1 引言 組態(tài)軟件作為用戶可定制功能的軟件平臺工具，目前已經(jīng)在各個行業(yè)和領域得到了廣泛應用。組態(tài)軟件伴隨著dcs及計算機控制技術的發(fā)展而逐漸成熟進來，組件化、分布式已經(jīng)成為組態(tài)軟件的基本特征。優(yōu)秀的組態(tài)軟件大多將它的實時數(shù)據(jù)庫、hmi、i/o服務器、數(shù)據(jù)服務器等幾個主要部分設計成分別可獨立運行的組件。這些組件可以同時運行在一臺計算機內(nèi)，也可以分布式地運行在不同的計算機內(nèi)，通過網(wǎng)絡等方式實現(xiàn)組件間的通信。這種體系結構可以讓用戶靈活地配置自己的系統(tǒng)，合理地分配各個服務器的運算負荷。 但實現(xiàn)組件化同時也帶來了軟件設計上的復雜性。特別是如何實現(xiàn)組件間的高效、實時、可靠地通信成為一個關鍵問題。 2 組件間通信技術 組件間在實現(xiàn)通信過程時，包括兩種方式:本地方式和遠程方式。在設計時，可以考慮將本地方式作為遠程方式的基礎?；蛘哒f，實現(xiàn)了本地通信，也就實現(xiàn)了遠程通信。因為可以將組件間交換的數(shù)據(jù)通過遠程方式，傳送到目的機后，再通過本地方式與遠程組件通信。下面我們分別討論如何實現(xiàn)組件間的本地通信和遠程通信。 3 本地通信 組件間實現(xiàn)本地通信時，在底層上要解決的本質(zhì)問題上是進程間通信問題。進程間通信是一種與os密切相關的技術。本文所介紹的方法是以微軟的windows操作系統(tǒng)為基礎的。windows各個版本的操作系統(tǒng)都提供了豐富的進程間通信手段。從早期版本提供的管道、郵件槽、dde技術，到后來推出的com技術，以及目前最新的“.net”中提供的全新方法等。本文介紹的技術屬于“傳統(tǒng)”技術，它的基礎是windows的消息傳遞功能，同時輔助內(nèi)存文件映射和信號量技術。筆者認為這種方法有以下幾個優(yōu)點: （1） 實現(xiàn)簡便 因為涉及的技術都不很復雜，因此實現(xiàn)起來比較容易。 （2） 實時性高 這種方法使用的都是os的底層技術，中間環(huán)節(jié)少，運行效率高，可以實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)通信。 （3） 移植性好 因為采用的是os底層技術，這種方法受os版本升級的影響很小，也很容易移植到非windows操作系統(tǒng)上。而某些進程間通信技術，如dde，在新版的windows操作系統(tǒng)上已經(jīng)不再被支持。其它一些技術也因os升級在接口形式和實現(xiàn)方法上發(fā)生了很大變化，使應用程序受到影響。 （4） 功能可控性好 這里的可控性是指開發(fā)人員在使用一種技術時，能否有效地控制這種技術的運用。例如，開發(fā)人員在選用一種技術時，如果這種技術作了過多的封裝，雖然應用簡單，但要實現(xiàn)自己的靈活控制時就會處處受縛。 （5） 可靠性易控 這一點與上面提到的可控性是相關的。操作系統(tǒng)越是底層的技術，可靠性就越強。封裝得越多的技術，其可靠性就越無法控制。 （6） 對系統(tǒng)環(huán)境的適應能力強 這個問題可以用一個簡單的例子說明:用過基于com/dcom技術開發(fā)的軟件產(chǎn)品（如:opc類軟件）的用戶，很多人都經(jīng)歷過因不同系統(tǒng)環(huán)境而必須面對com/dcom復雜配置的困惑。 本地通信在計算模式上仍然屬于c/s結構。主要問題是如何實現(xiàn)多個client與server之間快速、并發(fā)式的數(shù)據(jù)交換實例。下面結合實例進行說明。 3.1 多個client與server通信實例 假設client和server是采用這種技術的客戶端和服務器端程序，它們都是基于窗口的獨立進程。每次進行數(shù)據(jù)交換時client向server發(fā)送一個請求報文，server收到請求報文后，再向client回復一個應答報文，如此不斷往復。 因為可能有多個client與同一server同時進行快速數(shù)據(jù)交換，因此上述交互過程必須采用異步方式方能保證可靠性和并發(fā)性。為了實現(xiàn)方便，需要抽象一個專用于進程通信的中間件icom以供各個client同時調(diào)用。 （1） 提供3個最基本的接口 a） open（） 在這個接口里icom實現(xiàn)的功能包括:初始化用于數(shù)據(jù)交換的內(nèi)存映射文件、創(chuàng)建上行（client到server）和下行（server到client）事件通知的信號量對象、創(chuàng)建用于防止共享沖突的信號量對象，啟動服務線程，同時client向server發(fā)送消息進行身份認證和注冊。 b） close（） client在關閉進程或斷開與server的通信時調(diào)用該接口。這個接口icom要釋放在執(zhí)行open（）方法時創(chuàng)建的對象資源，同時client向server發(fā)送消息執(zhí)行注銷操作。 c） sendmessage（） client向server發(fā)送報文時調(diào)用該接口。 （2） 報文的傳遞過程 當client調(diào)用icom的sendmessage（）方法向server發(fā)送報文時，需要使用信號量控制時序。當用sdk函數(shù)sendmessagetimeout（）將報文發(fā)送給server后，通過信號量等待server的回復，一旦等到回復信號，便知道server已經(jīng)將回復報文放到內(nèi)存映射文件中，就可以取得該報文并以參數(shù)的形式傳遞給client。 為了接收對方發(fā)送的消息，server程序的主窗口類上要增加消息“wm_copydata”的映射函數(shù)。當client調(diào)用icom的sendmessage（）方法向server發(fā)送報文時，server會立刻接收到wm_copydata消息，并通過消息參數(shù)獲取報文信息。但是server在接收到請求報文后并不立即處理、回復，要首先用replymessage（）方法對wm_copydata消息進行應答，以免對方進程發(fā)生無謂等待，然后將報文放到內(nèi)部緩沖隊列中，再向自身的主窗口用postmessage（）發(fā)送一個通知消息，在另外一個消息映射函數(shù)中處理緩沖隊列中的請求報文。server的這種處理機制是保證交互過程為異步方式的關鍵。這種異步機制非常重要，它可以在多個client程序與server之間進行頻繁的大數(shù)據(jù)量交換時合理地分配cpu資源，避免發(fā)生“死鎖”現(xiàn)象。 server解析請求報文的內(nèi)容，將回復報文放至icom中分配的內(nèi)存映射文件中，并通過信號量通知icom接收回復報文。一次完整信息交互過程完成。報文的格式由報頭和數(shù)據(jù)尾兩部分組成。報頭為固定結構，其中要包含消息號、數(shù)據(jù)長度、client的id等信息。數(shù)據(jù)尾部分為不定長的任何內(nèi)容。 4 遠程通信 遠程通信完全建立在本地通信的基礎之上。但要增加兩個專用于網(wǎng)絡通信服務的組件:netclient和netserver。netclient和netserver也是兩個完全獨立的進程。以采用tcp/ip網(wǎng)絡為例，netclient和netserver分別相當于socket client和socket server端。netclient和netserver并不關心傳送的報文的內(nèi)容，它們只負責網(wǎng)絡連接的建立、報文的傳輸、網(wǎng)絡通信故障時的數(shù)據(jù)緩存與恢復等。 仍結合上一節(jié)中的實例。當client程序與server進行遠程數(shù)據(jù)交換時，client將與netclient運行在同一計算機內(nèi)，而server與netserver運行在同一計算機內(nèi)。此時icom將client的請求報文首先通過本地通信方式發(fā)送給netclient，再由netclient通過網(wǎng)絡發(fā)送給遠程的netserver，然后由netserver通過本地通信方式傳送給server。而server的回復報文的傳送過程正好相反。 在實際開發(fā)產(chǎn)品時，netclient和netserver可以設計成為更具廣泛意義上的網(wǎng)絡服務組件。除了支持tcp/ip網(wǎng)絡，還可以支持udp/ip、串行通信、gprs等任何一種通信形式。而無論使用哪一種通信方式對于client和server來說都是完全透明的，這也正是產(chǎn)品實現(xiàn)組件化的優(yōu)勢所在。 5 結束語 組件間通信技術是設計組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)通信類軟件的關鍵技術之一。如何能夠在實現(xiàn)快速、高效、多用戶并發(fā)處理的前提下，保證可靠性、靈活性和廣泛適應性，值得設計人員思考。本文介紹的技術在筆者設計的組態(tài)軟件產(chǎn)品中多處得到運用，經(jīng)過逾千應用案例的證明是成熟可靠的。 參考文獻 [1] 馬國華. 監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用[ｍ]. 北京:清華大學出版社，2001. [2] brian myers，eric hamer. mastering windows nt programming，1994.