入其他新建模元素类时，不会对原先的系统造成任何影响。文本视图建模主要包括程序理解以及信息浏览两大功能，程序理解部分主要是由软件架构师根据图形建模生成的或者手工编写的CHAM形式化模型的描述并最终生成CHAM形式化模型的层次结构。源文件的浏览显示CHAM形式化模型的文件内容，包括关键字、操作符等内容。另外，由于图形视图和文本视图建立在同一数据模型的基础上，因此更有利于两者间的数据转换。从软件体系结构图生成CHAM形式化模型的文本的过程来分析，两者之间的数据交换主要是按照CHAM形式化模型的语法结构，直接从数据模型中抽取文本，属于一个正向的过程。而从CHAM形式化模型的文本产生软件体系结构图则属于一个逆向过程，因为文本视图所映射的数据模型知识和图形视图所映射的数据模型子集不包含图形视图的布局信息，需要通过软件结构配置语义生成对应的布局信息，并且要确保布局的合理性以及有效性。

三、结论

随着软件技术的快速发展，各行各业对于软件的使用和依赖性越来越高，CHAM软件是一款专门用来描述各类软件系统动态行为的一种工具，广泛应用于各类软件的体系结构及行为的描述和分析。本文，笔者以CHAM形式化模型为主要研究对象，重点介绍了CHAM形式化模型的特点以及CHAM软件构建形式化模型的主要工作原理，并且详细分析了该模型的设计与实现，对建立系统、完善的计算机软件质量评价体系具有一定的指导意义。