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【摘 要】本文以"感知－决策"软件自适应基本周期为主线,给出软件自适应各个环节的特征分类和关键使能技术.
【关键词】软件自适应 感知 决策
软件自适应的目标是使得软件能够依据环境变化和自身状态主动调整其行为.要实现这一目标,需要解决如下几个基本问题：
感知：软件如何感知到环境变化和自身状态；
决策：软件如何依据所感知到的信息做出行为调整决策；
上述二个环节构成了软件自适应的基本周期,现有工程实践也普遍是以这一周期为基础的.结合前人工作概述可能的途径和相关的概念.
(自适应通信中间件）在服务器上配备了互为备份的多块网卡（和多个接入链路）.在链路发生故障时,服务器上的中间件可主动、透明地在网卡间切换,使得上层应用可以7×24小时提供不间断服务.
1、感知环节的特征分类
感知是指自适应软件获取环境变化或自身状态的过程,从而为后续自适应决策提供依据.感知具体表现为：（1）通过环境感知手段获知通信链路发生故障；（2）获知自身正在使用的通信链路.
在感知环节,可以对软件自适应作如下一些分类：
感知对象感知对象是指软件需要感知何者的变化.早期软件被假定在封闭、预设的环境中运行,因此并不强调对环境的直接感知,软件自适应主要指对软件自身运行状态的适应.例如DARPA 1997年所给的自适应软件定义中仅仅涉及到对自身行为进行评估,并未出现环境相关的内容.
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随着普适计算软件、网构软件、大规模DRE（Distributed Real-time Embedded）系统等软件范型的出现,软件运行环境可能发生频繁的动态变化,软件需要依据这种变化进行适当的行为调整.因此,近期软件自适应研究更多强调环境信息的显式化,实现对外部环境的直接感知和适应.
感知手段 自适应软件可以通过如下一些感知手段来感知内部状态和外部环境变化：
直接访问各种物理传感器；
监视计算空间状态的非侵入式代码,例如通过JVMT（J论文范文a Virtual Machine Tool Interface）、SNMP（Simple Network Management Protocol）等硬件、操作系统、虚拟机、中间件或应用的 API获取数据；
通过硬编码、AOP等各种形式植入到软件中,探测软件内部状态的程序插装代码.
触发机制 自适应的触发机制可以是事件触发或者时间触发：前者是指由环境或状态变化的事件来触发后续决策过程；后者则是指软件定期轮询环境和内部状态,在必要时进行决策并执行自适应动作.许多分布式系统或外部环境敏感的系统都采用前一种方式,而后一种方式的典型实例是 Rainbow项目中的软件体系结构评估机制：约束评估器定期评估软件体系结构,检查预定义的约束是否被违反,如果违反则触发自适应过程.
2、决策环节的特征分类
决策是指自适应软件依据所感知到的环境变化和自身状态,做出调整自身参数或结构的决定.决策具体表现为中间件在感知到链路发生故障、会影响当前中间件功能时,做出切换到另一条链路的决定.
在决策环节,可以对软件自适应作如下一些分类：自主程度 自适应首先要解决的是"自"的问题,也即软件究竟在哪个程度上具有自主性.文献提出了软件自主能力成熟度模型的五个分级,并且认为完全自主才是理想的,但显然这一目标目前尚不现实.人或多或少的要干预软件的适应过程,只有这样才能构造出具有实用价值的自适应软件.
本文依据人参与的程度将软件决策能力由低到高分为：
由人做出决策.此类软件通常被称为可适应软件（Adaptable Software）而非自适应软件（Self-Adaptive Software）；
人预先指定动作策略,即"何时干什么"的策略,最常见的形式是 If-then和 ECA（Event-Condition-Action）,其它形式包括决策树、自动机等；
人预先指定效用（Utility）策略,即指定各种场景下的收益,软件据此进行实时规划,产生行为决策；
人在某个层面上指定目标（Goal）策略,如何达到这一目标由软件基于其知识和内建的学习、规划等算法来决定.上述四种方法并不矛盾,例如K-Component允许人显式指定软件自适应过程中的决策逻辑,并在此基础上通过合作强化学习（Collaborative Reinforcement Learning）来扩展软件的群体适应能力.
如果当链路发生故障时,需要管理员来手工（静态或动态）重配置中间件,则属于上述四类中的第一类；而要让软件自动切换链路,最简单的实现方法是通过事先指定形如"当A链路故障时,切换到B链路"的动作策略来实现运行时无人干预的决策过程.
决策能力可扩展性 环境和状态变化可能是开发阶段已经预期的,也可能是无法被预期的.文献中提出了开放/封闭适应性的概念：前者是指软件在运行时可以引入新的、非预先定义的自适应动作,后者是指软件自适应能力在开发阶段即已经确定下来.在开放适应性中,自适应能力既可以由第三方来动态扩展,也可以是软件通过某些学习算法动态获得的.
决策模块独立性 决策模块的独立性是指决策与软件业务模块分离的程度.前者是指决策逻辑和软件业务逻辑混杂在一起,通常使用条件语句、异常等程序语言层面的机制来实现决策过程；后者是指将决策模块与软件业务模块分离,决策模块控制软件业务模块的行为,完成自适应.这两种机制又分别被称为内源和外源自管理.外部机制的优点包括：可以实现关注点分离,从而有利于软件维护、决策能力的扩展等；决策模块可以被重用,从而降低自适应软件的开发难度；有可能在决策模块掌握环境和软件状态的全局信息,从而改善决策的质量.因此,外部机制近年来在许多项目中得到了应用.
模型维护 软件自适应的决策可能是Ad Hoc的,也可能基于所显式维护的模型.模型是软件对环境和（或）自身状态的理解,有助于做出决策及评价决策结果的有效性,例如实现自优化的队列模型、对软件进行高层抽象的体系结构模型、领域相关模型等.
组织方式 除了常见的集中决策方式外,在许多场景下可能需要引入非集中式方式,例如：由于物理条件的限制,集中协同无法实现；成员属于不同的管理域,无法集中控制；需要非集中决策的其它优点,如避免单点失效、提高性能等.
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