工作流管理--相关基础理论的系统介绍.ppt

工作流管理 姜进磊 2004.4 1 内容提要 n工作流技术概述 n使能因素 n发展的阶段 n研究课题 n基本概念 n建立时功能 n元模型 n运行时功能 n系统体系结构 n典型系统举例 2 概述 n使能技术 ne-mail ninternet-enabled (HTTP/HTML), network computing and Java-enabled ndistributed computing services: X.500, LDAP napplication interoperability: OLE/ActiveX, OpenDoc nQueued/Persistent message systems ndata exchange: EDI ndatabase access: ODBC/JDBC 3 概述 n使能技术 nDistributed computing infrastructure: DCE, CORBA (ORB only or with services), DCOM nWeb (HTTP/CGI), Agent (Servelet, Mobile Agents) nTransaction processing: Client/Server (X/OPEN, TxRPC, MS Transaction Server, Encina), distributed transaction processing (Orbix-OTM) nWork group support/enabler: e.g., Lotus Notes n上述技术为工作流管理提供了必要的基础设施 (infrastructure) 4 发展历史 n起源：图像处理 n阶段 n1970s：OfficeTalk-D，SCOOP n1980s：Visual Workflo，FlowMark n1990-：开放结构，标准API，图形界面 n未来发展 n基本平台 n系统集成的kernel 5 工作流产品 nAction Workflow System Action Technologies Inc. / nCSE/Workflow ( CSE Systems Corporation ) / nDelrina FormFlow(Delrina) nDM/Workflow(Intergraph) nEPIC/WF( Computron) nFlowLogic (FlowLogic Corporation ) / nFlowMaker (Workflow) nFlowMan(Logical Software Solutions) nFlowMark (IBM) http:/www.software.ibm.co m/ad/flowmark/ nInConcert (InConcert Inc.) / nFloWare (BancTec Inc.) /floware/ nGroupFlow(Pavone) nJetForm(Jetform) 6 工作流产品 nKeyflow(Keyfile) nKI Shell(UES) nLivelink Workflow(Odesta) nLinkWorks(DEC) /i nfo/ linkworks/ nLotus Notes(IBM/Lotus) nMETEOR (Infocosm, Inc.) cosm.co m nOffice.IQ workflow and document management software (Portfolio Technologies Inc.) / nOmniDesk RouteBuilder (SIGMA/Wang) nOPEN/workflow (Eastman Software, Wang) http:/www.eastmansoftware. com nOptix Workflow (Blueridge) nPlexus FloWare (Recognition/BancTec) 7 工作流产品 nViewStar System(ViewStar) nProcessIT(NCR)-Plexus FloWare OEM nStaffware (Staffware) / nTeamWARE Flow (ICL/TeamWare) nUltimus (Ultimus) / nVisual WorkFlo (FileNet) / nWorkMAN (Reach Software) nWorkVision(IA) WorkFlow (CSE Systems, Computer data mining opportunities 19 研究课题 n管理和组织方面(cont.) nRun-time scheduling and utilization of workflow human and software agents nImpact of WfMS on clerical work and middle management n市场(market), 经济(economic)和社会(social)方 面 nWF market directions and investment opportunities nProspects for competing stand-alone, embedded, c(C1, C2)表示活动C1在C2之前执行 nD是数据实体及其关系的集合; d(D1, C2)表示数据从数 据源D1输入到节点C2中,d(C1, D2)则表示数据从节点C1 输出到数据源D2中 nR是角色及其关系的集合; r(R1, C2)表示角色R1可以 执行活动C2 nA是执行者及其关系的集合; a(A1, R2)表示执行者A1可 以充当角色R2 n对应关系：变迁表示活动，位置表示控制节点 33 基于Petri网的模型 n工作流网WF-Net是满足如下2个条件的Petri网 PN=(S, T, F) n存在2个特殊位置i和o，其中i表示源(Source)，o表示 漏(Sink) n如果在T中添加一个变迁t*，在F中增加元素(o, t*)和 (t*, i)得到PN*，则PN*是强连通的 n对应关系 n任务变迁 n状态位置 n令牌工作流的某个状态 34 采用WF-Net表示的工作流过程 35 基于语言-行为的模型 n基础：语言/行为理论 n基本结构：工作流环 n产品：ActionFlow 36 面向对象模型 n基本思想：实体的对象化 n参与者 n活动 n数据 nJoeris G.，Herzog O. Managing Evolving Workflow Specifications n任务和工作流子模型：任务任务接口工作流 n文档子模型 n资源子模型 n组织结构子模型 37 面向对象模型 n高军等(基于对象模型工作流的失败处理与失败 恢复. 软件学报, 2001, 12(5): 776782)的扩展 class workflowdefinition attributes;/描述工作流的各种属性 parameter;/输入和输出参数 status;/工作流对象的状态 task_description; /任务的具体描述:内部实现, 失败后的 执行策略, “恢复事件”发生时执行的操作 sub_workflow_def;/子工作流定义:子工作流序列, 参数对应关系, 控制依赖关系 38 面向对象模型 nDavid Edmond：反演型对象知识模型ROK (reflective Object Knowledge) n状态(state) n使能(can) n任务(task) n行为(act) n映射(map) nAtsushi Inamoto：面向对象的工作流自动化模 型 n基类：电子表单，角色和工作对象 n运行：状态事务表，触发规则表和工作分配表 计算和描述环境 39 基于图的模型 n有向无环图DAG：Sadiq W., Orlowska M. E. Analyzing Process Models Using Graph Reduction Techniques. Information Systems, 2000, 25(2): 117134 n2种符号对象 n节点 n协作节点 n任务节点：活动节点、子过程节点、活动块节点和空节点 n变迁(有向边) 40 DAG 41 基于图的模型 n条件化有向图CDG n对应关系 n节点活动 n有向边活动之间的先后关系 n形式化描述：(n, A, F) nn为过程的名字 nA为活动集合 nFAAC，(c, E)C，其中c为一布尔表达式 ，E为多个命名表达式构成的集合 42 基于形式逻辑的模型 nDavulcu H.等人采用的并发事务逻辑CTR n经典逻辑 n原子公式p(t1,tn)，其中p为谓词逻辑，ti为 函数项 n基本运算符号， n扩展 n连接符：表示串行合取，|表示并行合取 n模态算子：表示执行可能性，表示隔离执 行 43 基于形式逻辑的模型 n路径path：用状态序列表示的一系列操作 n如果公式在某个路径为真，则表示它可以 从状态s1开始执行而结束于状态sn n操作说明：，为两个公式 n表示他们顺序执行 n|表示他们并行执行 n表示他们在同一路径上执行 n表示其中的某个执行 n表示永不被执行 n表示被隔离执行 n表示可能被执行 44 基于文法的模型 n通用过程结构文法GPSG n基本观点：工作流演化同时发生在2个方 向 n水平方向：任务间无因果依赖关系,但共享信 息 n垂直方向：任务间存在因果依赖关系 n对策： n水平方向：将文档(document)和任务看作相互 的对偶 n垂直方向：采用约束(constraint)来表达相关活 动和文档之间的软依赖关系(soft dependencies) 45 基于文法的模型 n构造规则 n以活动为中心的规则：如何将一个业务目标分成子目 标以及在何种条件下进行分解 n以文档为中心的规则：如何将过程中需要处理的数据 对象分解成子文档 n约束举例： nB.start = A.end nB.end n Example： - 87 Wf-XML n逻辑资源模型 nObserver担任服务请求者的角色 nProcessDefinition则充当过程定义工具 nProcess instance则是一个运行时服务提 供者，执行、监控和管理过程实例的运行 n基本操作 nCreateProcessInstance nProcessInstanceStateChanged nGetProcessInstanceData nChangeProcessInstanceState n 88 小结 n三种基本思路 n共享元模型(meta-Model)或流程定义 n对互操作接口封装和标准化 n基于合同(contract)进行互操作 n实现技术 n基于CORBA或其他专有架构 n基于ECA事件机制 n基于Software Agent n基于消息传递机制 n趋势：接口标准化和基于Internet/Web平台 89 自适应/动态工作流 n相关术语 n灵活性(flexibility)：偏向于指工作流程运行过 程中的灵活执行，如跳转、回滚、重做等 n动态变化(dynamic change)：偏向于指工作流 运行过程中人为的对流程进行修改，如添加 、删除等操作 n自适应(adaptability)：偏向于指工作流运行过 程中异常出现的智能处理。 90 动因 n变化的环境 n商业活动或环境 n工程部门 n技术进步 n系统的再配置(reconfiguration) n软件组件的替换或升级 n新组件的添加 n组件接口变化 91 变化的情形 n动态改进 n最初不能获得完整的流程规格 n用户参与 n考虑用户决策 n不可测事件 n外部激励，用户干预，超时 n错误情况 n系统故障，误操作 92 动态/自适应的类别 Domain Process Schema Task Resource Software component Organization model Data Model Infrastructure Adaptation of WF system to a changing business context (e.g., policy change) Model evolution ad-hoc changes to model instances Resource adjustment: Components coopera- tion must be allowed. D:Rather than the effects of transaction, the execution itself must be durable 104 正确性原则 n保证：如果初态正确，当每个步骤的执行都正确 的话，那么整个状态仍然正确 n局限 n严格的隔离性 n工作流级别上回滚不可用 nRollbackCompensation nRequirement：Compensation must be guaranteed for completed steps ncertain predicates on the shared and local state must be maintained 105 不变量(Invariants) nThe requirements for a state to be executable are formalized as combined event / state predicates called “invariants” nInvariants are useful to describe correctness criteria for forward execution nTypes nEntry invariants guard the execution of a step nExit invariants formalize the new consistent state 106 回滚相关问题 nWhy did the local transaction fail？ nIn which cases should the TA be re-posted？ nWho gets notified about an abort？ nWho gets notified about the eventual failure to restart a transaction? nShould application-level TAs be treated as distributed or nested transactions at the system level? nWhich programming level should handle these issues？ 107 小结-1 nTransactional concepts can be carried over to workflow management in multiple ways and at different levels nThe most obvious application of transaction technology is at the level of the workflow engine, where transactions provide persistent execution of a script, local recovery in case of partial failures, reliable state transitions, recoverable events, and consistent context. 108 小结-2 nTransactions at the system level need a number of extensions: nesting, chaining, leave-resume, transfer. nParticipating resource managers need to be able to support an open distributed two-phase-commit protocol. nPersistent storage managers need a number of functional extensions such as recoverable locks. 109 小结-3 nAt the step level, transactions provide atomicity for short-term related computations. nThe TM must be able to support dependencies among transactions. nAt the script level, the concepts of atomicity and consistency have to be translated into more abstract notions (compensation, invariants). 110 典型系统 nFlowMark nMeteor nTH-Workflow 111 FlowMark by IBM 112 FlowMark Execution Model StStAct.Act.EndEnd OCOC C+ ProgramC+ Program ICICOCOC OCOC ICIC APIAPI ICIC x x x 100x 100 113 FlowMark System Architecture System Components nFlowMark OODB server (ObjectStore-OS) nFlowMark (FM) Server (OS Client, process navigation engine, worklist mgmt.) nFlowMark Buildtime Client (workflow process definition and animation) nFlowMark Runtime Client (process execution facility, worklist mgr., process control and container (C, REXX) API support), Administrative Utilities (Import/Export from flies, Audit trail) 114 FlowMark System Architecture nConfigurations: stand alone, client/server (server: OS server+ OS client+ FM server), multiple FlowMark servers on different machines (single: OS server; multiple: OS client+ FM Server, OS Client+ FM B/T, FM R/T) nPlatforms: OS/2, AIX nCommunications: OS/2 IPC, APPC, TCP/IP or NetBIOS 115 FlowMark Runtime System Network OSS DB RTC PECAPP RTC PECAPP PECAPP FMS RTC OSS- Object Store Server FMS- Flow Mark Server RTC - Runtime Client PEC - Program Execution Client APP - Application Program 116 METEOR by Georgia Univ. 117 METEOR nManaging End-To-End OpeRations nHistory nV1: Bellcore, 1990-1994 nV2: LSDIS lab of Georgia Univ., 1995- nPurpose nCoordinate work within and across multiple enterprises nProgramming in the large involving variety of manual and automatic tasks nFully distributed enactment services nMulti-paradigm: transactions, infrastructures 118 METEOR Workflow Model aux. sysaux. sys interfaceinterface interface proc. entity proc. entity proc. entity startstart endend tasktask tasktask tasktask tasktask filter 119 InterfaceData DependencyControl Dependency 1*1* StateControl Flow 1 1 0* 0* Processing Entity 1 1 Task Model 1*1* 1* 0* WFSL Dependencies Workflow Process specified using Workflow Engine enforces controlled by Task 0* compound task executes at Non-Transactional TaskTransactional Task2PC Task 1 1 based on 1* 0* Input DataOutput Data Data Task Manager (TM) 1 1 managed by manages uses Recovery FrameworkScheduler 120 Task Models Initial Executing start fail done FailedDone Non-Transactional Initial Executing start AbortedCommitted commit abort Transactional Initial Executing start done Done Committed Aborted abort commit prepared Prepared abort Open 2PC transactional 121 METEOR Components processing entities (humans, databases,) services and distributed/network computing infrastructure Workflow Component Library Work