交易中間件ＣＩＣＳ的研究

摘要：中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，位于客戶機(jī)/服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，分布式應(yīng)用之下，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信，其目標(biāo)是在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用互聯(lián)、資源共享、協(xié)同工作和互操作。CICS（Customer Information Control System）是為IBM和非IBM平臺上的應(yīng)用提供聯(lián)機(jī)事務(wù)處理和事務(wù)管理的產(chǎn)品，其功能是為商業(yè)應(yīng)用提供一個(gè)事務(wù)處理環(huán)境，適用于有大量突發(fā)聯(lián)機(jī)事件的系統(tǒng)。該文分析和歸納中間件的技術(shù)特點(diǎn)，并深入研究了中間件之一的交易中間件CICS，探討了未來發(fā)展之路。

關(guān)鍵詞：中間件；交易中間件；事務(wù)處理

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)35-2178-03

Research on Transaction Middleware CICS

QUE Ming

(School of Software Engineering， Tongji University， Shanghai 201804， China)

Abstract: Middleware is a kind of system software and service program， it locates on the operating system of C/S and beneath the distributed applications， and manages computing resource and network communications. It’s used to realize the application connectivity， data sharing， collaboration and interactive operations in distributed computing environment. CICS (Customer Information Control System) is a product which offers online event-handling and event management. It provides a transaction processing environment for commercial application and it’s used for systems with a flood of event. This article analyzes and generalizes the characteristic of middleware， and deeply researches CICS transaction middleware and the bright future.

Key words: middleware; transaction middleware; transaction processing

1 引言

中間件具有平臺功能，能夠屏蔽底層操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膹?fù)雜性，使開發(fā)人員面對簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，減少程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，將注意力集中在業(yè)務(wù)邏輯上，大大減少了應(yīng)用開發(fā)的技術(shù)難度，縮短了應(yīng)用開發(fā)周期。

在中間件技術(shù)產(chǎn)生以前，應(yīng)用軟件直接使用操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)庫等開發(fā)，這些都是計(jì)算機(jī)技術(shù)中最底層的東西，越底層越復(fù)雜，開發(fā)者不得不面對很多棘手問題，如操作系統(tǒng)多樣性，繁雜的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)、管理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，數(shù)據(jù)分散處理帶來的不一致性問題等等。于是有人提出能不能將應(yīng)用軟件所要面臨的共性問題進(jìn)行提煉，抽象，在操作系統(tǒng)之上形成一種基于標(biāo)準(zhǔn)的、獨(dú)立于計(jì)算機(jī)硬件以及操作系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境。

中間件的產(chǎn)生和發(fā)展與客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的發(fā)展是緊密結(jié)合的。近幾年來，隨著數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的發(fā)展，傳統(tǒng)客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)日益明顯，比如可擴(kuò)展性差、對于分布式交易的處理能力差等。因此，正是由于客戶機(jī)/服務(wù)器環(huán)境一直存在著操作系統(tǒng)、文件格式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、服務(wù)等相互異構(gòu)的多元化問題，才使得中間件作為不同結(jié)點(diǎn)間協(xié)同工作的橋梁得以不斷發(fā)展。

目前，利用中間件平臺來解決企業(yè)級應(yīng)用異構(gòu)環(huán)境下分布式系統(tǒng)開發(fā)問題在國內(nèi)、國外應(yīng)用很廣泛。

2 中間件的基本概念

中間件是一種獨(dú)立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源。中間件是一種軟件，它能使處于應(yīng)用層中的各應(yīng)用成分之間實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同工作，也就是互操作，這允許各應(yīng)用成分之下所涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、通信協(xié)議 、數(shù)據(jù)庫和其他應(yīng)用服務(wù)各不相同。分布式應(yīng)用借助它在不同的技術(shù)之間共享資源、協(xié)同工作。

中間件位于客戶機(jī)/服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上 ，分布式應(yīng)用之下，管理計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)通信，其核心思想是分層，通過在應(yīng)用層與底層基礎(chǔ)軟件間增加一層 ，屏蔽底層復(fù)雜的技術(shù)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對底層的透明訪問，為應(yīng)用的開發(fā)、部署與管理提供支持。中間件是一類基于分布式技術(shù)的系統(tǒng)軟件或軟件平臺，而非一種應(yīng)用軟件，涉及多種資源，包括各種操作系統(tǒng) 、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議甚至語言，其核心是網(wǎng)絡(luò)通信，其目標(biāo)是在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用互聯(lián)、資源共享、協(xié)同工作和互操作。

中間件提供了一個(gè)基礎(chǔ)的框架來幫助開發(fā)人員建立、運(yùn)行和管理一個(gè)三層客戶機(jī)/服務(wù)器模式的應(yīng)用，使開發(fā)人員不需要從零做起，縮短了應(yīng)用開發(fā)的時(shí)間，提高了成功率。三層客戶機(jī)/服務(wù)器模式的核心概念就是利用中間件將應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯、表示邏輯和數(shù)據(jù)氛圍三個(gè)不同的處理層。如圖1所示。

3 中間件的分類

中間件產(chǎn)品種類很多，可以大致分為以下五類：劃分為以下五種：數(shù)據(jù)庫中間件、面向消息中間件、遠(yuǎn)程調(diào)用中間件、基于對象請求代理的中間件、事務(wù)處理中間件。

3.1 數(shù)據(jù)庫中間件（DM，Database Middleware）

數(shù)據(jù)庫中間件是產(chǎn)生最早的一種中間件技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟。它位于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫之間的統(tǒng)一接口，有效地解決了應(yīng)用系統(tǒng)在不同后臺數(shù)據(jù)之間的移植問題。

數(shù)據(jù)庫中間件只提供數(shù)據(jù)庫連接，與ODBC的某些功能相近，其應(yīng)用比較固定。大多數(shù)的客戶機(jī)/服務(wù)器系統(tǒng)都有一個(gè)客戶程序存取服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫，如果這個(gè)客戶程序設(shè)計(jì)為只存取一種數(shù)據(jù)庫類型，那么采用數(shù)據(jù)庫中間件十分理想。典型的數(shù)據(jù)庫中間件產(chǎn)品是Oracle的SQL*net。

3.2 面向消息中間件（MOM，Message Oriented Middleware）

通過消息中間件，一些原本互相孤立的業(yè)務(wù)可以組合成一個(gè)可靠的、靈活的系統(tǒng)。借助消息機(jī)制，可以方便地實(shí)現(xiàn)客戶方和服務(wù)方的通信，通知服務(wù)方進(jìn)行相應(yīng)的處理。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠在客戶和服務(wù)器之間提供同步和異步的連接，并且在任何時(shí)刻都可以將消息進(jìn)行傳送或者存儲轉(zhuǎn)發(fā)。

典型的消息中間件產(chǎn)品有：IBM的MQ Series，BEA的Message Q，東方通科技公司的TongLink/Q。

3.3 遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件（RPC，Remote Procedure Cal1）

RPC機(jī)制是早期開發(fā)應(yīng)用時(shí)經(jīng)常采用的一種同步式的請求應(yīng)答協(xié)議。RPC一般采用CALL/RETURN模式，多用于應(yīng)用程序之間的通信，而且采用同步機(jī)制。代表產(chǎn)品有DCE-RPC，Inprise Entera。

3.4 基于對象請求代理的中間件（ORB，Object Request Broker）

基于對象請求代理的中間件技術(shù)的基本思想是在對象與對象之間提供一種統(tǒng)一的接口，對象之間的調(diào)用和數(shù)據(jù)共享無需再關(guān)心對象的位置、實(shí)現(xiàn)語言及所駐留的操作系統(tǒng)。

代表產(chǎn)品有Iona Orbix，Inprise Visibroker。

3.5 事務(wù)處理中間件（TPM，Transaction Processing Monitor）

事務(wù)處理中間件也稱交易中間件。交易中間件可以向用戶提供一系列的服務(wù)，如應(yīng)用管理，管理控制，應(yīng)用程序間的消息傳遞等常見的功能包括全局事務(wù)協(xié)調(diào) 、事務(wù)的分布式兩階段提交、資源管理器支持、故障恢復(fù)、高可靠性、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡等。交易中間件管理那些由應(yīng)用程序聲明和提交的交易，同時(shí)控制并發(fā)，實(shí)現(xiàn)交易路由和均衡負(fù)載，并通過兩階段提交協(xié)議等方式保證分布式交易的完整性。比較典型的產(chǎn)品包括 Bea公司的 Tuxedo，IBM公司的CICS等。

4 交易中間件CICS（Customer Information Control System）

4.1 綜述

CICS是為IBM和非IBM平臺上的應(yīng)用提供聯(lián)機(jī)事務(wù)處理和事務(wù)管理的產(chǎn)品，其功能是為商業(yè)應(yīng)用提供一個(gè)事務(wù)處理環(huán)境，適用于銀行這樣有大量突發(fā)聯(lián)機(jī)事件的系統(tǒng)。CICS建立在操作系統(tǒng)、ISO的分布式計(jì)算環(huán)境（DCE，Distributed Computing Environment）和Encina服務(wù)上，CICS可以與DCE緊密結(jié)合，以滿足分布式環(huán)境對于安全性，名字服務(wù)等的特殊需求。

CICS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是面向事務(wù)處理的，CICS構(gòu)建的是一個(gè)三層次結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)，CICS有效地區(qū)分應(yīng)用系統(tǒng)中的表述邏輯層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)邏輯層，從而使應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，效率高，速度快，維護(hù)簡單易行。它幫助客戶建立三層次結(jié)構(gòu)的聯(lián)機(jī)事務(wù)處理應(yīng)用，為應(yīng)用程序的開發(fā)、通信、恢復(fù)、顯示、數(shù)據(jù)管理、安全性和內(nèi)部通信等提供很多項(xiàng)服務(wù)。CICS環(huán)境最大的好處是它所提供的數(shù)據(jù)完整性知識不需要在應(yīng)用程序中具有明顯的處理邏輯。CICS系統(tǒng)明確地記錄了應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)的修改，并當(dāng)交易或應(yīng)用程序失敗后，自動(dòng)的把對數(shù)據(jù)的修改回滾。CICS允許一個(gè)交易程序被很多用戶同時(shí)請求執(zhí)行，而交易之間互不妨礙。

4.2 CICS基本架構(gòu)

作為三層C/S結(jié)構(gòu)的中間層，CICS服務(wù)器通過客戶系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)連接其前端，即CICS

客戶機(jī)（如果某個(gè)CICS客戶機(jī)是Web服務(wù)器，那么，它還有自己的前端，即瀏覽器），CICS服務(wù)器通過資源管理器連接后端，即關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如DB2，ORACLE，SYBASE，INFORMIX和MS SQL Server等。

這相當(dāng)于一個(gè)嵌套的兩層C/S結(jié)構(gòu)：界面邏輯層是CICS Client，業(yè)務(wù)邏輯層是CICS Server + Database Client，數(shù)據(jù)訪問邏輯層是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。

按照這樣的結(jié)構(gòu)分布，我們可以把CICS應(yīng)用開發(fā)工作分為三個(gè)部分（見圖2）：界面邏輯層的開發(fā)人員來設(shè)計(jì)用戶界面，比如：錄入、顯示和打印等；業(yè)務(wù)邏輯層的開發(fā)人員來設(shè)計(jì)應(yīng)用邏輯，比如賬務(wù)數(shù)據(jù)處理等；數(shù)據(jù)訪問邏輯層的開發(fā)人員來配置和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

4.3 CICS提供的功能模塊

CICS的編程語句可以和SQL的編程語句共同存在于應(yīng)用程序中。CICS在其客戶機(jī)端支持 C和COBOL語言，也采用統(tǒng)一的編程接口（API）。客戶可以采用兩種方式來編制CICS的客戶端程序。一種是外部調(diào)用接口External Call Interface（ECI），它使得一個(gè)在客戶機(jī)上運(yùn)行的非CICS應(yīng)用程序能同步或異步調(diào)用CICS程序，就像一個(gè)子程序。基于客戶的應(yīng)用程序使用簡單的ECI調(diào)用，將需要調(diào)用的服務(wù)器程序名和一些數(shù)據(jù)通過通訊存儲區(qū)傳遞到CICS區(qū)域，無需任何特殊的通信代碼。另一種是外部顯示接口 External Presentation Interface（EPI），它使一個(gè)在客戶機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序能調(diào)用服務(wù)器上的CICS事務(wù)，執(zhí)行該事務(wù)就如同將它從3270終端啟動(dòng)，該事務(wù)向客戶機(jī)返回一個(gè)3270數(shù)據(jù)流，而客戶機(jī)可在圖形用戶界面中將它呈現(xiàn)出來，使得諸如圖形或多媒體接口之類的現(xiàn)代技術(shù)可與傳統(tǒng)的 3270 CICS應(yīng)用程序一起使用，而無須更改CICS應(yīng)用程序。甚至，用戶還可以在客戶端使用己經(jīng)比較習(xí)慣的PowerBuilder，Delphi等工具進(jìn)行開發(fā)。但在實(shí)際應(yīng)用中，主要采用的是 ECI調(diào)用。

CICS提供了事務(wù)處理中共同需要的幾乎所有功能模塊，客戶僅僅需要將他們的注意力集中在他們的業(yè)務(wù)邏輯上，從而快速的開發(fā)適合他們業(yè)務(wù)需要的應(yīng)用程序。五大功能模塊構(gòu)成CICS核心功能模塊，通過這些核心功能模塊的作用使得CICS的基本功能得以體現(xiàn)。

4.3.1 TRANSACTION驅(qū)動(dòng)功能：

CICS中的交易是由4位的TRANSACTION ID標(biāo)識啟動(dòng)的。在CICS中各種應(yīng)用處理功能是通過如下的方法調(diào)用而實(shí)現(xiàn)其工作機(jī)制的：

TRANSACTION ID→TRANSACTION→TASK→應(yīng)用程序

4.3.2 多重任務(wù)功能：

按照TRANSCATION驅(qū)動(dòng)機(jī)制，終端每啟動(dòng)一次TRANSCATION，也就建立了一個(gè)TASK。CICS對在同一區(qū)域中同時(shí)運(yùn)行的許多TASK實(shí)施控制，所采用的技術(shù)是：TASK-SWITCHING，即終止一個(gè)TASK，將其置于等待的TASK隊(duì)列中。讓下一個(gè)有最高優(yōu)先級的TASK獲得控制權(quán)；如此循環(huán)執(zhí)行。

4.3.3 多線處理功能：

在多重任務(wù)功能的支持下，調(diào)用同一個(gè)程序的多個(gè)TRANSCATION均可以使用該程序的同一個(gè)COPY，使得TRANSACTION對內(nèi)存的開銷能夠保持較低水平。

4.3.4 準(zhǔn)重入功能：

為了保證多線處理功能的實(shí)現(xiàn)，就必須保證程序模塊具有準(zhǔn)重入性。因此，CICS在終止一個(gè)TASK之前，將該TASK對程序模塊中的數(shù)或指令所做的修改于以恢復(fù)，使后續(xù)TASK仍然使用程序模塊的原始版本。

4.3.5 優(yōu)先級處理功能：

這種功能使用戶可將優(yōu)先級分別指定給應(yīng)用系統(tǒng)的操作人員、終端、以及TRANSACTION ID，而CICS則根據(jù)優(yōu)先級的高低提供相應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間。

5 結(jié)束語

CICS是對主操作系統(tǒng)的擴(kuò)充，它幫助主操作系統(tǒng)把一類特殊的應(yīng)用程序（既ONLINE應(yīng)用程序）同其它應(yīng)用程序分離開來，對ONLINE應(yīng)用程序進(jìn)行控制，為執(zhí)行ONLINE應(yīng)用程序提供相應(yīng)的環(huán)境，并作為ONLINE程序同各種文件和數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的接口。以CICS為中間件的交易設(shè)計(jì)，避免了直接對通信編程，既簡化了工作量，又能保證交易執(zhí)行的一致性，還能利用CICS對交易的調(diào)度管理功能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)資源的合理運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 焦堯森，劉相軍.中間件及其主要評測內(nèi)容[J].中國金融電腦，2003(5):87-88.

[2] 宋曉梁，劉東生，許滿武.中間件及其在三層客戶機(jī)/服務(wù)器模型中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2005，19(7).

[3] 張育平.中間件技術(shù)研究[M].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2001(10):44-46.

[4] IBM.CICS Plex SM V 1R3 Managing Business Applications SC33-1809-00[S].

[5] Manuel Rodriguez-Martinez.Automatic Deployment of the Application-Specific Functionality in Database Middleware Systems[S].UMI 2001.