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2004.4,2,内容提要,工作流技术概述使能因素发展的阶段研究课题基本概念建立时功能元模型运行时功能系统体系结构典型系统举例,3,概述,使能技术e-mailinternet-enabled(HTTP/HTML),networkcomputingandJava-enableddistributedcomputingservices:X.500,LDAPapplicationinteroperability:OLE/ActiveX,OpenDocQueued/Persistentmessagesystemsdataexchange:EDIdatabaseaccess:ODBC/JDBC,4,概述,使能技术Distributedcomputinginfrastructure:DCE,CORBA(ORBonlyorwithservices),DCOMWeb(HTTP/CGI),Agent(Servelet,MobileAgents)Transactionprocessing:Client/Server(X/OPEN,TxRPC,MSTransactionServer,Encina),distributedtransactionprocessing(Orbix-OTM)Workgroupsupport/enabler:e.g.,LotusNotes上述技术为工作流管理提供了必要的基础设施(infrastructure),5,发展历史,起源：图像处理阶段1970s：OfficeTalk-D，SCOOP1980s：VisualWorkflo，FlowMark1990-：开放结构，标准API，图形界面未来发展基本平台系统集成的kernel,6,工作流产品,ActionWorkflowSystemActionTechnologiesInc.,FlowMan(LogicalSoftwareSolutions)FlowMark(IBM),7,工作流产品,Keyflow(Keyfile)KIShell(UES)LivelinkWorkflow(Odesta)LinkWorks(DEC)linkworks/LotusNotes(IBM/Lotus)METEOR(Infocosm,Inc.),Office.IQworkflowanddocumentmanagementsoftware(PortfolioTechnologiesInc.)(SIGMA/Wang)OPEN/workflow(EastmanSoftware,Wang)OptixWorkflow(Blueridge)PlexusFloWare(Recognition/BancTec),8,工作流产品,ViewStarSystem(ViewStar)ProcessIT(NCR)-PlexusFloWareOEMStaffware(Staffware)(ICL/TeamWare)Ultimus(Ultimus),WorkVision(IA)WorkFlow(CSESystems,Computerdataminingopportunities,20,研究课题,管理和组织方面(cont.)Run-timeschedulingandutilizationofworkflowhumanandsoftwareagentsImpactofWfMSonclericalworkandmiddlemanagement市场(market),经济(economic)和社会(social)方面WFmarketdirectionsandinvestmentopportunitiesProspectsforcompetingstand-alone,embedded,c(C1,C2)表示活动C1在C2之前执行D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R是角色及其关系的集合;r(R1,C2)表示角色R1可以执行活动C2A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对应关系：变迁表示活动，位置表示控制节点,34,基于Petri网的模型,工作流网WF-Net是满足如下2个条件的Petri网PN=(S,T,F)存在2个特殊位置i和o，其中i表示源(Source)，o表示漏(Sink)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*是强连通的对应关系任务变迁状态位置令牌工作流的某个状态,35,采用WF-Net表示的工作流过程,36,基于语言-行为的模型,基础：语言/行为理论基本结构：工作流环产品：ActionFlow,37,面向对象模型,基本思想：实体的对象化参与者活动数据JoerisG.，HerzogO.ManagingEvolvingWorkflowSpecifications任务和工作流子模型：任务任务接口工作流文档子模型资源子模型组织结构子模型,38,面向对象模型,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classworkflowdefinitionattributes;/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,39,面向对象模型,DavidEdmond：反演型对象知识模型ROK(reflectiveObjectKnowledge)状态(state)使能(can)任务(task)行为(act)映射(map)AtsushiInamoto：面向对象的工作流自动化模型基类：电子表单，角色和工作对象运行：状态事务表，触发规则表和工作分配表,计算和描述环境,40,基于图的模型,有向无环图DAG：SadiqW.,OrlowskaM.E.AnalyzingProcessModelsUsingGraphReductionTechniques.InformationSystems,2000,25(2):1171342种符号对象节点协作节点任务节点：活动节点、子过程节点、活动块节点和空节点变迁(有向边),41,DAG,42,基于图的模型,条件化有向图CDG对应关系节点活动有向边活动之间的先后关系形式化描述：(n,A,F)n为过程的名字A为活动集合FAAC，(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,43,基于形式逻辑的模型,DavulcuH.等人采用的并发事务逻辑CTR经典逻辑原子公式p(t1,tn)，其中p为谓词逻辑，ti为函数项基本运算符号，扩展连接符：表示串行合取，|表示并行合取模态算子：表示执行可能性，表示隔离执行,44,基于形式逻辑的模型,路径path：用状态序列表示的一系列操作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操作说明：，为两个公式表示他们顺序执行|表示他们并行执行表示他们在同一路径上执行表示其中的某个执行表示永不被执行表示被隔离执行表示可能被执行,45,基于文法的模型,通用过程结构文法GPSG基本观点：工作流演化同时发生在2个方向水平方向：任务间无因果依赖关系,但共享信息垂直方向：任务间存在因果依赖关系对策：水平方向：将文档(document)和任务看作相互的对偶垂直方向：采用约束(constraint)来表达相关活动和文档之间的软依赖关系(softdependencies),46,基于文法的模型,构造规则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约束举例：B.start=A.endB.enddeadlineB.start=B.endB.average_duration实现基础：活动和文档都采用特征结构(featurestructure),即都是用特征集合或者属性-值对来描述,47,基于规则的模型,对主动数据库中的ECA(Event-Condition-Action)进行扩充ECAA,48,元模型分类,GeorgakopoulosD.etal(AnOverviewofWorkflowManagement.DistributedandParallelDatabases,1995,3(2):119153)基于通信的(communication-based)基于活动的(activity-based)CichockiA.etal(WorkflowandProcessAutomation:ConceptsandTechnology.Kluwer,1998)基于通信的基于活动的基于物品的(artifact-based),49,元模型比较,50,元模型分类,YuLei任务流状态转移关系捕获基于通信的,51,元模型分类,我们的方法：依赖关系的描述手段和机制基于通信的面向对象的基于规则的基于图形的,52,工作流模型分析,类型合法性(validation)正确性验证(correctnessverification)性能(performance)方法仿真(simulation)和测试(testing)定理证明(theoremproving)/演绎验证(deductiveverification)模型检验(modelchecking),53,工作流的正确性,结构属性控制流(controlflow)、数据流(dataflow)、时间约束(temporalconstraints)可达性(reachability)，结束(termination)，死锁(deadlock)，数据不一致(datainconsistency)，输入数据缺失(missinginputdata)其他特征任务的再分配组织计划的更改访问外部数据库,54,已有工作,基于WF-Net的分析工作流的完整性(soundness)：工作流最终会正常结束，所有的任务都是可达的优点：具有良好的数学基础和相应的分析工具Woflan缺点：只关注控制流，而忽略了时间、工作流数据以及资源分配等方面；只能验证完整性,55,已有工作,FlowMake：DAG模型目标：找出由于建模结构使用不当而造成的错误，例如死锁、缺乏同步、结束任务的不可达等2个阶段语法检查：模型符合语法规则而且所有的属性都已经定义分析：图化简方法(graphreductiontechnique)图化简：一组能够保留冲突的化简规则。遵循这些规则，结构上正确的工作流图最终的化简结果为空，而存在冲突的工作流图最终结果不为空,56,已有工作,基于CTR的分析输入工作流规格(控制流图G、触发器以及时间约束集合C)与之等价的CTR规格CTR规格中只包含满足约束C的运行路线，调度器按照CTR规格中公式指定的顺序执行各个活动优点：支持全局约束，可以找出冗余的约束Ref.DavulcuH,KiferM,RamakrishnanCRandRamakrishnanIV.LogicBasedModelingandAnalysisofWorkflows.In:ProcofACMConfonPrinciplesofDatabaseSystem,1998,25-33,57,已有工作,Tracta(/c3ds/trs/papers/26.pdf)标签转换系统LTS模拟系统的各个组件，表示系统的属性基础：进程代数(processalgebra)基本组件一个有限状态过程一个完整的工作流规格基本组件的层次化组合死锁、安全性、活性以及其他应用相关的性质，如某个活动的输入是否符合要求,58,已有工作,Spin检验器(VerifyingBusinessProcessesusingSPIN.In:Procofthe4thInternationalSPINWorkshop,1998,21-36)步骤用基于因果语义的图形化语言Amber来描述过程自动转换成用Promela描述的状态机输入到Spin中得到采用线性时序逻辑LTL(LinearTimeTemporalLogic)表示的各种属性ModelCheckingforManagers.LectureNotesinComputerScience1680,1999,92-107引入业务需求模式作为过程属性的原始LTL规格接口,59,小结,元模型的重要性直接决定了执行系统(核心是工作流引擎)实现的难易程度待解决的问题元模型的描述能力：能够清楚的定义任意情况下的业务流程，能够满足用户在建模阶段提出的各种要求在保持模型的可理解性的同时，提高模型的灵活性而又将实现难度控制在一定的限度之内工作流过程的正确性验证与优化未涉及的方面：建模方法学,运行时功能,相关概念体系结构互操作自适应/动态工作流事务工作流,61,相关概念,1.WorkflowManagementSystem(WfMS)：Asystemthatdefines,createsandmanagestheexecutionofworkflowsthroughtheuseofsoftwarerunningononeormoreworkflowenginesconsistingofsoftwarecomponentstostoreandinterpretprocessdefinitions,createandmanageworkflowinstancesastheyareexecuted,andcontroltheirinteractionwithworkflowparticipantsandapplicationsprovidingadministrativeandsupervisoryfunctions2.workitem：Therepresentationoftheworktobeprocessed(byaworkflowparticipant)inthecontextofanactivitywithinaprocessinstance.,62,相关概念,Anactivitytypicallygeneratesoneormoreworkitemswhichtogetherconstitutethetasktobeundertakenbytheuser(aworkflowparticipant)withinthisactivityTheworkitem(s)arenormallypresentedtotheuserviaaworklistandaworklisthandler3.worklist：Alistofworkitemsassociatedwithagivenworkflowparticipant.4.WorklistHandler：Asoftwarecomponentthatmanagestheinteractionbetweentheuserandtheworklistmaintainedbyaworkflowengine.,63,WorklistHandler实现,64,相关概念,5.WorkflowEngine:Avidingoperationalfunctionstosupporttheexecutionofbusinessprocesses,basedontheprocessdefinitions.6.WorkflowEnactmentService:Asoftwareservicethatmayconsistofoneormoreworkflowenginesinordertocreate,manageandexecuteworkflowinstances.Applicationsmayinterfacetothisserviceviatheworkflowapplicationprogramminginterface(WAPI).,65,体系结构-I,分类1：Messageorientedworkflowprocessdefinitionispartofmessagesoriginsinenhancese-mailsandelectronicformsProductexamples:BeyondMail(Beyond),FormFlow(Delrina)Repositoryorientedworkflowprocessdefinitionisstoredinarepositorymodelingofexecutionofprocesscomponentsuseofdatabasesorcommon/sharedstorage,usuallysupportingmonitoring,tracking,66,体系结构-I,分类2：Production-orientedcommunicatewithcorporatedatabases,mainframesystems,etc.Messaging-basedimplementedbyaddingworkflowfeaturestoe-mailtransportmechanismsDocument-orientedaddworkflowcapabilitiestodocumentmanagementsystems,67,体系结构-II,高度集中式,68,体系结构-II,同步集中式,69,体系结构-II,异步集中式,70,体系结构-II,部分分布式,71,体系结构-II,全分布式,72,体系结构的比较,73,互操作概述,定义：TheabilityfortwoormoreWorkflowEnginestocommunicateandworktogethertoco-ordinatework.Theabilitytomaketwoormoreworkflowenginesappeartoprovideasingleworkflowenactmentservice,withprocessexecutionsharedbetweenengines.Theabilitytointeroperatebetweenbothhomogeneousandheterogeneousworkflowengines,74,互操作的意义软件行业,theabilitytosharedataand/orfunctionalityoftwosoftwaresystemsviaatleastoneofthefollowingways,75,互操作的层次,Level1-CoexistenceLevel2-UniqueGatewaysLevel2A-CommonGatewayAPILevel3-LimitedCommonAPILevel4-CompleteWorkflowAPILevel5-SharedDefinitionFormatLevel6-ProtocolCompatibilityLevel7-CommonLookcoopera-tionmustbeallowed.D:Ratherthantheeffectsoftransaction,theexecutionitselfmustbedurable,105,正确性原则,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局限严格的隔离性工作流级别上回滚不可用RollbackCompensationRequirement：Compensationmustbeguaranteedforcompletedstepscertainpredicatesonthesharedandlocalstatemustbemaintained,106,不变量(Invariants),Therequirementsforastatetobeexecutableareformalizedascombinedevent/statepredicatescalled“invariants”InvariantsareusefultodescribecorrectnesscriteriaforforwardexecutionTypesEntryinvariantsguardtheexecutionofastepExitinvariantsformalizethenewconsistentstate,107,回滚相关问题,Whydidthelocaltransactionfail？InwhichcasesshouldtheTAbere-posted？Whogetsnotifiedaboutanabort？Whogetsnotifiedabouttheeventualfailuretorestartatransaction?Shouldapplication-levelTAsbetreatedasdistributedornestedtransactionsatthesystemlevel?Whichprogramminglevelshouldhandletheseissues？,108,小结-1,TransactionalconceptscanbecarriedovertoworkflowmanagementinmultiplewaysandatdifferentlevelsThemostobviousapplicationoftransactiontechnologyisattheleveloftheworkflowengine,wheretransactionsprovidepersistentexecutionofascript,localrecoveryincaseofpartialfailures,reliablestatetransitions,recoverableevents,andconsistentcontext.,109,小结-2,Transactionsatthesystemlevelneedanumberofextensions:nesting,chaining,leave-resume,transfer.Participatingresourcemanagersneedtobeabletosupportanopendistributedtwo-phase-commitprotocol.Persistentstoragemanagersneedanumberoffunctionalextensionssuchasrecoverablelocks.,110,小结-3,Atthesteplevel,transactionsprovideatomicityforshort-termrelatedcomputations.TheTMmustbeabletosupportdependenciesamongtransactions.Atthescriptlevel,theconceptsofatomicityandconsistencyhavetobetranslatedintomoreabstractnotions(compensation,invariants).,典型系统,FlowMarkMeteorTH-Workflow,FlowMarkbyIBM,113,FlowMarkExecutionModel,St,Act.,End,OC,C+Program,IC,OC,OC,IC,API,IC,x,x100,114,FlowMarkSystemArchitecture,SystemComponentsFlowMarkOODBserver(ObjectStore-OS)FlowMark(FM)Server(OSClient,processnavigationengine,worklistmgmt.)FlowMarkBuildtimeClient(workflowprocessdefinitionandanimation)FlowMarkRuntimeClient(processexecutionfacility,worklistmgr.,processcontrolandcontainer(C,REXX)APIsupport),AdministrativeUtilities(Import/Exportfromflies,Audittrail),115,FlowMarkSystemArchitecture,Configurations:standalone,client/server(server:OSserver+OSclient+FMserver),multipleFlowMarkserversondifferentmachines(single:OSserver;multiple:OSclient+FMServer,OSClient+FMB/T,FMR/T)Platforms:OS/2,AIXCommunications:OS/2IPC,APPC,TCP/IPorNetBIOS,116,FlowMarkRuntimeSystem,Network,OSS,DB,RTC,PEC,APP,RTC,PEC,APP,PEC,APP,FMS,RTC,METEORbyGeorgiaUniv.,118,METEOR,ManagingEnd-To-EndOpeRationsHistoryV1:Bellcore,1990-1994V2:LSDISlabofGeorgiaUniv.,1995-PurposeCoordinateworkwithinandacrossmultipleenterprisesProgramminginthelargeinvolvingvarietyofmanualandautomatictasksFullydistributedenactmentservicesMulti-paradigm:transactions,infrastructures,119,METEORWorkflowModel,aux.sys,interface,interface,interface,proc.entity,proc.entity,proc.entity,start,end,task,task,task,task,filter,Interface,DataDependency,ControlDependency,1.*,1.*,State,ControlFlow,1,1,0.*,0.*,Processing