浅谈实时中间件技术

崔希振

【摘 要】随着网络技术在强实时系统中的广泛应用，对中间件提出了实时性的要求。本文介绍了当前市场是主流的实时中间件技术规范，并分析了一种遵循该规范的实时中间件技术平台。

【关键词】强实时系统；中间件；实时性

0 概述

“中间件”这一术语最早出现在1980年代后期，主要用于描述网络连接管理软件。在1990年代中期，随着网络技术快速发展，中间件的概念日益普及。从狭义的角度，中间件意指Middleware，它是表示网络环境下处于操作系统等系统软件和应用软件之间的一种起连接作用的分布式软件，通过API的形式提供一组软件服务，可使得网络环境下的若干进程、程序或应用可以方便的交流信息和有效的进行交互与协同。简言之，中间件主要解决异构网络环境下分布式应用软件的通信、互操作和协同问题，它可屏蔽并发控制、事务管理和网络通信等各种实现细节，提高应用系统的易移植性、适应性和可靠性。从广义的角度，中间件在某种意义上可以理解为中间层软件，通常是指处于系统软件和应用软件之间的中间层次的软件，其主要目的是对应用软件的开发提供更为直接和有效的支撑。

1 中间件技术介绍

“中间件”这一术语最早出现在1980年代后期，主要用于描述网络连接管理软件。中间件是处于应用软件和系统软件之间的一类软件，是独立于硬件或数据库厂商（处于其产品中间实现其互连）的软件，是客户方和服务方之间的连接件，是需要进行二次开发的中间产品，它主要作用是用来屏蔽网络硬件平台差异性和操作系统和网络异构性，使应用软件能够比较平滑地运行于不同平台上，同时中间件在负载平衡、连接管理和调度方面起了很大作用，使企业级应用性能得到大幅提升，满足了关键业务需求。

目前，中间件技术的主流是消息中间件和面向对象中间件，国内外对于这一技术的研究正在不断深入，同时大型的软件公司，如：Sun，Microsoft（分布式组件对象模型DCOM），NI（美国National Instruments公司的虚拟仪器软件LabWindows/CVI中的DataSocket）及软件组织机构OMG（通用对象请求代理体系结构CORBA）都推出了支持中间件技术的软件平台。而随着网络技术在航空、国防、分布仿真、工业自动化、分布控制、机器人、电及网络化的消费电器等领域的广泛应用，对中间件技术提出了低延迟、高吞吐量、强实时性能的要求，所以，2004年OMG（对象管理组织）在CORBA的基础上，根据以数据为中心的发布/订阅（DCPS）模型制定了DDS实时数据分发服务规范。

2 DDS中间件技术介绍

DDS标准规范了实时分布式系统中数据发布、传递和接收的接口和行为，定义了以数据为中心的发布/订阅机制。提供了一个与平台无关的数据模型（这个模型能够映射到各种具体的平台和编程语言），使得实时分布式系统中数据能够高效、可靠地发布，它主要应用在要求高性能、可预见性和对资源有效使用的关键任务领域。

DDS规范列举并正式定义了一整套全面的QoS策略，每一对发布者和订阅者之间都可以建立独立的QoS协定。这使得DDS可以很好地配置和利用系统资源，协调可预言性与执行效率间的平衡，并能支持复杂多变的数据流需求。

应用程序在处理以数据为中心的分布式系统时，DDS标准中间件可以帮助用户使用更加简单的编程模型，不需要开发特定的事件/消息机制。应用程序可以使用一个简单的主题（Topic）名称来指定它想要读或写的数据，使用以数据为中心的API来直接读写数据。DDS中以数据为中心的发布/订阅（DCPS）模型构建了一个共享的“全局数据空间”的概念，所有的数据对象都存在于此空间中，分布式节点通过简单的读、写操作便可以访问这些数据对象。实际上，数据并非存在于所有计算机的地址空间中，它仅存在于那些对它感兴趣的应用程序的本地缓存中，而这一点正是发布/订阅模型的关键所在。

较好的QoS控制策略可能是DDS标准最重要的特征。QoS在DDS规范中得到了普遍而深入的使用，用于配置系统以及在每对发布者/订阅者之间建立起独立的QoS协定，而QoS协定能够提供实时系统所要求的性能、可预测性和资源可控性，并且能够保证发布/订阅模型的模块性、可量测性和鲁棒性等。因此，DDS能够满足非常复杂和灵活的数据流要求。

DDS实时中间件技术在国外已经广泛应用与航空、航天、船舶、机器人等要求低延迟、高吞吐量、强实时性能的行业，国内针对DDS实时中间件的应用尚处于起步阶段，现在国内针对DDS实时中间件也进行很多的研究设计，其中应用较广泛的实时中间件技术平台主要是美国PrismTech公司提供的OpenSplice DDS中间件产品。

OpenSplice DDS实现了完整的DDS规范，为设计者提供运行平台和DDS开发调试工具，独立于操作系统和编程语言，极大的方便了不同系统间的通讯。OpenSplice DDS传输方式包括以太网、共享内存或其他连接方式。具有多种服务质量策略（QoS）参数可供调整，方便设计者调整其应用程序达到性能和资源使用的最佳组合。大大降低了用户的工作量，用户可以把精力花在应用程序的设计等工作上。

3 总结

本文介绍了DDS实时中间件规范的特点，并提出了一种具有实时、松耦合、动态、灵活配置的DDS实时中间件技术平台，该平台提供了数据持久性、数据质量、数据优先级和传输方式等QoS策略，具有良好的应用价值。

【参考文献】

[1]欧阳军，蔡志明，王希敏.基于DDS中间件的性能测试[J].舰船电子工程，2011（11）：136-139.

[2]王建新，杨世凤，王春梅，史永江，童官军.中间件技术[J].电气传动，2006，36（4）：50-52.

[3]张研.几种常用中间件的比较分析[J].信息技术，2011，40（3）：30-31.

[4]冯国良，谷青范.基于DDS的实时中间件的研究与设计[J].航空电子技术，2011，9，42（3）：41-46.

[责任编辑：庞修平]