淺談實時中間件技術

崔希振

【摘 要】隨著網絡技術在強實時系統中的廣泛應用，對中間件提出了實時性的要求。本文介紹了當前市場是主流的實時中間件技術規范，并分析了一種遵循該規范的實時中間件技術平臺。

【關鍵詞】強實時系統；中間件；實時性

0 概述

“中間件”這一術語最早出現在1980年代后期，主要用于描述網絡連接管理軟件。在1990年代中期，隨著網絡技術快速發展，中間件的概念日益普及。從狹義的角度，中間件意指Middleware，它是表示網絡環境下處于操作系統等系統軟件和應用軟件之間的一種起連接作用的分布式軟件，通過API的形式提供一組軟件服務，可使得網絡環境下的若干進程、程序或應用可以方便的交流信息和有效的進行交互與協同。簡言之，中間件主要解決異構網絡環境下分布式應用軟件的通信、互操作和協同問題，它可屏蔽并發控制、事務管理和網絡通信等各種實現細節，提高應用系統的易移植性、適應性和可靠性。從廣義的角度，中間件在某種意義上可以理解為中間層軟件，通常是指處于系統軟件和應用軟件之間的中間層次的軟件，其主要目的是對應用軟件的開發提供更為直接和有效的支撐。

1 中間件技術介紹

“中間件”這一術語最早出現在1980年代后期，主要用于描述網絡連接管理軟件。中間件是處于應用軟件和系統軟件之間的一類軟件，是獨立于硬件或數據庫廠商（處于其產品中間實現其互連）的軟件，是客戶方和服務方之間的連接件，是需要進行二次開發的中間產品，它主要作用是用來屏蔽網絡硬件平臺差異性和操作系統和網絡異構性，使應用軟件能夠比較平滑地運行于不同平臺上，同時中間件在負載平衡、連接管理和調度方面起了很大作用，使企業級應用性能得到大幅提升，滿足了關鍵業務需求。

目前，中間件技術的主流是消息中間件和面向對象中間件，國內外對于這一技術的研究正在不斷深入，同時大型的軟件公司，如：Sun，Microsoft（分布式組件對象模型DCOM），NI（美國National Instruments公司的虛擬儀器軟件LabWindows/CVI中的DataSocket）及軟件組織機構OMG（通用對象請求代理體系結構CORBA）都推出了支持中間件技術的軟件平臺。而隨著網絡技術在航空、國防、分布仿真、工業自動化、分布控制、機器人、電及網絡化的消費電器等領域的廣泛應用，對中間件技術提出了低延遲、高吞吐量、強實時性能的要求，所以，2004年OMG（對象管理組織）在CORBA的基礎上，根據以數據為中心的發布/訂閱（DCPS）模型制定了DDS實時數據分發服務規范。

2 DDS中間件技術介紹

DDS標準規范了實時分布式系統中數據發布、傳遞和接收的接口和行為，定義了以數據為中心的發布/訂閱機制。提供了一個與平臺無關的數據模型（這個模型能夠映射到各種具體的平臺和編程語言），使得實時分布式系統中數據能夠高效、可靠地發布，它主要應用在要求高性能、可預見性和對資源有效使用的關鍵任務領域。

DDS規范列舉并正式定義了一整套全面的QoS策略，每一對發布者和訂閱者之間都可以建立獨立的QoS協定。這使得DDS可以很好地配置和利用系統資源，協調可預言性與執行效率間的平衡，并能支持復雜多變的數據流需求。

應用程序在處理以數據為中心的分布式系統時，DDS標準中間件可以幫助用戶使用更加簡單的編程模型，不需要開發特定的事件/消息機制。應用程序可以使用一個簡單的主題（Topic）名稱來指定它想要讀或寫的數據，使用以數據為中心的API來直接讀寫數據。DDS中以數據為中心的發布/訂閱（DCPS）模型構建了一個共享的“全局數據空間”的概念，所有的數據對象都存在于此空間中，分布式節點通過簡單的讀、寫操作便可以訪問這些數據對象。實際上，數據并非存在于所有計算機的地址空間中，它僅存在于那些對它感興趣的應用程序的本地緩存中，而這一點正是發布/訂閱模型的關鍵所在。

較好的QoS控制策略可能是DDS標準最重要的特征。QoS在DDS規范中得到了普遍而深入的使用，用于配置系統以及在每對發布者/訂閱者之間建立起獨立的QoS協定，而QoS協定能夠提供實時系統所要求的性能、可預測性和資源可控性，并且能夠保證發布/訂閱模型的模塊性、可量測性和魯棒性等。因此，DDS能夠滿足非常復雜和靈活的數據流要求。

DDS實時中間件技術在國外已經廣泛應用與航空、航天、船舶、機器人等要求低延遲、高吞吐量、強實時性能的行業，國內針對DDS實時中間件的應用尚處于起步階段，現在國內針對DDS實時中間件也進行很多的研究設計，其中應用較廣泛的實時中間件技術平臺主要是美國PrismTech公司提供的OpenSplice DDS中間件產品。

OpenSplice DDS實現了完整的DDS規范，為設計者提供運行平臺和DDS開發調試工具，獨立于操作系統和編程語言，極大的方便了不同系統間的通訊。OpenSplice DDS傳輸方式包括以太網、共享內存或其他連接方式。具有多種服務質量策略（QoS）參數可供調整，方便設計者調整其應用程序達到性能和資源使用的最佳組合。大大降低了用戶的工作量，用戶可以把精力花在應用程序的設計等工作上。

3 總結

本文介紹了DDS實時中間件規范的特點，并提出了一種具有實時、松耦合、動態、靈活配置的DDS實時中間件技術平臺，該平臺提供了數據持久性、數據質量、數據優先級和傳輸方式等QoS策略，具有良好的應用價值。

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[責任編輯：龐修平]