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1、计算机科学2 0 0 8 V 0 1 3 5 11 ( 专刊) 基于A O P 和A R M 的软件监控方法* ) 左子飞毛晓光 ( 国防科学技术大学计算机学院长沙4 1 0 0 7 3 ) 摘要随着可信性称为软件的焦点。运行时监控得到了广泛关注。许多典型方法通过在源代码中插入探针实现 软件监控，但会导致代码混乱和维护的困难。提出了一种基于A R M ( A p p l i c a t i o nR e s p o n s eM e a s u r e m e n t ) 和A O P ( A s p e c t - O r i e n t e dP r o g r a m m i n g )
2、 的软件监控方法，其基本思想是利用A R M 实现监控功能，利用A O P 实现监控模 块与系统的松耦合。现以A T M 为例说明了方法的有效性。 关键谒软件监控。A R M ，面向方面编程。A s p e c O M e t h o do fS o f t w a r eM o n i t o r i n gB a s e do nA O Pa n dA R M Z U OZ i - f e iM A OX i a o - g u a n g ( S c h o o lo fC o m p u t e r ，N a t i o n a lU n i v e r s i t yo fD e f
3、 e n s eT e c h n o l o g y ，C h a n g s h a4 1 0 0 7 3 ，C h i n a ) A b s t r a c tR u n - t i m em o n i t o r i n gh a sa t t r a c t e dm o r ea n dn l o r ea t t e n t i o nw h e nt h ep r o p e r t yo ft r u s t w o r t h yi St h ef o c u s o fs o f t w a r e M a n yt y p i c a lm e t h o d sm
4、 o n i t o rs o f t w a r eb yi n s e r t i n gp r o b e si n t os o u r c ec o d e ，w h i c hm a yc a u s et a n g l e s o fc o d ea n dd i f f i c u l t i e so fm a i n t e n a n c e I nt h ep a p e r ，a na p p r o a c hb a s e do nA R M ( A p p l i c a t i o nR e s p o n s eM e a s u r e m e n t
5、) a n dA O P ( A s p e c m i e n t e dP r o g r a m m i n g ) i sp r e s e n t e d A R Mi su s e dt oi m p l e m e n tt h ea b i l i t yo fm o n i t o r i n g w h i l eA O Pi sa d o p t e dt oe s t a b l i s hl o o s ec o u p l i n go Im o n i t o r i n gm o d u l e sa n dt h es y s t e m T h ea p p
6、 r o a c hi si l l u s t r a t e d 、 r i t ht h ec a s eo f A T M K e y w o r d sS o f t w a r em o n i t o r i n g ，A R M ，A O P ，A s p e e t J 1引言 为了使不具备监控能力的软件具备监控能力， 需要根据监控需求对软件插入监控探针，在软件运 行时通过监控信息得到软件的运行状况，提高软件 的可靠性。然而这样的监控方法却面临着一个两难 选择：一方面希望能监控的细节越深入越好，另一方 面希望监控的插人对程序员越透明越好 1 。显然， 如果希望达到细粒度的监控
7、目标，那么就可能使监 控代码和原有代码混乱在一起，加大程序维护的难 度。 为了解决这个难题，本文通过分析A O P ( A s p e c t - O r i e n t e dP r o g r a m m i n g ) 和A R M ( A p p l i c a t i o n R 删e a s u r e m e n t ) 的技术特点，提出通过 r 一一。 一一 A O P 的切入点( P o i n t C u t ) 匹配需要监控的连接点 ( J o i n P o i n t ) ，再在相应的A d v i c e 中添加由A R M 实 现的监控代码。这种方法使监控能深入到
8、需要监控 的任意一个连接点，确保了监控的全面性；同时又不 会修改原程序代码，保证了代码的模块性。 本文共分5 部分，各部分内容概述如下：第l 部 分引言中提出了软件监控面临的阊题；第2 部分在 分析软件监控方法研究现状的基础上提出基于 A O P 和A R M 的软件监控方法；第3 部分详细介绍 了基于A O P 和A R M 的软件监控方法的思想和实 现；第4 部分通过实验验证了新方法的可行性；最后 对基于A O P 的软件监控方法做了总结并提出了进 一步的研究方向。 2 软件监控方法研究现状 软件监控源于对软件性能的分析，现在监控技 术在各个领域都有广泛的应用，通过使用监控技术 可以观察系
9、统的状态，进行相应控制，这不但简化了 管理过程，而且也提高了管理效率。 下面就从使用领域、运行平台、监控标准和监控 手段等几个方面对软件监控进行简要分析。 1 ) 软件监控的使用领域 软件监控主要以下几个方面：在C S ( C l i e n t S e r v e r ) 架构的软件系统中，为了保证服务质量， W e b L o g i c ，W e b S p h e r e 等服务器都需要监控服务器 应答时间、等待连接的时间等信息；数据库软件如 O r a c l e ，M y S Q I 等需要监控高速缓存性能、连接统 计数据等判断运行情况；操作系统L i n u x 通过自带 * )
10、 国家自然科学基金( 编号：6 0 5 0 3 0 3 2 ) ，国家8 6 3 计划课题( 编号：2 0 0 6 A A 0 1 2 1 7 8 ，2 0 0 7 A A 0 1 0 3 0 1 ) 。左子飞硕士生，主要研究方向为面向 方面软件开发等；毛晓光教授，主要研究方向为高可信软件技术和面向方面软件开发等。 1 0 8 的T o p ，v m s t a t 等监控系统信息，而W i n d o w s 则依 靠独立的小工具如C P U M o n ，D i s k m o n 等监控资源 的使用情况；在高性能计算方面，运行时监控的研究 有利于改进并行算法和开发相关软件。 2 ) 支持
11、监控的运行平台 由于软件应用于系统平台上，因此在运行平台 监控软件的运行情况能获取丰富的信息，这些监控 信息包括：C P U 使用率、内存使用情况、线程调用 等。J a v aV i r t u a lM a c h i n eP r o f i l e rI n t e r f a c eJ a v a ( 虚拟机监视程序接口) 就是J V M ( j a v a 虚拟机) 提 供的监控接口，监视程序通过J V M P l 能获取多种 信息，例如用于综合性能分析的堆内存分配址、 C P U 使用热点、不必要的对象保持及监控器竞争 等。 3 ) 支持监控的标准 随着软件监控技术的发展，许多标准
12、对监控功 能的实现提供了规范。J a v a 管理扩展J M X ( J a v a M a n a g e m e n tE x t e n s i o n s ) 是一个为应用程序植入管 理功能的框架。J M X 是一套标准的代理和服务，实 际上，用户可以在任何J a v a 应用程序中使用这些代 理和服务实现管理。J a v a 管理扩展J M X 致力于解 决分布式系统管理的问题。A R M 口1 规范是I S 0 O p e nG r o u p 制定的应用性能监控标准，包括I B M ， H P ，C A 在内的众多管理软件供应商支持该标准， 推出基于删标准的监控产品。S i e
13、b e l ，I B M 等 众多软件开发商提供的商业软件基于删标准开 发，大大提高了软件的可管理性。 4 ) 监控代码插入的手段 如果用硬编码实现软件监控，那么监控的代码 就会分散于需要监控的各个模块中。当系统变化 时，这种方式既难维护，也很难深入地进行修改。 A o P 3 】技术的发展为监控插入提供了新的手段。 为了使监控模块与功能模块分离，利用A O P 技术， 在实现监控目的同时避免对系统代码的修改，可以 有效地解决监控代码的模块化问题，提高监控软件 的灵活性。 综上所述，从软件监控发展的特点可以看出，随 着新技术和新标准的发展，监控的手段有了长足的 进步，监控的能力有了很大的提升。
14、然而监控模块 和功能模块的混杂阀题仍然是困扰软件开发者的难 题，如果能把面向方面编程的思想用到监控中，同时 使用A R M 作为监控的标准，那么将有效解决将监 控模块与功能模块分离的问题，降低软件维护的难 度。 3 基于A O P 和A R M 的软件监控方法 回到上文提到的问题：一方面监控要深入到程 序的实现细节中，获得更全面地监控信息；另一方面 监控模块和功能模块要分离，当监控需求变更时，对 监控模块的改动就不会对原有程序造成影响。 如果能在插入监控时使用A O P 和A R M 技术， 那么将有效地解决对软件添加监控代码时代码混乱 的麻烦。A R M 提供了功能完备的A P l ，通过A
15、 R M 实现监控可以全面的获取监控信息，实现对程序细 节的监控。A O P 方法能有效地实现对监控的模块 化，降低系统开发的难度，提高可维护性。当监控的 某些策略需要改变，则只需在方面中修改此策略，然 后把修改后的方面横切到组件中，这样避免了在功 能组件里修改。 3 1 删技术分析 由O p e nG r o u p 制定的应用性能监控标准： 删，在与I B M ，H P ，C A 等的合作下，不仅发布了 相应的A P I ，而且相关的研究也十分活跃。 A R M 把一个应用( A p p l i c a t i o n ) 分解为多个交 易( T r a n s a c t i o n )
16、 ，一个交易又包含多个子交易，从 而理清了交易的流程，使监控更清晰。例如，在典型 的w e b 应用中当用户提交订单后，服务器把处理订 单分解为：查询、更新、执行等步骤，A R M 把它们看 成一个个交易，处理订单与查询、更新、执行之间是 父子关系，而它们一起组成一个应用。这样只要实 现了对一个个应用和交易的开始时间、结束时间的 监控，就实现了对整个程序的监控。A R M 就像一 个计时器，用于衡量应用的响应时间，允许应用开发 人员记录交易开始和结束的时长，从而了解应用的 性能 4 。 从程序外部的角度来看，删需要对源代码 进行分析，从而属于白盒测试；从程序内部的角度来 看，A R M 使用它自看的A P I ，独立于原系统的功能 需求，所以属于处部测试， A R M 在工业界的应用十分广泛。I B M 开发的 测试W e b 应用程序设计的软件R a t i o n a lP e r f o r m - a n t eT e s t e r 的内置标准就是删，E c l i p s
