基于JMF的跨平台视频点播系统的设计与实现

利用Java媒体框架(JMF)开发的视频点播系统具有开发简单、跨平台、提供QoS保证和交互性好等优点,具有广泛的应用前景.介绍了JMF应用编程接口的特点和结构,阐述了基于JMF开发的跨平台的视频点播系统的整体结构设计,并详细介绍了基于RTP的实时媒体传输、基于RTCP的拥塞控制、完整VCR操作和穿越NAT等关键技术的具体实现.

多线程程序数据竞争的静态检测

多线程并发程序的广泛使用带来了更多的数据竞争错误．传统的数据竞争静态检测由于对并发语义和别名信息的保守分析会导致很多假错误．因此，提出了一个精确有效的静态检测框架：分析应用了精确的别名分析并静态模拟了访问事件发生序；为提高分析效率，检测算法提出了一个以对象为中心，结合Escape分析缩小检测范围的检测算法并配合设计了压缩的别名等价类表示．检测框架在一个静态Java编译器JTool上做了实现，对于测试程序取得了很好的分析结果．

JNI技术实现跨平台开发的研究

在实践开发网格计算服务的过程中遇到了跨平台与服务运行效率的问题,在解决问题的过程中对Java的JNI技术进行了较深入的研究.对开发过程中使用JNI技术的重点和难点所作研究后的一个归纳和总结,并结合具体的开发实例由浅入深地介绍了有效使用JNI技术实现跨平台开发同时兼顾效率的有效方法.

一种任务类型敏感的J2EE事务调度算法

J2EE(Java 2 platform enterprise edition)是构建分布式企业应用的基础中间件平台,当前的J2EE事务对资源的访问调度仍然是简单的先来先服务策略,导致服务器负载很重时,次要任务和关键任务争夺有限的资源,降低了关键任务的性能与成功率.为此,有必要识别任务类型,在资源不足时优先保证关键任务事务的执行.但提交给J2EE的事务基于交互方式执行,且缺乏必要的调度信息,因而不能简单地沿用已有的优先级驱动调度算法.提出一种新的事务调度算法TMPBP(threaded multi-queue priority-based protocol),该算法能够安全、有效地提高系统重负载情况下关键事务的服务质量,防止饥饿和优先级倒置.TMPBP包含了一种新的启发式优先级分派算法HRS(heuristic resource statistics),可以在调度信息缺乏的J2EE环境下动态识别关键事务.结果表明,通过合理地选择参数,TMPBP算法能够显著地提高关键事务的服务质量.

一种支持JSR286的Portlet容器的设计与实现

门户可以将各种异构应用和数据资源集成到同一用户界面下，并根据用户或角色的不同，形成个性化访问页面，进而实现信息的有效传递。门户作为信息集成与发布的有效手段已经获得了广泛的认可。 门户采用基于组件化的方式进行构建。Portlet容器是其重要组成部分，负责管理Portlet组件的生命周期，提供Portlet组件的运行环境，同时提供容器访问接口接受来自门户服务器的容器请求，并将Portlet产生的标记片段返回给门户系统以聚合形成门户显示页面。 Portlet容器的需求来源于Portlet规范和门户两方面。门户的广泛应用对门户系统提出了新的要求，2008年3月JCP组织(Java Community Process)提出了新的Portlet规范即JSR286规范，门户系统需要修改其Portlet容器以适应这种变化。 本文从JSR286规范和门户需求出发，设计并实现了一个Portlet容器。首先根据JSR286规范对Portlet组件、界面和个性化三方面的特征进行分析；其次总结了Portlet容器的核心功能、系统边界，并给出了Portlet容器的模块设计；然后为满足生命周期状态控制和门户构建中协作重组的应用需求，对Portlet容器在这两方面进行了扩展，分别提出了容器中多粒度的生命周期状态控制以及Portlet协作时的事件转换机制；最后基于以上分析和设计，实现了一个Portlet容器，并将其应用在中科院软件所自主研发的门户产品OncePortal中。

一种Web应用服务器集群管理系统的设计与实现

随着计算机的普及和网络技术的发展，Internet上的Web用户爆炸性增长。作为Web应用主要支撑平台的Web应用服务器经常面临过载的问题。Web应用服务器集群技术是解决这一问题的有效手段。然而，集群规模变大导致的集群拓扑结构复杂、计算环境的高度异构以及应用对性能等非功能需求的多样化使得Web应用服务器集群的安装、配置和维护等管理过程难度大大增加。Web应用服务器集群迫切需要改变目前静态、被动的管理方式，而通过自管理方式来降低其管理成本、适应计算环境变化以及应用的个性化非功能需求。 Web应用服务器集群管理主要包括拓扑结构、资源以及负载等方面的管理。本文设计了一个Web应用服务器集群管理系统。针对集群拓扑结构管理，设计了基于广播的集群节点自配置设施，并通过基于Cookie Insertion的请求会话粘滞设计实现了多个负载均衡器的协同工作；针对集群资源管理，设计了基于Java规则引擎的动态资源管理框架，并在此基础上实现了集群规模的动态调整；针对集群负载管理，设计了基于反馈-控制机制的动态负载均衡算法，可根据节点负载动态调整权值，使集群能够适应负载变化。 基于上述设计，本论文在Web应用服务器系统OnceAS中实现了该集群管理系统，包括支持多种通信模式的集群通信组件，拓扑结构管理器，资源管理器，负载均衡器，以及节点管理器，同时提供了相应的管理工具。系统测试结果表明，该系统支持集群拓扑结构、资源和负载的管理，能够更好地适应负载变化，提高Web应用服务器的整体性能表现。

Web容器性能关键技术研究

基于Java EE技术的Web容器已经成为面向Web计算环境的主流中间件平台，它为创建、部署、运行、集成和管理企业Web组件提供了基础设施支持。然而，企业用户规模的不断增长与企业Web应用程序的日趋复杂使得Web容器的性能面临严峻的威胁。 影响服务器性能的主要因素是服务器的资源与负载。在传统服务器设计领域，研究者已经取得了一系列的研究成果，如资源管理、准入控制、动态缓存、差分服务等。然而，上述传统服务器领域的研究成果难以满足开放、动态的Web计算环境需求。首先，Web容器无法预先获知企业Web应用程序的资源需求与负载特征，这使得它不得不采用一种“尽力而为”的服务策略。其次，传统资源管理技术难以解决不同资源之间的管理冲突，影响了资源的利用率。最后，传统的负载管理技术侧重于负载规模的变化，很少考虑负载的组成特征与行为特征。为解决上述问题，论文提出了一种面向资源的分阶段体系结构ROSA，并研究了基于ROSA的动态缓存技术与差分服务技术，具体研究内容如下： 论文首先提出了面向资源的分阶段体系结构ROSA，它将请求处理所需的处理资源（主要指线程）与共享资源加以区分，并且通过分阶段体系结构设计来有效解决处理资源阻塞。同时，论文扩展Petri网模型给出了ROSA体系结构的描述模型RDM与性能模型RPM，前者用于验证ROSA体系结构设计方案的结构性质与行为性质，后者用于定量的计算ROSA体系结构设计方案的平均响应时间、吞吐率等性能指标。最后，论文提出了相关设计模式用于ROSA体系结构的开发。 论文提出了一种访问模式驱动的动态缓存机制，消除了Web容器、Web组件与动态缓存机制的耦合，并能够利用客户访问模式提高Web容器的缓存效率。首先，论文设计了Web容器动态缓存框架来缓存Web组件动态生成的Web内容，减少Web组件的重复执行。然后，论文设计了模式图描述客户的访问行为，有效的消除了传统马尔可夫模型引入的无效访问行为。最后，论文在模式图基础上分别基于会话和缓存对象设计了两个预测概率函数以及访问模式驱动的缓存替换算法，有效的提高了动态缓存机制的效率。 论文提出了一种自适应差分服务机制以满足Web容器剧烈变化的负载，同时为企业Web应用程序的差分服务需求提供支持。首先，论文基于客户行为特征设计了动态的会话优先级，弥补了传统静态优先级定义（客户优先级、请求优先级）无法描述客户行为优先级的缺点。然后，通过扩展ROSA体系结构设计，提供了准入控制、优先级调度、资源预留等多种差分服务策略，从而适应Web容器的不同负载。最后，论文设计了自适应差分服务策略选择算法，根据Web容器负载状况自适应选择差分服务策略，消除了单一差分服务策略在某些情况下出现的资源浪费、请求“饿死”、不必要的请求丢失现象，保障了关键请求的性能指标。 最后，以上研究成果已经应用在一个高性能的Web容器系统Once Web容器中。在Java EE性能测试基准TPC-W的测试中取得了较好的效果。

Web应用服务器的可扩展管理模型及其实现

Web应用服务器是为事务性web应用提供一系列运行时服务的分布式系统。它既要管理多种不同类型的资源，又要集成以往成熟的网络管理协议和系统，因此，如何统一有效地管理Web应用服务器的资源、应用和服务成为实现web应用服务的一个难点。为此，本文基于JMX(Java~(TM) Management Extensions)技术，提出了一种可扩展管理模型，该模型具有较好的灵活性和开放性，可扩展能力强。同时，本文还给出了实现该模型的若干关键技术包括可扩展管理内核的实现技术、资源远程管理技术、服务可扩展管理技术。目前该模型已在我们研制的Web应用服务器 WebFrame2．O中成功实现。

比例方程组与MPI同步通信静态死锁检测

介绍了一种MPI程序死锁检测的静态方法以及该方法所处理的程序模型.为实现该方法,提出了比例方程组(一种特殊线性方程组)的概念并设计了求解方程组最简解的线性时空复杂度的高效算法.算法由一个四遍扫描过程与一个主控程序构成.主控程序用来处理并行计算节点计算机构成的划分.四遍扫描过程采用深度优先搜索方法确定方程组中各变元之间的比例关系.通过该算法所获得的最简解,任意多个变元之间的比例关系能在常数时间内获得.证明了该算法的正确性,并采用Java语言实现了该算法的标准程序库.该程序库目前已运行于MPI同步通信静态死锁检测的软件框架中.

基于JSF的网格门户设计与实现

网格门户在推广网格应用中起了重要作用,但网格门户在诸多方面如功能和表现能力等仍有待完善。引入JavaSer-verFaces(JSF)这一新的Web框架,设计和实现了一个网格门户。利用JSF的表现能力提供了一个更为丰富的、集成的、易操作并且可定制的用户接口。并且由于JSF与其它Java技术、底层的网格技术实现无缝的衔接,实现了平台无关的、强大的网格资源管理及动态配置功能,同时使系统具有更强的可扩展性。

Kaffe在龙芯2E上的移植

为了在龙芯2E处理器上建立稳定的Java运行环境,丰富龙芯平台的上层软件库,以Kaffe这款开源Java虚拟机为移植对象,分析了其运行机制,确定了其代码结构中平台相关的3个主要模块:SysCallMethod、Trampoline和JTT,并结合龙芯2E处理器的特点,给出了相关模块的修改方案.最后用第三方的测试标准对移植后的虚拟机进行了测试,表明了移植的有效性.

支持EJB动态分布的组件迁移模型与算法

Web应用服务器是Web计算环境下的新型中间件，为基于组件的分布式Web应用提供了基础运行平台．组件静态分布限制了事务性Web应用在运行期间适应执行环境变化的能力．为了满足Web应用的动态分布需求，Web应用服务器需在底层为组件提供一种动态迁移的能力．如何维持组件迁移前后的一致性是组件迁移中最棘手的问题之一．为解决此问题，定义了组件迁移一致性约束CMC(component migration constrains)，并给出了在 J2EE(Java 2 platform enterprise edition)应用服务器中支持EJB(enterprise Java Bean)动态分布的组件迁移模型和 sLB_Copy,SFB_Copy,EB-Copy 3个迁移算法．分析得出sLB_Copy,SFB_copy和EB_copy均满足CMC约束．迁移模型和算法已在自主研制的Web应用服务器WebFrame2．0中实现，并已应用到自适应负载平衡、失效恢复等多个方面．

一种基于JMX的远程作业管理系统设计与实现

文章提出了一种新型远程作业管理系统框架.该框架基于JMX架构,融合了基于企业权限映射模型的安全机制、JSF（Java Server Face）的可视化框架等多项技术,有效地改进了传统的作业管理系统的可扩展性差、安全机制不足和缺乏统一、完善的系统管理三点不足.并基于该框架实现了国家863项目“远程作业管理系统”,实现了灵活的系统组件动态配置,基于企业权限映射模型的高安全和可视化管理界面,比较了实现系统和传统系统的优点,讨论了其中涉及到的关键技术.

异常处理机制研究

介绍了异常处理机制,包括异常的抛出、捕获、传播,并描述了异常的处理模式、传播机制、处理环境。不同应用领域的异常处理机制不同,以Java语言和工作流管理系统为例,分别介绍和讨论了程序设计语言层面和企业层面上的异常处理机制。

Kaffe虚拟机在龙芯2E上的移植研究

Java虚拟机作为Java运行环境的核心，已成为现代计算机平台不可缺少的组成部分。Java虚拟机和平台间的兼容性直接决定了上层Java程序的运行的稳定性。龙芯2E是由中科院计算机研究所自主研发的高性能微处理器。由于采用MIPS指令集，现有Java虚拟机对龙芯的支持并不理想，这极大地限制了龙芯平台的上层应用。 针对这一问题，本文对现有虚拟机进行了分析，选择了移植性较强的Kaffe虚拟机作为移植对象，力求在龙芯2E上建立一个稳定的Java运行环境。以此为目的，本文整理了龙芯2E相关的内容，包括龙芯2E的指令集特点，龙芯下参数传递的方式，龙芯下函数栈的组织等等；研究了Java虚拟机规范中，一般Java虚拟机的体系结构；分析了Kaffe虚拟机的代码结构，确定了移植需要修改的三个主要模块：本地代码调用接口，Trampoline技术和JIT3引擎；给出了移植方案。其中，JIT3引擎作为整个虚拟机的核心，是整个移植工作的重点。本文对其编译过程，寄存器分配策略，Java栈的组织方式，以及标签，常量池等平台相关机制进行了深入的分析。在此基础上，修改了Java栈向本地栈的映射方式，实现了标签机制中平台相关部分的代码，重新描述了寄存器信息并重新实现了本地汇编指令。 针对Java虚拟机调试困难的问题，本文总结了龙芯平台下Kaffe虚拟机的调试方法。在调试过程中发现了Kaffe原有代码中的编码错误，并给出了修改方案。 最后采用第三方的评测工具对移植后的虚拟机进行测试，验证了移植的有效性。