SOA架構(gòu)技術(shù)概述

01

SOA架構(gòu)技術(shù)概述

1.1 面向服務(wù)計算的目的和價值

面向服務(wù)計算的七大戰(zhàn)略目標(biāo)相互聯(lián)系，具體來說可以分為兩組，即戰(zhàn)略目標(biāo)和戰(zhàn)略價值（優(yōu)勢）。其中提高組織業(yè)務(wù)敏捷性、提高投資回報率和減少研發(fā)成本（或IT負(fù)擔(dān)）是其他四個目標(biāo)實(shí)現(xiàn)所帶來的價值和優(yōu)勢。 在將面向服務(wù)持續(xù)應(yīng)用于軟件程序設(shè)計時，一系列戰(zhàn)略目標(biāo)和優(yōu)勢（如圖1所示）共同代表了我們所期望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)狀態(tài)。理解這些目標(biāo)和優(yōu)勢是非常有益的，因?yàn)樗鼈兛梢詾槲覀兲峁┻B續(xù)不斷的總體背景和理由，以維持我們長期實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的投入。

以下簡單說明七大戰(zhàn)略目標(biāo)的內(nèi)涵：

1. 增強(qiáng)本征互操作性：即互操作性指的是數(shù)據(jù)的共享。軟件程序的互操作性越高，其之間的信息交換越容易。

2. 增強(qiáng)聯(lián)合：即服務(wù)的聯(lián)合。軟件資源和應(yīng)用程序聯(lián)合在一起，同時保持其各自的自主性和自治性。

3. 增加供應(yīng)商多元化選擇：即供應(yīng)商多元化能力，指組織必須選擇“最佳品種＂的供應(yīng)商產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新。

4. 同步提升業(yè)務(wù)與技術(shù)領(lǐng)域：即應(yīng)用程序的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)不僅要滿足初始業(yè)務(wù)需求，也應(yīng)滿足未來隨業(yè)務(wù)性質(zhì)和方向變化時的業(yè)務(wù)需求。

5. 提高投資回報率：即衡量自動化解決方案投資回報率(ROI)是決定應(yīng)用程序或系統(tǒng)實(shí)際成本效益的關(guān)鍵因素。

6. 提高組織的業(yè)務(wù)敏捷性：即組織能夠?qū)ψ兓龀龇磻?yīng)的效率，以適應(yīng)行業(yè)變化并超越競爭對手。

7. 減少研發(fā)成本(IT成本）：即減少浪費(fèi)和冗余，縮小規(guī)模和運(yùn)營成本，減少與其治理和演進(jìn)相關(guān)開銷等。

1.2 SOA架構(gòu)特征及優(yōu)缺點(diǎn)

SOA是一個組件化模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（服務(wù)）通過這些服務(wù)間良好的接口和契約聯(lián)系起來。其中，服務(wù)(Service)是一個粗顆粒度的、可發(fā)現(xiàn)的軟件實(shí)體，以一個單獨(dú)實(shí)例存在，通過一組松耦合和基于消息的模型與其他應(yīng)用或服務(wù)交互。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言，使得構(gòu)建在這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。

交互的服務(wù)大致由三個實(shí)體組成：服務(wù)請求者、服務(wù)提供者和服務(wù)注冊表。其中實(shí)體間的操作包括：服務(wù)發(fā)布、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)綁定和調(diào)用。 面向服務(wù)架構(gòu)是眾多軟件架構(gòu)風(fēng)格中的一種，是微服務(wù)架構(gòu)的一種。因面向服務(wù)架構(gòu)風(fēng)格具有基于標(biāo)準(zhǔn)、松散耦合、共享服務(wù)和粗粒度等優(yōu)勢，表現(xiàn)出易于集成現(xiàn)有系統(tǒng)、具有標(biāo)準(zhǔn)化的架構(gòu)、提升開發(fā)效率、降低開發(fā)維護(hù)復(fù)雜度等特征，更符合智能網(wǎng)聯(lián)化時代車載系統(tǒng)對軟件架構(gòu)的要求，所以被汽車行業(yè)引入和采用。

SOA因組件化和服務(wù)化模型特征，有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下（僅針對IT行業(yè)業(yè)務(wù)特征和實(shí)施環(huán)境）：

優(yōu)點(diǎn)分析：

靈活性，根據(jù)需求變化，可重新編排服務(wù)或應(yīng)用程序

對IT資產(chǎn)的復(fù)用

使企業(yè)的信息化建設(shè)真正以業(yè)務(wù)或應(yīng)用為核心，業(yè)務(wù)人員根據(jù)需求編排服務(wù)，不需要考慮技術(shù)細(xì)節(jié)

缺點(diǎn)分析：

服務(wù)劃分很困難

服務(wù)的編排是否得當(dāng)

如果選擇的接口標(biāo)準(zhǔn)有問題，會帶來系統(tǒng)的額外開銷和不穩(wěn)定性

對IT硬件資產(chǎn)還談不上復(fù)用

主流實(shí)現(xiàn)方式接口很多，很難統(tǒng)一

主流實(shí)現(xiàn)方式只局限于不帶界面的服務(wù)的共享

1.3 SOA國內(nèi)外技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在IT行業(yè)，國外于1996年由Gartner第一次提出SOA思想，2005年SOA開始推廣和普及，2007年應(yīng)用廠商希望通過發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)來推動SOA的實(shí)施，如SCA和SDO通過OASIS審核，WS-POLICY、W3C成為W3C標(biāo)準(zhǔn)等，如今SOA在國外IT行業(yè)、通訊行業(yè)、政府部門得到廣泛系統(tǒng)性應(yīng)用。其中，歐美實(shí)現(xiàn)SOA架構(gòu)的關(guān)鍵任務(wù)是：對已有系統(tǒng)中的功能進(jìn)行提取和包裝，形成標(biāo)準(zhǔn)化的“服務(wù)”。

在國內(nèi)，2006年之前是技術(shù)萌芽；2006-2008年是過熱期；2009年度過了幻滅期；從2010年開始進(jìn)入復(fù)蘇期，現(xiàn)在正處于由復(fù)蘇期邁向成熟期。其中，國內(nèi)近30年的IT建設(shè)多為生產(chǎn)型系統(tǒng)，服務(wù)型系統(tǒng)普遍未開始建設(shè)，大量"服務(wù)"需要全新標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)造。

在汽車行業(yè)，因汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化需求，尤其是自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用的需要，車載系統(tǒng)SOA軟件架構(gòu)技術(shù)受到國內(nèi)外整車企業(yè)的關(guān)注。國外，2010年以寶馬、電裝、大眾等為首的歐、美、日汽車產(chǎn)業(yè)巨頭便開始車載SOA軟件架構(gòu)的研究工作，形成一定理論基礎(chǔ)和實(shí)踐成果，并對傳統(tǒng)汽車電子系統(tǒng)進(jìn)行革命性創(chuàng)新。

當(dāng)前，大眾、奧迪、寶馬、福特等汽車巨頭自成聯(lián)盟，進(jìn)行SOA軟件架構(gòu)技術(shù)和規(guī)范的應(yīng)用研究，預(yù)計2023前后將開始應(yīng)用于量產(chǎn)車型。國內(nèi)，整車企業(yè)有加入和使用的意愿，但考慮軟件架構(gòu)規(guī)范核心實(shí)施技術(shù)不給予開放，后期產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品生態(tài)會高度依賴國外技術(shù)平臺和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將會嚴(yán)重制約車企自身創(chuàng)新發(fā)展。

其中， 一汽、東風(fēng)和上汽等部分頭部OEM己意識到SOA軟件架構(gòu)的重要性，在尋找自主解決方案。同時，軟件架構(gòu)技術(shù)屬于行業(yè)共性技術(shù)，屬于開發(fā)式共性平臺，因國內(nèi)缺少行業(yè)協(xié)同和協(xié)作機(jī)制，在共性平臺和生態(tài)建設(shè)方面發(fā)展緩慢。

02

SOA技術(shù)規(guī)范現(xiàn)狀

2.1 Web服務(wù)SOA相關(guān)技術(shù)規(guī)范概述

Web服務(wù)作為SOA架構(gòu)技術(shù)發(fā)展的典型和成熟代表，其促進(jìn)了SOA架構(gòu)技術(shù)的發(fā)展和推廣，其標(biāo)準(zhǔn)體系的開發(fā)方式和開發(fā)內(nèi)容對于車載SOA軟件架構(gòu)技術(shù)規(guī)范開發(fā)具有深入的指導(dǎo)意義。

2. 1. 1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)組織

SOA架構(gòu)的WEB服務(wù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化組織主要有三家，分別為萬維網(wǎng)聯(lián)盟(World Wide Web Consortium, W3C)、結(jié)構(gòu)信息標(biāo)準(zhǔn)化促進(jìn)組織(Organisationfor the Advancement of Structured Information Standards, OASIS)和Web服務(wù)互操作組織(Web Service Interoperability Organisation,WS-I) W3C是一個專注于開發(fā)基于Web的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國際聯(lián)盟。它的使命是通過開發(fā)協(xié)議和指導(dǎo)方針，確保萬維網(wǎng)作為一種多功能媒體的長期增長，使萬維網(wǎng)充分發(fā)揮其潛力。1994年Tim Berners-Lee創(chuàng)建了W3C,因?yàn)榭?a target="_blank">網(wǎng)絡(luò)分割的風(fēng)險變得越來越明顯（特別是在多個版本的HTML同時工作時）。從那時起，W3C就開始優(yōu)先開發(fā)核心的Web技術(shù)(HTML、XML等），以及相關(guān)的樣式化語言(CSS 、XSLT等）。如今，Web服務(wù)嚴(yán)重依賴于W3C開發(fā)的技術(shù)，W3C委員會制作Web服務(wù)技術(shù)

主要由以下幾部分：

? XML 架構(gòu)1.0;

? WSDL 1.1，2.0;

? SOAP 1.1, 1.2；

? WS-Addressing 1.0;

? WS-Policy 1.5;

OASIS

OASIS成立于1993年，是一家非營利性的國際協(xié)會，旨在開發(fā)、整合和推廠包括Web服務(wù)、安全、商業(yè)事務(wù)、供應(yīng)鏈、電子政務(wù)、互操作性等所需的標(biāo)準(zhǔn)。OASIS對Web服務(wù)的貢獻(xiàn)包括對UDDI(Universal Description Discovery and Integration)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化，以及對WS-BPEL規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化。此外OASIS也推出了諸如面向服務(wù)的架構(gòu)參考模型和面向服務(wù)架構(gòu)的相關(guān)規(guī)范等。OASIS和W3C不同，他的主要興趣在于制定附加規(guī)范以及支持不同的行業(yè)，與應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)系更為密切。

WS-I

WS-I成立于2002年，其目的不是建立新的標(biāo)準(zhǔn)，而是旨在推動Web服務(wù)的互操作性。具體目包括三個方面：

為客戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用提供實(shí)施指導(dǎo)和培訓(xùn)；

促進(jìn)跨平臺、跨應(yīng)用軟件和跨程序語言的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的一致和兼容，并保證可靠兼容；

致力于使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)同成為本行業(yè)共同遵守的準(zhǔn)則，以幫助客戶在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)的選擇上輕松決策，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的應(yīng)用范圍和水平，并確保網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

2. 1. 2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的形成 標(biāo)準(zhǔn)如何被開發(fā)出來？

為了充分利用Web服務(wù)技術(shù)，最大潛力發(fā)掘其技術(shù)價值，理解將技術(shù)規(guī)范開發(fā)為已批準(zhǔn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的過程是很重要的。 這一切都始于新技術(shù)的原創(chuàng)想法，當(dāng)社區(qū)對這個想法有足夠的興趣時，W3C就會舉行一個開放的研討會，相關(guān)方聚在一起討論技術(shù)解決的范圍和技術(shù)提出的解決方案。

就Web服務(wù)而言，供應(yīng)商組織通常倡議他們獨(dú)立或合作開發(fā)的技術(shù)，雖然這些技術(shù)常常用來解決那些對供應(yīng)商來說很重要的問題，但人們希望讓它們成為非專有的Web服務(wù)框架的一部分。如果W3C參與者之間有足夠的協(xié)議，那么這些所提出的技術(shù)將成為創(chuàng)建行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)流程是怎樣的？

W3C技術(shù)規(guī)范聲明周期的第一步是成立一個負(fù)責(zé)定義目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的工作組。該組將由W3C成員組成，他們通常由供應(yīng)商代表和從業(yè)者組成。W3C還提供了支持的技術(shù)人員，幫助確保該技術(shù)將完全補(bǔ)充其他已經(jīng)開發(fā)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。然后，該組通過以下階段開發(fā)一個規(guī)范：

l．工作草案——這是一個定期發(fā)布的規(guī)范的快照，以讓社區(qū)了解工作組所采取的方向，并收集早期的意見。

2．最后一次呼叫工作草案——當(dāng)工作組認(rèn)為該規(guī)范滿足其所有原始要求時，它將發(fā)布此文件并正式請求社區(qū)的意見。這一步驟通常至少持續(xù)三周。

3．候選推薦——納入前一階段的反饋后，工作組要求實(shí)施規(guī)范，以確保規(guī)范實(shí)際上是可實(shí)現(xiàn)和互操作的。

4．建議——證明規(guī)范巳以互操作方式成功實(shí)施，已提交W3C咨詢委員會批準(zhǔn)，這一步驟至少會持續(xù)四周。

5.建議——規(guī)范為W3C建議，通常稱為“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”。整個過程的持續(xù)時間因所開發(fā)規(guī)范的范圍和復(fù)雜程度而不同。從一個工作組成立的那一刻起，它可能需要18個月到幾年的時間來提交W3C建議。在這些階段，公眾可以通過提交工作組有義務(wù)回應(yīng)的反饋，對正在制定的技術(shù)規(guī)范發(fā)表評論。工作組成員之間的所有通信和工作組的所有交付成果都發(fā)布為公開訪問。 W3C的一個特殊性是，它的過程是基于共識的，這意味著整個工作組在做出決定之前需要就解決方案達(dá)成一致。投票只有在有嚴(yán)重分歧的情況下才會進(jìn)行投票，而通過投票作出的任何決定通常會在剩下的過程中進(jìn)行仔細(xì)審查。

2.2 AUTOSAR-AP平臺SOA相關(guān)技術(shù)規(guī)范概述

AUTOSAR-AP平臺采用SOA方法論，主要涉及一種自適應(yīng)軟件產(chǎn)品的開發(fā)，是一套包括軟件分析、設(shè)計、開發(fā)、部署在內(nèi)的復(fù)雜工作流程。主要包括兩個方面：工作流定義與成果物定義（如圖2-2)。具體描述如下：

2.21 流程定義

AP平臺的方法論作為CP平臺的擴(kuò)展，其引入了新的概念，AP平臺軟件的實(shí)例是在進(jìn)程的上下文中執(zhí)行。AP平臺引入了“機(jī)器”(Machine)的概念，“機(jī)器”是虛擬化的ECU,一個可以部署軟件的實(shí)體。它可以是真實(shí)存在的處理器，也可以是一個虛擬機(jī)，AP軟件則運(yùn)行在某一特定的“機(jī)器”上。



(1)開發(fā)服務(wù)接口(Service Interface)

AP平臺是一個面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)，基于AP平臺的軟件開發(fā)，首先需要進(jìn)行服務(wù)接口的設(shè)計。服務(wù)接口可以由事件(Events)、方法(Methods)和字段(Fields)組成，是生成軟件組件頭文件的基礎(chǔ)。

(2)開發(fā)通信結(jié)構(gòu)(Communication Structure)

OEM在設(shè)計階段需要指定預(yù)期“機(jī)器”(Machine)的通信結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的配置參數(shù)，包括機(jī)器的所有網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)和服務(wù)發(fā)現(xiàn)地址端口等。這一步將產(chǎn)生一個可交付的“機(jī)器設(shè)計”(Machine Design)，一個特定的“機(jī)器”模型將引用一個特定的“機(jī)器設(shè)計“ 模型。

(3)開發(fā)自適應(yīng)應(yīng)用軟件(Adaptive Application Software)

自適應(yīng)應(yīng)用軟件開發(fā)從軟件組件(SW component)的設(shè)計開始，軟件組件是通過其端口(Port)定義的，每個端口實(shí)現(xiàn)一個服務(wù)接口?；诜?wù)接口描述，生成包含實(shí)現(xiàn)軟件組件的頭文件。開發(fā)人員在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)軟件組件的核心功能。

(4)開發(fā)自適應(yīng)平臺軟件(Adaptive Platform Software)

與應(yīng)用級軟件類似，平臺級軟件可以由基于標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)接口的軟件組件組成，也可以直接實(shí)現(xiàn)而不需要軟件組件模型。

(5)定義和配置機(jī)器

包括了功能組狀態(tài)和每個狀態(tài)超時的定義，進(jìn)程到特定機(jī)器的映射，以及平臺服務(wù)（例如NM、DoIP) 和基礎(chǔ)模塊（例如日志）配置等。此過程會產(chǎn)生一個獨(dú)立于服務(wù)實(shí)例或應(yīng)用程序的機(jī)器清單(Machine Manifest)

(6)集成軟件

軟件的實(shí)現(xiàn)和編譯完成后，需要集成到一個可執(zhí)行文件CExecutable)中。通過進(jìn)程來定義特定機(jī)器上可執(zhí)行文件的實(shí)例化，每一個進(jìn)程會產(chǎn)生一個執(zhí)行清單CExecution Manifest)，其中包括了進(jìn)程及其啟動配置。

(7)定義和配置服務(wù)實(shí)例(Service Instance)

首先對服務(wù)接口進(jìn)行部署，然后定義服務(wù)接口的實(shí)例，并決定是否提供或使用該服務(wù)實(shí)例。其次要建立服務(wù)實(shí)例到機(jī)器的映射，以及服務(wù)實(shí)例到端口的映射。此過程會產(chǎn)生進(jìn)程所需的所有服務(wù)實(shí)例清單(Service Instance Manifest)

(8)生成軟件包(Software Package)

將可執(zhí)行文件及所需清單整合為軟件包上傳到機(jī)器上，而無需重新刷寫。OEM可以將軟件包存儲在后端服務(wù)器中進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.22 成果物定義

由于AUTOSAR的工作流包含了整個汽車軟件開發(fā)流程，涉及多個開發(fā)角色，因此需要各個開發(fā)角色之間有信息交互，為了保證信息不出現(xiàn)二義性，需要對各個環(huán)節(jié)的工作成果物規(guī)則進(jìn)行定義。同時為了信息的保存、傳輸、交互的需求，需要定義這些成果物的載體，ARXML就是定義了不同流程成果物的載體，使用不同的標(biāo)簽來表示不同的信息及流程，這些標(biāo)簽的定義就是AUTOSAR的數(shù)據(jù)元模型（如下圖)。



MO:使用Ml級規(guī)則生成的可運(yùn)行軟件實(shí)體，例如車門控制的可自行軟件組件

Ml:使用M2級規(guī)則定義軟件組件，例如車門控制的軟件組件，軟件組件的表現(xiàn)形式可以是ARXML,C/C+＋語言或各類文檔。一般情況下會使用工具鏈以ARXML的形式定義軟件組件的框架，然后導(dǎo)入下游工具鏈生成目標(biāo)語言?；蛑苯由赡繕?biāo)語言框架，然后手寫代碼的形式完成整體的軟件組件；

M2:使用M3級規(guī)則定義使用AUTOSAR開發(fā)的元素、語法及規(guī)則，例如軟件組件，port口，機(jī)器，清單等。該級別的元素與具體的功能無關(guān)，類似于各類開發(fā)語言的語法；

M3:用于定義M2的元模型

審核編輯：劉清