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基于Agent分布式模型形式化语义描述 　　摘要：为解决分布式系统构建过程中系统组合和语义验证等方面的问题，基于范畴理论和进程代数，为基于Agent的分布式系统模型提出了一种形式化的语义描述框架范畴图表用于描述整个系统的结构模型，态射用来表示系统各组成部分之间的交互和协作机制在此基础上，对Agent规范的描述、组合、精化以及迁移过程中的语义保持问题进行了探讨应用研究表明，该框架适用于分布式系统模型的描述和构建，有助于分析系统分解和组合的正确性 关键词：分布式系统； 系统组合； 形式化语义； 范畴理论； Agent 中图分类号：TP311 文献标志码：A 0引言 移动Agent技术是Agent技术与分布式计算技术相结合的产物，它的出现为分布式计算技术增加了智能性和动态性，还进一步扩展了Agent处理事务的功能移动Agent提供了一种全新的分布计算范型，给分布式系统的设计、实现和维护都带来了新的活力[1]设计和构建高质量的基于Agent的分布式系统是一个富于挑战性的任务[2]，选择合适的结构建模方法对系统质量属性分析和评估具有重要作用其中，形式化的结构模型描述是解决系统中不同利益所有者之间交互及防止软件规约不规范等问题的良好方法[3] 当前，对Agent系统及其结构的形式化描述是一个活跃的研究领域图表句法理论[4]缺乏潜在的语义论基础，架构描述只能用于说明系统的静态结构，不能用于形式化分析和评估基于高级PetriNet的层次谓词变迁网[5]具有良好的分析能力，可用作推理开发的起始点，以白盒的方式来描述系统但Petri网无法层次化描述系统状态，从而产生状态组合爆炸问题到目前为止，对移动Agent的研究主要集中在它的体系结构、通信语言、合作方式等方面，这些规范或标准缺乏完备的逻辑理论基础，从而给分布式系统的规格说明、正确性验证、安全性等工作带来诸多不便，这限制了对基于Agent的分布式系统进一步的研究，阻碍了其应用发展[6] 范畴理论[7]为软件系统结构描述提供了可行的数学抽象机制，能为复杂的系统配置提供正确的语义描述在作者的前期工作中[8-9]，已将范畴理论用于体系结构模型及其之间映射关系的描述本文扩展了这种思想，将进程代数（Process Algebra， PA）和范畴理论结合在一起，为基于Agent的分布式系统结构模型提出了一种形式化的语义描述框架，可用于指导分布式系统的描述和构建 1基于移动Agent的分布式计算模型 在分布式计算领域，把在分布式系统中持续自主发挥作用的，具有自主性、交互性、反应性、主动性特征的可移动计算实体称为移动Agent，其应用的目的是尽量把Agent靠近数据源，降低网络通信负载[10] 移动Agent是一种可移动的程序的抽象或对象，在多节点迁移的异构计算机网络中，可以通过网络从一台机器移动到另一台机器，能够根据任务派送在网络中执行任务在Agent服务环境中，Agent不断迁移和运行，通过Agent通信语言与其他Agent协作通信本文研究的移动Agent的架构模型如图1所示 “感知和作用” 是两个并列的动词，意思是Agent不仅能感知到周围环境的信息，还能给周围的环境反馈信息，即反作用 图1中，Agent利用环境交互模块感知和作用于外部环境；安全服务模块执行安全策略，负责Agent与外部环境的安全交互并阻止外部环境对Agent的非法访问；任务求解模块由运行模块、相关推理方法和规则组成Agent把移动过程中所获取的知识及任务求解模块保存在知识库中；Agent在任务求解过程中，由内部状态集、约束条件及路由策略控制执行内部状态集控制执行过程中的状态；约束条件约束Agent的行为和性能，路由策略用于满足复杂和非确定任务的求解，既可以是静态服务列表，也可以是基于规则的动态路由 基于移动Agent技术的分布式并行计算模型有效地解决了传统分布式并行计算方式在稳定性、灵活性、扩展性和移动性等方面存在的问题[11]图2显示了一种以移动Agent技术为基础的分布式并行计算模型，该实例将贯穿全文来说明相关的概念和模型 在图2中，本地主机上包含主计算Agent、主任务管理Agent和主分布检测Agent计算初始，主任务管理Agent将计算任务分解，主计算Agent、主任务管理Agent和主分布检测Agent分别根据任务分解情况复制本身形成多个任务计算Agent、任务管理Agent和任务分布检测Agent，主任务管理Agent将分解后的各个子计算任务分别赋给主计算Agent和各任务计算Agent，最后各组任务Agent和与其对应的计算子任务分别迁移到多个远程计算机上实现计算主计算Agent是系统的核心，它集成了移动Agent的基本设施（如创建和发送Age