[發(fā)明專利]一種基于規(guī)則的軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410546025.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-16
• 公開（公告）號(hào): CN104268278B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜欣;倪友聰;葉鵬;謝大同;肖如良;汪春燕;昂鳳平;王曉紅;李松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/30
• 分類號(hào): G06F17/30;G06N3/12
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軟件性能優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于規(guī)則的軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

軟件的性能是衡量軟件系統(tǒng)質(zhì)量的一個(gè)重要屬性，性能的優(yōu)劣已經(jīng)成為系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。在軟件體系結(jié)構(gòu)(Software Architecture,簡記為SA)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行性能優(yōu)化，可以盡早發(fā)現(xiàn)資源使用率過高、響應(yīng)時(shí)間過長和吞吐量過小等性能問題，并通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)緩解或消除這些問題，從而獲得滿足性能需求的SA設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而可在軟件生命周期的早期達(dá)到性能優(yōu)化的目的。基于SA進(jìn)行性能優(yōu)化，不僅可以顯著減少軟件性能優(yōu)化的時(shí)間，而且能夠有效降低優(yōu)化的成本。

SA層性能優(yōu)化一直是軟件工程學(xué)術(shù)界和工業(yè)界高度關(guān)注的主題。經(jīng)過多年研究和實(shí)踐，已產(chǎn)生一些普適性的SA層性能改進(jìn)知識(shí)。這些知識(shí)已被系統(tǒng)歸納和總結(jié)過，并用自然語言描述的性能反模式進(jìn)行了適當(dāng)?shù)谋硎尽榱颂岣逽A層性能優(yōu)化的自動(dòng)化程度，近年來涌現(xiàn)出一些基于規(guī)則的優(yōu)化方法。這些方法以機(jī)器可處理的性能改進(jìn)規(guī)則形式精確地描述了SA層性能反模式，并通過研發(fā)規(guī)則執(zhí)行引擎，使得性能優(yōu)化過程可以自動(dòng)地使用這些規(guī)則。然而這些方法在優(yōu)化過程中未充分考慮規(guī)則組合使用場景下各規(guī)則的使用次數(shù)和使用順序不確定性的問題，使得它們只能搜索相對(duì)較小的性能改進(jìn)空間，往往難以獲得最優(yōu)的性能改進(jìn)方案。例如：文獻(xiàn)《An approach for modeling and detecting software performance antipatterns based on first-order logics》針對(duì)文獻(xiàn)《Performance solutions:a practical guide to creating responsive,scalable software》、《Software Performance Antipatterns》中的12種SA層性能反模式，給出了對(duì)應(yīng)的12條改進(jìn)規(guī)則。即使不考慮規(guī)則可以重復(fù)使用的情景，由這12條規(guī)則不同組合的情況而構(gòu)成的改進(jìn)空間也將高達(dá)12¹²(近9000萬億)個(gè)改進(jìn)方案。在如此龐大的SA層性能改進(jìn)空間中，如何找出最優(yōu)性能改進(jìn)方案仍是一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于規(guī)則的軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化方法，該方法可降低軟件體系結(jié)構(gòu)層性能的優(yōu)化成本，提高優(yōu)化質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于規(guī)則的軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化方法，采用遺傳算法進(jìn)行軟件體系結(jié)構(gòu)層性能演化優(yōu)化，包括以下步驟：

步驟A.進(jìn)行種群初始化：設(shè)置種群規(guī)模、交叉概率、變異概率、最大進(jìn)化代數(shù)、迭代數(shù)t＝0，并采用一定的個(gè)體編碼方法，隨機(jī)生成初始種群P(t)中的每個(gè)個(gè)體；所述個(gè)體編碼方法為：

任意個(gè)體的編碼X'＝<x'₁,x'₂,L,x'_k,L,x'_l'>均采用定長自然數(shù)編碼，碼長l’由下式定義：

其中u_i表示i號(hào)規(guī)則最多可使用的次數(shù)；規(guī)則號(hào)1到n表示對(duì)n條性能改進(jìn)規(guī)則的依次編號(hào)；特別地，引入0號(hào)規(guī)則表示不做任何動(dòng)作的空規(guī)則，并令：1)0號(hào)規(guī)則最多可使用的次數(shù)u₀＝l’；2)0號(hào)規(guī)則作用在任何軟件體系結(jié)構(gòu)SA上都沒有性能改進(jìn)；3)由0號(hào)規(guī)則構(gòu)成的單規(guī)則序列作用在任何軟件體系結(jié)構(gòu)SA上得到的改進(jìn)后的軟件體系結(jié)構(gòu)仍是SA；

X’的每位x'_k滿足下式：

x'_k∈N∧0≤x'_k≤n

其中1≤k≤l'，N表示自然數(shù)；

X’中i號(hào)規(guī)則出現(xiàn)的次數(shù)記為h_i(X’)，其滿足下式：

h_i(X')≤u_i,0≤i≤n