（系统分析与集成专业论文）工作流模型的csp语义描述与分析研究.pdf

华东师范大学硕士学位论文工作流模型的c s p 语义描述与分析研究 摘要 工作流作为支持企业经营过程重组、经营过程自动化的一种手段，已在并行工 程、办公自动化、计算机集成制造等方面得n t 广泛的应用。随着信息技术、分布 对象技术、i n t e m e t i n t r a n e t 技术的发展，在全球范围内对工作流的技术研究以及相 关产品开发进入了更为繁荣的阶段。工作流模型是对组织机构业务过程的抽象表 示，包含了工作流执行所需要的各种信息，是工作流执行的前提和基础，直接影响 到整个工作流系统的正确性与执行效率等关键问题。然而现有工作流管理系统普遍 存在的一个不足是缺乏有效的方法与工具来保证工作流模型的合理性，这已成为工 作流得到进一步广泛应用的障碍。 从现有研究看，对工作流模型描述和分析技术还远没有成熟，原因在于两方 面：其一，许多工作流模型的描述是基于直观理解，没有严格的形式化描述，缺乏 坚实的理论基础，因而不能e , 很z 好地描述工作流中丰富的语义信息，从而在分析检测 问题上也就没有成熟的数学方法可以依据；其二，现有技术都偏重于对控制结构的 描述和分析，忽视对数据以及资源语义信息的全面描述和分析。针对这些不足，本 文提出了使用c s p 对工作流模型进行语义描述，在对进程代数c s p 进行深入了解的 基础上，结合工作流元模型，定义了工作流模型中的事件与基本进程；其次，针对 工作流定义标准语言x p d l 对模型语义分析能力的不足，提出了x p d l 到c s p 进程 的转化方法，从而对任何符合x p d l 标准的工作流模型均可以映射到c s p 进程，然 后再利用c s p 的成熟理论对模型进行分析；再次，在研究工作流模型的语义正确性 的基础上，利用c s p 进程的精化关系以及工具f d r ，提出了通过检测断言来对工作 流模型进行分析的方法；最后通过对一工作流实例进行c s p 语义描述和分析，并说 明该方法在工作流系统中的应用，验证了方法的有效性。 关键词：工作流模型，c s p ，x p d l ，语义分析 华东师范大学硕士学位论文 工作流模型的c s p 语义描述与分析研究 a b s t r a c t s u p p o r t i n gb u s i n e s sp r o c e s sr e e n g m e e r i n g ( b p r ) a n db u s i n e s sp r o c e s sa u t o m a t i o n ( b p a ) ，w o r k f l o w t e c h n o l o g yh a sb e e nu s e di np a r a l l e lp r o j e c t , o f f i c ea u t o m a t i o na n dc o m p u t e ri n t e g r a t i o na r e a s a n d w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , d i s t r i b u t e dt e c h n o l o g y a n di n t e m e t n m t f a _ u e t t e c h n o l o g y , n o w a d a y st h ew o r l d w i d et e c h n i c a lr e s e a r c ha n dr e l e v a n tp r o d u c td e v e l o p m e n t h a v ee n t e r e d m o r ep r o s p e r o u ss t a g e a st h ea b s t r a c t i o no fab u s i n e s sp r o c e s s ，w o r k f l o wm o d e li st h eb a s i so f w o r k f l o we x e c u t i o n , i n c l u d i n gk i n d so fi n f o r m a t i o nn e e d e db ye x e c u t i o n i ti st h ek e yt ot h ec o r r e c t n e s s a n dp e r f o r m a n c eo faw o r k f l o ws y s t e m h o w e v e r , l a c k i n go fe f f e c t i v ea p p r o a c h e sa n dt o o l st oi n s u r e t h er a t i o n a l 埘o fw o r k f l o wm o d e li st h eu b i q u i t o u ss h o r t c o m i n gi nw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s ，a n d i ti sa l lo b s t a c l et ot h ef u r t h e ra n dm o r ew i d e l yu s eo fw o r k f l o w t e c h n o l o g y t h ee x i s t i n gr e s e a r c h e sh a v e n ts o l v e dt h em o d e l i n ga n da n a l y s i sp r o b l e mo fw o r k f l o wm o d e ly e t t h er e a s o nc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w s o nt h eo n eb a n d , m a n yt e c h n i q u e st od e s c r i b ew o r k f l o wm o d e l a r eb a s e do nd i r e c t l ys 豇l s e t h er i c hs e m a n t i ci n f o r m a t i o nw i t h i nw o r k f l o wc a n tb ed e s c r i b e d i n t e g r a l l yd u et ol a c k i n gr i g o r o u ss e m a n t i c sd e s c r i p t i o na n ds o l i da c a d e m i cb a s i s s ot h e r ei sn om a t u r e m a t h e m a t i ca p p r o a c ht os o l v ea n a l y s i sa n dc h e c k i n gp r o b l e mo faw o r k f l o wm o d e l o nt h eo t h e rh a n d , t h ee x i s t i n st e c h n i q u em o s t l yf o c u s e do nt h es t r u c t u r eo fw o r k f l o wp r o c e s s , p a y i n gl e s sa t t e n t i o nt o d e s c r i p ta n dc h e c kd a t a , r e s o u r c e s ，a n ds t r u c t u r eo faw o r k f l o wp r o c e s ss i m u l t a n e o u s l y a c c o r d i n g l y , t h i sp a p e rp r o p o s e das e m a n t i cd e s c r i b i n ga n da n a l y z m ga p p r o a c ho faw o r k f l o wb a s e do nc s p f i r s t , r e f e r r e dt ot h ec s pt h e o r ya n dw o r k f l o wm e t a - m o d e l , t h ee v e n t sa n dt h eb a s i cp r o c e s s e sw i t h i n w o r k f l o wm o d e la r ep r e s e n t e d s e c o n d ，d u et ol a c k i n go fs e m a n t i ca n a l y z m ga b i l i t yo ft h ew o r k f l o w s t a n d a r dd e s c r i p t i o nl a n g u a g ex p d l ，t h i sp a p e rp r o p o s e da na p p r o a c ho ft r a n s f o r m i n gx p d lt oc s p p r o c e s si no r d e rt oe n h a n c et h es e m a n t i ca n a l y s i so fw o r l m o wp r o c e s sb yt h er i g o r o u sc s pt h e o r y t h i r d , b a s e do nt h er e s e a r c ho nt h es e m a n t i cc o r r e c t n e s so faw o r k f l o wm o d e l , w ee x p l o i t e dt h e r e f i n e m e n tr e l a t i o n s h i po fc s pp r o c e s sa n dt h et o o lf d r , s ot h a tw ec o ne a s i l ya n a l y z eaw o r k f l o w m o d e lb yc h e c k i n gt h ep r o p e r t ya s s e r t i o n s l a s t ，t h ee f f e c t i v eo ft h ea p p r o a c hi ss h o w e db ya ne x a m p l e w o r k f l o wp r o c e s sa n dt h ea p p l i c a t i o ni nt h ep r o j e c t k e y w o r d s ：w o r k f l o wm o d e l , c s p , x p d l ，s e m a n t i ca n a l y s i s 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他 个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 储橼样 授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文喜翥于弛 日期：羔证答车f 名 导师签名：屹别 日瓤趔侧 o r i g i n a l i t yn o t i c e h p r e s e n t i n gt h i st h e s i si np a r t i a lf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t sf o rt h em a s t e r sd e g r e e 教 e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y , 1w a l t d i i tt h a tt h i st h e s i si so r i g i n a la n da n yo ft h et e c h n i q u e s p r e s e n t e di nt h et h e s i sh a v eb e e nf i g u r e do u tb ym e a n yo ft h er e f e r e n c e st ot h ec o p y r i g h t , t r a d e m a r k , p a t e n t , s t a t u t o r yr i g h t , 0 1 p r o p r i e t yr i g h to fo t h e r sh a v eb e e ne x p l i c i t l ya c k n o w l e d g e d a n di n c l u d e di nt h er e f e r e n c e ss e c t i o na tt h ee n do f t h i st h e s i s c o p y r i g h tn o t i c e ih e r e i na g r e et h a tt h el i b r a r yo f e c n us h a um a k ei t sc o p i e sf r e e l ya v a i l a b l ef o ri n s p e c t i o n if i l r t h e ra g r e et h a te x t e n s i v ec o p y i n go f t h et h e s i si sa l l o w a b l eo n l yf o rs c h o l a r l yp u r p o s e s ，i n p a r t i c u l a r , s t o r i n gt h ec o n t e n to ft h i st h e s i si n t or e l e v a n td a t a b a s e s ，a sw e l la sc o m p i l i n ga n d p u b l i s h i n gt h et i t l ea n da b s t r a c to f t h i st h e s i s ，c o n s i s t e n tw i t h ”f a i ru s e ”a sp r e s c r i b e di nt h e c o p y r i g h tl a wo f t h ep e o p l e sr e p u b l i co f c h i n a 华东师范大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 工作流是在计算机辅助下全部或部分自动执行的工作过程。目前，工作流技术 作为支持企业经营过程重组、经营过程自动化的一种手段，已在并行工程、办公自 动化、计算机集成制造等方面得到了广泛的应用，大大提高了业务过程效率和生产 率。 工作流模型是对组织机构业务过程的抽象表示，包含了工作流执行所需要的各 种信息。工作流定义，也称流程定义或过程定义，是使用一定的建模、分析技术， 将现实世界中的业务流程描述成可用计算机处理的流程模型，流程定义是整个工作 流管理系统的核心之一。工作流模型是工作流执行的前提和基础，它的确定性保证 了工作流系统内各组成部分之间交互的一致性，也决定了一个工作流系统从设计开 发到运行实施的诸多环节【l 】。因此，工作流模型直接影响到整个工作流系统的正确 性与执行效率等关键问题。一个高质量的工作流模型能够充分的描述实际的业务过 程，最终影响整个系统的运行。 然而，实践表明，现实中定义一个工作流是一个非常复杂的过程，工作流过程 往往包含了丰富的语义信息，如果没有对这些信息进行全面的形式化描述和分析， 那么过程定义在投入运行之后才被发现有错，则修复错误的代价相当高，这个问题 引起了研究界和工业界的高度重视。因此，为避免这种情况的发生，在工作流定义 阶段对工作流模型的语义进行有效合理的形式化描述和分析是十分必要和重要的。 1 2 研究现状 1 2 1 工作流发展概述 工作流起源于生产组织和办公自动化领域，它是针对日常工作中具有固定程序 的活动而提出的一个概念。目的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色，按照 一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，以提高办事效率、降低生产 成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力【2 】。 华东师范大学硕士学位论文 第1 章绪论 近年来，工作流技术迅速发展。1 9 9 3 年成立了工作流管理联盟( w o r k f l o w m a n a g e m e n tc o a l i t i o n , w f m c ) ，其目的是通过制定工作流技术及其标准，提高不同 工作流产品之间的连通性和协同工作能力。它颁布了一系列工作流产品标准，如工 作流参考模型、工作流术语、工作流管理系统个部分间接口规格等，以实现不同工 作流产品之间的互操作性。工作流管理联盟给出的工作流定义是：工作流是一类能 够完全或者部分自动执行的业务过程，它根据一系列过程规则，使得文档、信息或 任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行 3 。w f m c 的成立标志着工作流技术 在计算机应用研究领域之中被明确的划分出了自己的一席之地，相应的概念与术语 也得到了人们的承认。在全球范围内对工作流技术的研究以及相关产品的开发进入 了更为繁荣的阶段，更多、更新的技术被集成进来，文件管理系统、数据库、电子 邮件、移动式计算i n t e m e t 服务等都被容纳到工作流管理系统之中。市场上工作流产 品极为丰富，据统计1 9 9 7 年市场上约有7 0 多种工作流产品在相互竞争，多家供应 商纷纷看好这块渐趋热点的i t 市场，19 9 7 年工作流产品的市场增长率超过3 5 。 目前，随着信息技术、分布对象技术、i n t e m e t i n t r a n e t 技术的发展，在全球范 围内对工作流的技术研究以及相关产品开发进入了更为繁荣的阶段，工作流产品的 市场每年都以成倍速度迅猛增长。其中比较著名的有l o t u sd o m i n o ，n o t e s 办公自 动化系列软件，m m 的m q s i r i e sw o r k f l o w ，u t i m u s 的业务流程管理产品等。 1 2 2 工作流模型描述分析技术 虽然工作流技术由工作流概念的最初产生到现在得到了很大的发展，但目前对 工作流模型描述和分析的技术还远没有成熟，还处于百家争鸣的时代。现有的各种 工作流模型，大部分都是从直观感觉出发，以图形语言或者文本语言来定义工作流 过程。这种定义的方法实际上仅仅是处于用户层上，但无法对工作流的语义本质特 征进行形式化描述，更谈不上对过程的语义分析与评价。 目前较常用的国内外相关研究方法主要有以下几种： 1 s a d i q 和o r l o w s k a 使用图形符号语言来描述业务过程 4 】。这些符号分为两类：节 点和变迁，节点又分为任务节点( 用方框表示) 和协作节点( 用圆圈表示) 。任务节 点继续分为活动节点、子过程节点、活动块节点和空节点，协作节点表示选择 ( c h o i c e ) 合并( m e r g e ) ，也就是分别代表或分x ( o r - s p l i t ) 与或合并( o r - j o i n ) 。变迁为 连接两个节点之间的有向边，表示节点之间的执行顺序和数据流动关系。使用 这种方法可以将业务过程表示为一个有向无环图( d i r e c t e d a e y e l i cg r a p h , d a g ) ， 2 华东师范大学硕士学位论文第1 章绪论 它有一个开始节点和一个结束节点。对于这种描述方法，在文献 5 中，s a d i q 等入对有向无环图( d i r e c t e da c y c l i cg r a p h ，d a g ) 表示的业务流程证明其结构 的正确性。在证明工作图结构正确性的同时使用了如下五种归约规则：终结符 规约、顺序规约、邻接规约、闭合归约和重叠归约。如果一个工作流图是正确 的，则反复使用这些归约规则可以将工作流图归约为空。但是由于图形结构表 达方式的局限性，这种流程模型验证方法只能对部分流程结构中存在的问题进 行分析和验证，不能广泛应用在一般的流程模型验证问题中。 2 统一建模语言( u 地) 是一种图形化建模语言，近年来已经成为软件开发事实上 的标准。观的定义有两个主要组成部分：语义和表示法。u m l 的语义用自然 语言描述，表示法定义了u m l 的可视化标准表示符号。u m l 中的一些图可以用 在企业建模、业务工程和过程分析上。u 札提供标准的图形元素，具有较强的 直观性，采用对象传递表示信息流，可以通过消息机制来同步活动。h e n d r i k e s h u i s 提出了使用活动图来对工作流进行建模、分析和验证 6 。首先提出了 u m l 活动图的两种执行语义：需求级语义和实现级语义。在给出了活动图语义之 后，h e n d r i ke s h u i s 将需要被验证的工作流约束用时态逻辑来表示 7 。最常用 的时态逻辑是线性时态逻辑( l t l ) 和计算树逻辑( c t l ) 。然而，在它的语义表示 中，也没有对工作流过程定义的控制流进行表述，因此他的活动图语义的准确 性是无法保证的，这也在很大程度上削弱了他的验证方法的准确性和有效性。 总的来说，u m l 仍然是利用静态图的方式来表示工作流的动态过程，它介于形 式化与图形化描述之间，是半形式化的，其对工作流过程中根据现有资源灵活 决策、动态选择工作项表示不足。u m l 逻辑描述能力相对较弱，缺少精确语义， 不支持模型的验证和优化。 3 wm pv 趾d e ra a l s t 提出的一套基于p e t r i 网的工作流建模和验证理论 8 ，是当前 研究及使用较为广泛的方法。p e t r i 网变种( 高级p e t r i e ) 用来建模也是工作流过程 模型研究的一个热点。通常库所表示活动，而变迁则表示活动间的转移。但也 有用变迁来表示活动，库所表示活动使能条件的做法。p e t r i 网是一种常用的建 模工具，e l l i s 和n u t t 在p e t r i 网的基础上提出- r i c n ( i n f o r m a t i o nc o n t r o ln e t s ) 模型【9 】， v a n d e ra a l s t 贝o 在p e l r i 网的基础上定义了w f - n e t s ，即工作流网。p e t r i 网建模时经 常会出现结点过多的问题，随着业务过程复杂性的加大，p e t r i 网中变迁与库所 的数目增多，其模型复杂程度急剧上升，不易于用户的理解。实际上，p e t r i 网 基于状态的特点是在模型的构成上通过增加模型组成元素来实现的。与其他类 似的模型相比，p e t r i 网实际上是把过程的状态通过库所中的托肯以显式地表 3 华东师范大学硕士学位论文第1 章绪论 达。这就给p e t r i 网带来了一个必然的不良影响组成模型的元素数量过多。 一个活动网络图中的活动在p e t r i 网中需要一个库所、一个变迁以及连接其间的 一条连弧来表示，这必然使模型变得复杂化。即使是一个比较简单的过程，其 相应的p e t r i 网模型也会有较多的库所与变迁；对于复杂的过程，这一问题则更 显突出。文献 1 0 中对基本p e t r i 网中的托肯和变迁进行数据和资源信息方面的扩 充，提出了基于语义验证化简规则，使用p e t r i 网化简技术来对过程定义进行语 义验证。虽然p e t r i 网化简技术可以减少网的空间状态，为模型分析和评价提供 可能，但由于p e t r i 网只有模型没有演算，利用它来验证模型计算和语义特性较 为困难。 因此，我们可以看出，在目前工作流的模型描述方面，缺乏一种支持过程定 义、过程演进以及过程分析的形式化的数学模型，由于缺乏理论层的模型支持，还 不能充分描述工作流的本质，工作流在应用的许多关键特性上也有待改进。工作流 模型的核心是对过程的定义，以图形语言或者文本语言来定义工作流过程对用户而 言是比较理想的方式，但仍没有有效的方式对非形式化描述进行分析和评价。虽然 有的模型具有形式化的数学描述，比如p e t r i 网，但从模型能力上距离对工作流的 语义属性描述仍有差距。由于缺乏理论层的模型支持，使得工作流在应用的许多关 键特性上无法得到保证，这些都大大限制了工作流在企业应用中的推广。另一方 面，可以看出，现有工作流模型技术主要是对业务过程结构的形式化描述，在工作 流模型中说明活动所访问的数据和参与活动的执行者，缺少对数据资源和执行者组 织结构的描述和分析，因此缺乏对工作流模型的全面描述和分析。 1 3 本文研究内容 本文研究的出发点是针对现存工作流模型分析技术的不足，特别是忽略了对工 作流模型进行语义描述和分析，即没有结合模型中数据和资源方面的描述和分析。 通过采用能够很好描述模型语义属性的进程代数c s p ，对工作流模型中各语义信息 属性进行分析与检测，来弥补缺乏语义分析的缺点。本文主要研究了工作流模型的 c s p 描述分析与检测的过程，重点是对工作流模型语义描述和分析的改进，提出工 作流模型语义的c s p 描述、工作流定义语言标准x p d l 与c s p 进程的映射算法以及利 用c s p 的精化特性对工作流进行语义分析检测的方法。 简言之，本文的研究工作主要有： 1 ) 研究当前工作流模型描述分析采用的主要技术，分析现有成果的局限性； 4 华东师范大学硕士学位论文 第1 章绪论 2 ) 对工作流模型进行了深入研究，给出了工作流模型中的c s p 事件与进程； 3 ) 分别分析x p d l 主要元素：任务、连接弧、条件以及子网，给出了x p d l 向c s p 进程的转化规则。由于x p d l 是w f m c 制订的业务过程模型描述标准，因此该 映射适合所有业务过程建模工具。 4 ) 研究如何对工作流模型c s p 进程进行语义分析，提出了使用模型检测工具 f d r 对工作流模型语义特性进行分析的方法； 5 ) 研究工作流模型c s p 描述与分析方法在工作流系统中的应用。 1 4 本文组织结构 本文的组织结构如下： 第一章绪论 介绍了工作流模型语义描述分析的研究背景、意义及研究现状，并指出本文的 主要研究工作。 第二章c s p 对工作流模型的语义描述 介绍进程代数c s p 的基本概念和运算，在研究工作流元模型的基础上，介绍如 何使用c s p 来描述工作流模型中的事件和进程。 第三章x p d l 与c s p 进程的映射方法 介绍工作流模型定义标准语言x p d l ，出并具体说明x p d l 各主要元素到c s p 的映 射，使之转化为c s p 进程的方法。 第四章工作流模型的语义分析检测 详细阐述工作流模型语义分析内容，并提出并介绍了使用自动化工具f d r 对工 作流模型语义属性进行分析的方法。然后举一工作流流程实例，详细说明了其c s p 语义描述和分析过程。 第五章工作流模型的c s p 描述分析在工作流系统中的应用 研究工作流模型的c s p 描述分析中工作流系统中的应用，说明方法的有效性。 第六章总结与展望 对本文进行总结与展望。 5 华东师范大学硕士学位论文 第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对经营过程的抽象表示。工作流模 型应该完整地提出支持工作流定义的概念，为用户提供工作流定义所需要的组件或 元素。与其他工作流描述语言相比，进程代数c s p 具有很好的代数性质，不仅有刻 画并发任务系统行为的模型还具有进行推理的形式演算系统，被认为是一种非常成 功的说明性语言，为工作流语义的描述和分析提供了很好的机制。 本章在对c s p 的基本概念和运算做简单介绍的基础上，参照工作流管理联盟提 出的一个工作流过程元模型，定义了工作流模型的c s p 语义描述，包括模型当中的 事件和基本进程，为工作流模型分析检测工作做铺垫。 2 1 c s p 简介 c s p ( c o m m u n i c a t i n gs e q u e n t i a lp r o c e s s ，通信顺序进程) 是著名计算机科学 家、图灵奖得主c a r h o a r e 教授在1 9 7 8 年提出的代数理论，它是一种并发、分布 式程序设计语言模型，是一个专门为描述并发系统中通过消息交换进行交互的通信 实体行为而设计的一种抽象语言，它可用于计算机科学的许多领域。c s p 具有进程 代数的特点，长于描述事件的发生和进程之间的关系，在分布计算环境中具有较为 完整的代数演算能力，因此在模型描述和分析技术中得到了很好地应用。 c s p 方法是一种数学框架，可以用它来描述与分析由很多组建( 进程) 组成的 系统，这些组建( 进程) 通过交换消息而相互作用 1 1 。它是一种用来描述通过传 递消息来进行通信的并行代理系统的符号，可以把它看作是一种描述语言：一种记 录研究系统类型的通用方法，它可以提供所描述系统的形式化研究所需的所有机 制。使用称为c s p 的精确的进程同步的数学理论，可以在设计时最好地处理死锁和 活动锁之类的问题，它提供了有效的方法，证明用它的构造和工具构建的系统可以 免除并发的常见问题。使用c s p 的主要优势是：对进程每一阶段的行为进行精确地 指定和验证。 2 1 1 c s p 基本概念 一个c s p 进程描述为通过通信与其他进程或者外部环境相互交互，一个进程是 6 华东师范大学硕士学位论文 第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 一序列动作，每个或者一系列动作是一个事件 1 2 。在构建一个进程时，我们首先 要确定通信事件的字母表，即一个进程( 包括任何其他相关进程) 可能包含的所有 事件集合。当我们要用c s p 来呈现一个真实的系统，字母表的选择是最重要的。这 个选择策略决定了最终描述的详细水平或抽象水平，决定了是否有可能获得一个合 理的结果。这里我们假设所建立的所有事件集合为。 c s p 语言提供了一种描述进程可达状态的方法。于是进程就这样运行：选择任 一初始动作，等待动作结束的状态出现，选择这个状态中的一个动作，再等待，再 选择为了让动作能运用自如，c s p 允许使用混合动作，这种混合动作是用一个 点把成分合并在一起的，如c x 。c s p 中的进程构成了复杂系统的基本构造块 一个进程可以同一个或多个其他进程连接起来，从而构成一个进程网络。可以把这 个网络本身想像成一个进程，这个进程还可以递归地与其他进程、它们自己的网络 或者其他类似东西组合在一起，形成一个为了最好地解决手上问题而设计的复杂排 列的金字塔。 c s p 是基于字母表、迹和拒绝集的概念 1 3 。进程的字母表，即进程所参与的 事件的集合，用曲表示。进程的迹是进程所允许的事件序列，迹的全集用 t r a c e s ( p ) 表示。进程的失效( f a i l u r e ) 是迹与拒绝集组成的对( s ，x ) ，失效对的第1 个元素s 是进程的个迹，第2 个元素x 是进程在该迹上的一个拒绝集r e f u s a l ， 即进程可以拒绝执行的事件集。如果一个进程可以拒绝执行任何事件，该进程则处 于死锁( d e a d l o c k e d ) 状态。 2 1 2 c s p 基本运算符号 p ；q 顺序关系 p f i q外部选择操作 pi - iq 内部选择操作，即进程间非确定性的选择( n o n - d e t e r m i n i s t i c ) p i iq 并行关系 p 川q 并发交错操作 p a 隐藏操作，其中p 是进程a 是在p 的外部环境中被隐藏的事件集 p i a i q 进程p 和进程q 对于集合a 中事件的交错操作 s k i p进程成功终止执行 s t o p 进程死锁 下面对上述运算符进行简要介绍： 7 华东师范大学硕士学位论文第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 前缀 假设a 是一个事件，p 是一个进程，且a e y 。a p 表示执行a 的程序之后按照 p 来运行。这个操作称之为前缀，它是把事件引入进程的方法。 顺序组合 p ；q 表示在p 的事件运行结束之后，然后才运行q 的事件。 选择运算符 p i - i q 表示给出两个进程中动作的选择项，然后按照其中一个选择的动作进 行。例如( a p ) 口( b q ) ，如果选择的第一个事件是a ，则表现为p ；反之选 择b 的话，则表现为q 。 对于选择运算符还可能出现这样的情况： ( a a p ) 口( a b q ) 在初始事件a 之后，这个进程可以只提供a 选择或者只提供b 选择，这就与a 一 ( ( a p ) 口( b q ) ) 有着很大的不同，因为它必须同时提供两种选择a 和b 。因 此，这里就引进非确定性选择运算符，记为p i i q 。 并行运算符 并行运行c s p 进程，它会通过影响进程通信来相互影响。c s p 擅长描述进程在 并行网络中的运行，它将并行组合视为一个进程。在构造网络时，就可以使用 1 l 把进程并行放置，同时指定进程在哪些事件上同步。例如，接口并行符p 旦q 表示p 和q 在x 的所有事件中都是同步的，但是允许它们自由执行x 以外的事件。 为了构造复杂网络，h o a r e 为每一个进程提出字母表的概念。例如，p _ q 表 示p 与q 并联，且p 和q 的字母表分别是x 和y 。穿插并行运算符“ 是虮i 的缩 写，例如，p i i iq 表示p 和q 无需在任何事件中同步，两个进程分别执行。川s 执行s 集合中所有进程的并行运行。 隐藏 即把内部行为的细节隐藏起来。假设p 是任意进程，而x 是一个事件的集合，那 么p x 表示在p 的运行过程中，x 的所有事件均不可见。与并行运算符合并使用， 可以将并行进程的连接事件进行隐藏，将可见动作变为不可见。 2 1 3 c s p 精化概念 c s p 进程描述了行为的模式，如果进程匹配某个行为模式，那么就可以用该行为 替换原有的行为；我们需要一种精化关系( r e f i n e m e n t ) 来保证一个进程满足另外一 8 华东师范大学硕士学位论文 第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 个进程的所有属性 1 4 。例如，有两个进程p 和q ，如何判断q 是否是p 的一种细化? 现在，假设q 总是遵循这些约束，仅拒绝存在于p 的失效集合中的事件，并且只接受 其迹集合中的事件。此时q 具有p 的所有属性，因此称q 是p 的精化。这里， 1 。把迹精化记为p 7qt r a c e s ( q ) ；t r a c e s ( p ) 【1 4 】 2 失效精化记为pe ，qf a i l u r e s ( q ) cf a i l u r e s ( p ) 【1 4 】 例2 1 ：假设有规范进程表现为一位缓冲区，用进程c o p y 表示： c o p y 皇l e f t ? x - r i g h t ! x 呻c o p y 现假设有一实现进程使用分开的发送和接收进程，通过一个信道m i d 和一个确认信 道a c k 进行通信 s e n d 垒l e f t ? x - _ m id ! x - 呻a c k - , s e n d r e c 宝m i d ? x - t r i g h t ! x - a c k 呻r e c i - s y s t e m 垒( s e n d z i ir e c ) x ，w h e r ex = i m i d ，a c ki ) 在这个系统中，进程s e n d 把从l e f t 接收的消息发送到信道m i d ( 使用隐藏， 对s y s t e m 来说为内部) ，然后等待确认a c k 。同样，r e c 接收来自内部信道的消 息，并把它传递到r i 出。然后执行确认行为a c k ，使得整个进程重新再开始。我们 可以得到c o p yes y s t e m ，证实通过一个确认信号，消除了由两个通信进程引入的额 外中间转化。 2 2 工作流过程元模型 工作流管理联盟为工作流过程定义提出了一个基本的元模型，确定了过程定义 中的基本对象类型集，实际上就是对一系列元模型实体进行描述。工作流过程定义 元模型是从实际的经营过程抽取的一种计算机可描述的抽象模型，是工作流建模工 具实现的理论基础。模型定义了过程定义中使用的顶级实体集合，包括了工作流过 程定义、工作流过程活动、变迁信息、工作流应用程序声明、工作流参与者定义、 工作流相关数据、系统和环境数据等，如图2 1 所示。 9 华东师范大学硕士学位论文第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 图2 1 工作流定义元模型 元模型描述过程定义中包含的顶层实体，它们的关系及其属性，也定义了各种 各样与过程模型相关的分组过程约定，以及跨各种不同过程定义或模型的公共定义 数据的使用 3 】。 顶层实体如下图所示： 模型定义了如下基本实体： a ) 工作流定义( w o r l d l o wd e f i n i t i o n ) 也称过程模型，由过程分析、建模和定义工 具生成，并由工作流引擎解释执行。 b ) 活动( a c t i v i t y ) 活动是组成工作流的基本元素，对应于企业经营活动中的任 务，反映完成企业经营过程需要执行哪些操作。一个工作流也可看成由若 干活动按特定顺序执行的过程。其属性包括活动名称、类型( 子流程、原子 级活动等) 、活动执行的前后条件等。 c ) 转移条件( t r a n s i t i o nc o n d i c t i o n ) 包含过程执行的前、后条件，活动的执行条 件等。 m 工作流相关数据( w o r l d l o wr e l a t i v ed a t a ) i 作流管理系统根据工作流相关数 据确定过程实例状态转换的条件，进行过程的推进。工作流相关数据可被 外部应用访问并修改，其属性包括数据名称、类型、值等。 e ) 角色c r o l e ) 角色主要根据企业组织模型，描述企业经营过程中参与操作的人 员和组织单位。其属性包括角色名称、组织实体。 d被激活的应m o n v o k e da - p p l i c a t i o n ) 在过程描述中，一个活动可能对应一个或 多个应用，这些应用在过程执行过程中被工作流执行服务( 工作流引擎) 所调用。 1 0 华东师范大学硕士学位论文 第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 2 3 工作流模型语义的c s p 描述 对于一个工作流模型来说，它包含了工作流执行所需要的各种信息，不仅仅是 控制流，还有如数据流、角色和执行者等等。w v a l ld e ra a l s t 也认为工作流模型可 以从多个视角进行描述，可以从控制流方面( 关注工作流中任务间的控制流依赖关 系) 、数据方面( 关注工作流中数据的作用范围及其传输) 、资源方面( 关注任务分 配相关的资源等) 以及异常处理方面进行描述和分析。 根据w f m c 制定的工作流过程定义元模型，并借鉴w v a i ld e ra a l s t 提出的控制 流模式【1 5 】、数据流模式1 1 6 1 等，使用进程代数c s p 对工作流元模型语义信息进行描 述，为工作流模型定义各事件及进程，包括模型中的数据信息及资源信息。 2 3 1 工作流模型中的语义信息 在工作流模型当中，控制流描述是对业务过程结构中各种实体及其约束关系的 描述，即组成过程的基本活动以及活动之间的关系，它是工作流流程执行的关键部 分。工作流过程处理实际上是其中的活动按照这种约束关系而先后执行，活动是构 成工作流过程的基本单位。因此很多对工作流模型的描述方法往往只关注在控制流 的描述上，认为描述控制流就可以描述整个工作流模型。 然而，同控制流一样，数据流也是工作流实例执行过程中的重要组成成分。活 动在执行过程中需要访问外部数据，它们或者作为任务的输入流，或者作为任务的 输出流。一个任务输出的数据也可能作为另一个任务的输入，任务之间由于所访问 的数据而产生约束关系。因此，在建立工作流模型的活动时，也需要与该活动相关 的数据对象，提供必要的数据以使工作流过程中的应用程序及执行者能够正确完成 给定的任务。在定义一个活动时，需要定义它的输入数据对象和输出数据对象。此 外，工作流的过程流中也存在着根据数据对象控制流程的转移的情况。文1 1 7 】中提 出，根据数据对象在工作流中的作用，可分为控制数据、应用数据、外部数据及时 间数据。另外，文献1 1 8 1 中提到“是资源在完成任务，而不是流程 ，因此仅仅关注 控制流和流程相关数据还不够，还必须将活动涉及的资源也考虑在内。 工作流模型中的数据包括工作流相关数据和工作流应用数据。其中： 工作流相关数据：指与工作流过程流相关的数据。工作流管理系统使用这些数 据来确定工作流实例的状态转移，并决定相关的逻辑转移，例如过程调度决策数 据、活动间的传输数据等。工作流相关数据既可以被工作流引擎使用，也可以被应 华东师范大学硕士学位论文 第2 章c s p 对工作流模型的语义描述 用程序调用，可以被