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东北大学硕士学位论文摘要 e s c o p e w o rk 中工作流调度与动态配置 机制的研究与实现 摘要 随着企业业务规模不断扩大，企业间的合作日益密切。企业和企业之 间的交流迫切需要工作流技术的支持。 很多领域( c i m s ) 中的业务流程要比一般商务业务流程复杂得多，一 般包括成百上千个业务环节。有时不同的环节位于不同的车间或不同的企 业，也就是说业务流程中的不同环节( 任务) 一般是分布在一个异构的环 境中。已有的工作流技术不能满足这种分布式复杂应用的需求。特别的， 从2 0 世纪9 0 年代以来，随着供应链管理概念的广泛而迅速的应用，市场 对跨企业的工作流解决方案的需求不断增长。另外，企业的业务流程必须 适应市场的变化，因此，工作流管理系统必须具有动态重配置的能力。 w e bs e r v i c e 技术的出现是分布式计算领域的一次飞跃。越来越多的企 业和组织将自己的信息服务封装成w e bs e r v i c e ，通过i n t e r n e t 发布，便于 用户访问。在大规模复杂应用环境中，工作流常常需要访问部署在i n t e r n e t 上自治的w e b 服务器上的w e bs e r v i c e 。 本文提出了一种基于w e bs e r v i c e 的灵活的工作流管理系统 e s c o p e w o r k 的体系结构。这种体系结构是可以根据用户的需求而灵活变 化的。此外本文讨论了面向大规模复杂应用的工作流管理系统中工作流的 分布式调度问题，针对复杂领域任务复杂多样性、分布性和参数传递等特 性，提出了适合于大规模分布式工作流调度的处理机制。最后，本文也讨 论了工作流管理系统中工作流的动态配置问题，提出了动态配置的需求、 三种执行策略以及为了保证动态配置正确执行需要解决的问题，最后介绍 了es c o p e w o r k 系统中对动态配置机制的支持，包括动态配置的步骤和对 i i 东北大学硕士学位论文 摘要 象持久化机制，以及如何应用这些机制来实现动态配置。 关键词工作流工作流管理系统体系结构调度动念配置w e b 服务 以i i 东北走学硕士学位论文 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fw o r k f l o wc o o r d i n a t i o n a n dd y n a m i c c o n f i g u r a t i o n i ne s c o p e w o r k a b s t r a c t w i t ht h e r a p i de n l a r g e m e n t o f e n t e r p r i s e s b u s i n e s s s c a l e s ，t h e c o o p e r a t i o na m o n g s te n t e r p r i s e s b e c o m e sm o r ea n dm o r e c o n s a n g u i n e o u s t h ei n c r e a s i n ge x p a n d e de n t e r p r i s ea c t i v i t i e sn e e dt h es u p p o r t so fw o r k f l o w t e c h n o l o g y t h en e wb u s i n e s sp r o c e s s e si n m a n yc o m p l i c a t e da p p l i c a t i o n ss u c ha s c 1 m sa r em o r ec o m p l e xt h a no r d i n a r yb u s i n e s sp r o c e s s e s ，i n c l u d i n gh u n d r e d s o ft a s k s s o m e t i m e s ，t h e s et a s k sm a yb ea c r o s s w o r k s h o p sa n de v e na c r o s s e n t e r p r i s e s t h a ti s t os a y ，t a s k si nab u s i n e s sp r o c e s sm a yb ed i s t r i b u t e di na h e t e r o g e n e o u se n v i r o n m e n ta n de x i s t i n gw o r k f l o wt e c h n i q u e sc a n n o tm e e tt h e r e q u i r e m e n t so ft h e s ed i s t r i b u t e dc o m p l i c a t e da p p l i c a t i o n s s p e c i a l l y ，s i n c e t h e19 9 0 st h e c o n c e p t o fs u p p l yc h a i n m a n a g e m e n th a s b e e n e x t e n s i v e l y a p p l i e d t h er e q u i r e m e n to f t h ew o r k f l o ws o l u t i o nc o n t i n u o u s l yi n c r e a s e s i n a d d i t i o n ，t h eb u s i n e s sp r o c e s so fo n ee n t e r p r i s em u s ta d a p tt ot h ec h a n g eo f m a r k e t s o ，t h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mm u s tb ep r o v i d e dw i t ht h e a b i l i t yo fd y n a m i cr e c o n f i g u r a t i o n t h ee m e r g e n c eo fw e bs e r v i c ei sal e a po ft h et e c h n o l o g yo fd i s t r i b u t e d c o m p u t i n g m o r ea n dm o r ee n t e r p r i s e s a n do r g a n i z a t i o n s e n c a p s u l a t et h e i r i n f o r m a t i o ns y s t e m si n t ow e bs e r v i c e ，a n dr e l e a s et h e mv i ai n t e r n e t i nt h e e n v i r o n m e n to fl a r g e - s c a l ea n dc o m p l e xa p p l i c a t i o n ，w o r k f l o ws y s t e mm a y o f t e na c c e s st h ew e bs e r v i c e sl o c a t e di nt h eh e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m t h is p a p e rp r e s e n t s aw e bs e r v i c eb a s e da n df l e x i b l ew o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r e t h i s a r c h i t e c t u r ec a nc h a n g ea c c o r d i n gt o t h er e q u i r e m e n t so ft h eu s e r i na d d i t i o n ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h em e c h a n is m i v 东北大学硕士学位论丈 o ft a s kc o o r d i n a t i o ni nw o r k f l o ws y s t e m a i m i n ga ts o l v i n gt h ep r o b l e m si n l a r g e 。s c a l ea n dc o m p l e xa p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ，t h i sp a p e rp r e s e n t sak i n do f t a s kc o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m l a s t ，t h i sp a p e ra l s od is c h s s e st h ep r o b l e m so f w o r k f l o wd y n a m i cr e c o n f i g u r a t i o nm e c h a n i s m ，a n dp r e s e n t st h er e q u i r e m e n t s o fd y n a m i c c o n f i g u r a t i o n a n dt h e s t r a t e g i e s o ft h ee x e c u t i o no fd y n a m i c c o n f i g u r a t i o n t h i sp a p e ra l s op r e s e n t st h e s u p p o r tf o r t h em e c h a n i s mo f d y n a m i cr e c o n f i g u r a t i o n i n e _ s c o p e w o r k ，i n c l u d i n gt h es t e p s o fd y n a m i c c o n f i g u r a t i o na n dt h em e c h a n i s mo fo b j e c tp e r s i s t e n c e ，a n dh o wt oi m p l e m e n t t h i sm e c h a n i s mi ne s c o p e w o r k k e y w o r d s w o r k f l o w ，w o r k f i o w m a n a g e m e n ts y s t e m ；a r c h i t e c t u r e ， c o o r d i n a t i o n ，d y n a m i cc o n f i g u r a t i o n ，w e bs e r v i c e v 声明 本人所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本入为获得其它学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了 感谢。 本人签名： 日期 掀甲 d p 牛i 8 东北大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 问题的提出 第一章引言弟一早- i 甬 为了支持面向虚拟企业的企业内和企业间业务的协调和控制，提供灵 活的工作流调度机制，实现不同级别的业务处理流程需求，我们将在 e s c o p e 系统中开发基于m i c r o s o f t n e t 框架的，面向服务体系结构的：l 作 流管理系统一一e s c o p e w o r k 系统。而分布调度和动态配置是其中的重要 组成部分。 1 2 工作流管理需求 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对同常工作 中具有固定程序的活动而提出的一个概念。提出的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，达到提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理 水平和企业竞争力的目标。实际上，自从进入工业化时代以来，有关过程 的组织管理与流程的优化工作就一直在进行，它是企业管理的主要研究内 容之一。 随着计算机网络技术和分布式数据库技术的迅速发展和日趋成熟，工 作流技术为企业更好的实现经营目标提供了先进的手段。工作流技术一出 现，马上就得到了广泛的重视和研究。至今工作流管理技术已成功的运用 到图书馆、医院、保险公司、银行等行业，然而它更重要的应用还是在工 、啦领域，特别是在制造业领域中。 在企业应用实际中，虽然工作流的概念相对于物流、资金流、信息流 等概念要抽象一些，但是工作流从更高的层次上提供了实现物流、资金流、 信息流及其涉及的相关过程与应用的集成机制，从而使得企业能够实现业 东北大学硕士学位论文第一章引言 务过程集成、业务过程自动化与业务过程的管理。在工作流概念下实现业 务过程集成与业务过程自动化的集成机制是通过定义不同任务之问相互 关系的工作流模型来实现的。在工作流模型中，无论是具体的物料转移动 作、实际装置的操作动作、还是抽象的信息处理动作与决策过程，都可以 用工作流的基本组成元素一一任务来统一的进行描述。同样，反映不同任 务之间的关系，都可以用工作流的基本组成元素一一控制流来统一的进行 描述。控制流反映了对企业业务经营过程的一种控制逻辑，它定义了活动 之间的连接关系和执行顺序。 信息传递和信息处理构成了企业和行政管理部门的业务工作中的主 要内容之一，也是计算机管理信息系统的主要功能之一。如何方便的在不 同的业务部门、业务人员之间高效的进行信息传递是企业领导、业务人员、 包括现在的计算机软件开发人员十分关心的问题。企业业务人那原希望能 够以一种无纸化的、计算机使能的工作环境来开展其日常的业务工作。工 作流作为一种面向过程的系统集成技术出现了。 随着网络技术以及分布式计算技术的成熟，目前，在全球范围内，对 工作流技术的研究以及相关的产品开发己进入了更为繁荣的阶段。j ：作流 产品已达上百种。最著名的要属m i c r o s o f t 公司开发的e x c h a n g es e r v e r 和 b i z t a l ks e r v e r ，以及i b m 公司开发的l o t u sn o t e s 。工作流技术在一些行 业种已获得了较好的应用，取得了较好的经济效益。由于工作流管理种还 存在一些关键技术有待研究，限制了其在大规模复杂应用种的应用，但随 着工作流技术的进一步发展，它必将在提高企业的效率和竞争力、使企业 更好的适应市场变化等方面起到举足轻重的作用。 1 3 工作流管理中的基本概念 工作流管理一直是在企业界和学术界的热点领域，经过多年发展之 后，涌现出许多工作流产品和原型系统。面对市场上涌现出的众多工作流 产品，工作流管理的标准化显得十分迫切。1 9 9 3 年，国际上专门成立了工 东北大学硕士学位沦文 第一章引言 作流管理联盟( w f m c ) ，以对工作流管理标准化，进而推动工作流技术快 速发展。它所发稚的工作流参考模型和工作流过程定义元模型等参考模型 是在参考各类工作流产品和原型系统后提出来的。 工作流是为提高工作效率而提出的一个概念，工作流管理联盟 ( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ) 将工作流定义为：业务流程的全部或 部分自动化，在此过程种，文档、信息或任务按照一定的过程规则流转， 实现组织成员间的协调工作以达到业务的整体目标。在实际应用中通过将 业务活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来完成业务过程的执 行和监控，达到提高生产组织水平和工作效率的目的。 定义1 1 工作流：工作流是指整个或部分业务过程在计算机支持f 的全自 动或半自动化。 通常，把凡是由计算机软件系统( 工作流管理系统) 控制其执行的过 程都称为工作流。一个工作流包括一组活动( 也称任务) 以及它们之间的 执行顺序关系、过程及活动的启动，终止条件、对每个活动的描述，活动问 的输入输出数据。一个工作流对应实际应用中的一个具体业务流程，完成 一个实际业务目标。 定义1 2 工作流管理系统：一个工作流管理系统能完整地定义、管理工作 流，并以执行软件的方式执行工作流，其执行次序是由工作流逻辑的计算 机表示驱动。 通常，一个工作流管理系统指运行在一个或多个工作流引擎上，用于 定义、实现和管理工作流运行的一组软件系统。它与执行者( 人、应用) 交互，推进工作流的执行，并监控工作流的运行状态。 定义1 3 活动：活动指能够独立执行的工作单元。工作流中的活动或者是 。个由自动执行的软件系统完成的活动，或者是一个由人或组织参与的活 动。 活动是工作流的基本构成单位。在有些工作流管理系统中，常常将活 动称为任务。在余下的章节中，按照习惯将活动称为任务。 定义1 4 业务流程：在功能确定的组织结构中，能够实现业务目标和策略 3 一 东北大学硕士学, f i 4 , e 文 第一章引言 的相瓦连接的过程和活动集。例如：软件开发过樗、项日审批过程等。 1 4 工作流元模型 根据工作流管理联盟的建议，在工作流管理系统中主要应包括如下的 组件：工作流过程定义工具、管理和监控工具、工作流使动服务、丁作流 应用和与其它工作流管理系统的接v i 。如图1 1 所示。 这个结构给出了工作流管理系统的主要组件和接1 3 。下面给出了关于 这些组件的概要介绍，更详细的介绍请参见 h 0 1 9 5 】。在这个参考模型中， 核心组件是工作流使动服务。 为了使工作流使动服务和其它组件进行通信，工作流使动服务和其它 组件的接口被设计成w a p l 和交换格式。 1 ) 过程定义工具：在工作流管理系统中，可以通过过程定义工具定义 4 图11 】j 作流参考模型- 组件和接口 f i g 1 1w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l c o m p o n e n t sa n di n t e r f a c e s 4 东北大学硕士学位论文 第一章引言 某组织的一个r 作流，在这个定义中，给出了该工作流所包含的所有任务， 任务之间的执行次序和数据依赖。为了定义一个组织的工作流，1 作流管 理联盟还提供了工作流过程定义元模型，指明工作流定义应包含的工作。 关于这个元模型的介绍，请参看第1 3 3 部分。 2 ) 管理和临控工具：工作流监控器负责检查和报告工作流运行状态， 以及系统中各场地的状态。 工作流应用可分为工作流客户应用和被调用的应用，下面分别介绍其 功能。 3 ) 工作流客户应用( c l i e n ta p p l i c a t i o n ) 拘功能 工作流客户应用 工作流客户应用是需要人工介入的应用，工作流引擎与这些应用间的 通信是通过工作列表实现的，工作列表是交付给特定用户的工作流任务的 一个队列。工作流列表处理器是一个软件实体，在涉及人力资源的活动中， 是它和端用户交互的。简单地说，工作流引擎访问工作流列表的目的是添 加新任务，而工作列表处理器的目的是检索工作流任务交付用户执行。 工作流客户应用接口( 接1 32 ) 在工作流参考模型中，工作列表处理器和工作流引擎间的通信是经过 一个定义好的接口工作列表实现的。不同的产品，工作列表的实现是不同 的。 4 ) 被调用的应用( i n v o k e da p p l i c a t i o n ) 的功能 被调用的应用 被调用的应用包括两方面，一是对于遗产系统，调用这样的系统需要 通过一个标准的“应用代理”来处理和被调用的应用间的不标准的通信， 而代理和工作流引擎间的通信是标准的：二是对于新开发的工作流使能的 应用，这些应用使用标准的a p i 和工作流引擎通信。一些应用调用接口如 图1 1 所示。 被调用应用的接口( 接口3 ) 一5 东北大学硕士学位论文 第一章引言 5 ) 工作流使动服务：它是一个软件服务，由一个或多个f ：作流引擎 组成。这个服务可以创建、管理和执行工作流实例。工作流应用通过工作 流编程接口( w a p i ) 挂接到这个服务上。 在标准中，工作流使动服务是以一个逻辑实体来讨论的，但物理上它 可以是集中式的或分布式的。 ：t ：作流使动服务访问外部的资源需要经由以下两个接口： 客户应用接口：通过这个接口，工作流引擎和一个工作列表处理器交 互，： 作列表处理器负责组织安排工作任务，它从工作列表中选择并将任 务交付给处理实体执行，有时它还会激活某些应用程序。 被调用的应用接口：通过这个接口，工作流引擎可以直接驱动一个特 定的工具来完成某一活动，这样的活动典型地是一个无需用户干预的基于 服务器的应用。 6 ) 工作流引擎：在一个使动服务中，一个工作流引擎负责部分或全 部运行时的控制环境。在一个分布式工作流使动服务中，几个工作流引擎 协同工作，每个引擎控制过程使动中的一部分并与它所负责的任务中的用 户及相关的应用程序相互作用。这样的使动服务就要求有共同的命名和管 理范围。分布的工作流系统使用特定的协议和交换格式在工作流引擎间来 司步它们的操作。 其它工作流使动服务：是其它工作流管理系统中的使动服务。通过接 f 14 可以实现一个工作流管理系统和另外一个工作流管理系统之间的通 信。 1 5 工作流技术研究现状 经过多年地发展，工作流技术已取得了丰硕的研究成果。从广义上讲， 工作流管理系统分为四种：计算机支持协同工作( c s c w ) 、商用工作流管 理系统、商用事务管理系统和事务性工作流管理系统【g h s 9 5 】。c s c w 依 靠人工干预来协调和控制，以保证执行的正确性和可靠性。商用工作流管 东北大学硕士学位论文 理系统提供而向系统的任务控制和协调机制，但是在出现系统故障或执行 失败时需要八j r _ r 预。商用事务管理系统可支持事务的4 个基本性质a c i d ( 原子性、一致性、隔离性和持久性) ，但不能支持工作流的要求。事务 性工作流管理系统完全由系统来进行任务控制、任务协调、保证工作流执 行的f 确性和可靠性。这种系统将事务处理系统的恢复和并发控制能力与 商用工作流管理系统的分布事务控制和协调能力结合起来。目前，已推出 的工作流管理管理软件产品都属于商用工作流管理系统。为了满足复杂应 用的需要，需要研究和开发事务性工作流管理技术。 早期的工作流研究和开发主要是集中在c s c w 方面，已经取得了很 大的进展，市场上有很多可用的c s c w 产品。而学术界把重点放在事务 性工作流上。当前的研究重点之一放在先进事务模型( a t m ) 问题上。 传统的事务模型支持事务的a c i d 性质，但这些性质严重地限制了先进应 用系统的可使用性，如分布异构环境中的多数据库系统、工程设计中的 长事务系统、及各种工作流管理系统。a t m 可分类为扩展事务模型和松 弛事务模型。扩展事务模型的特点是将事务定义为子事务组成的分层结 构，从而可实现不同的执行策略和控制协议，多级事务模型【g a s 8 7 和嵌 套事务模型【a 1 a 9 6 】是两种典型的扩展事务模型。松弛事务模型的特点是 有选择地放松事务对a c i d 性质的要求，弹性事务模型是一种典型的松弛 事务模型 z h n 9 4 ，b i d 9 4 】。但是，在工作流管理系统中直接采用a t m 是不 可行的，因为实际的工作流事务过于复杂，难以用简单的a t m 来描述。 通常，需要根据不同应用领域的特点，建立专f 适用的模型。例如，i b m 公司制定了e x o t i c a 计划 a i k 9 5 】，研究如何将高级事务模型应用在其产品 f l o w m a r k 中。 由于工作流应用环境大多是复杂的分布异构环境，如企业内部网络 ( i n t r a n e t ) 或因特互联网络( i n t e r n e t ) ，因此，应用最新的分布对象处 理技术和w e b 技术来实现工作流管理成为当前的研究重点。有影响的工 作流原型系统有：美国佐治亚大学研制的m e t e o r 系统【s h k 9 6 是一个支 持多范型的工作流管理系统，主要用于处理医疗保健应用。多范型是指 东北大学硕士学位论文第一章引言 该系统能够支持分佰异构环境下的企业内和企业问的各种工作流。这些 工作流可以是数据库管理系统和分布式事务处理系统中的事务，也可以 是e d i 等特殊应用。m e t e o r 系统可以在w e b 或c o r b a 环境下运行。美 国普度大学开发的c o r b a f l o w 系统【c r b 9 7 。该系统提出了基于c o r b a 的体系结构，支持跨平台的异构分布系统集成，支持弹性a c i d 性质：扩 展了i d l 语言以定义事务性工作流中的补偿事务。土耳其中东大学丌 发的m e t u f l o w 系统 g a d 9 7 】，提出了一种基于c o r b a 环境的工作流服 务，包括基于a c t a 扩展事务模型的工作流模型、块结构化定义语言。、工 作流调度管理、并发控制机制等。 工作流的概念在7 0 年代就已被提出来，许多概念来自于办公自动化、 文档管理、计算机支持协同工作( c s c w ) 等领域。至今约有3 0 0 个称为 工作流工具的商品化软件，但只有数十个为真正的w f m s 软件【a a a 9 6 1 。 下面介绍一些著名的w f m s 产品： 1 )e x o t i c a l f l o w m a r k i b m 公司的f l o w m a r k 系统 i b m 9 5 】，由o b j e c t s t o r e 面向对象数据库 管理系统支持。主要组件包括：服务器、客户建立器、运行客户器和程序 执行客户器。服务器负责与数据库交互及协调工作流执行。建立客户器提 供用于设计工作流的图形接1 2 1 。运行客户器以工作表方式提供用户接口。 程序执行客户器以a p i 调用和标准接口方式向应用提供接口。 e x o t i e a 是基于i b m 的f l o w m a r k 之上的分布式工作流管理系统。它 使用基于m q s e r i e s 的面向消息的中间件来执行。它由许多具有自治能力 的节点组成，每个节点的运行都独立于其它节点，节点之间通过可靠的消 息队列通信，通知对方工作流中某一任务已经完成。这种运行机制避免了 节点在运行过程中不断与服务器通信所造成的瓶颈，同时增强了系统的鲁 棒性，即当一个节点出现故障停止运行，其余节点仍能正常运行。消息的 传输是可靠的，消除了对集中的数据库的需要。这使得一系列的自治的节 点可以相互协作来执行一个流程的执行。e x o t i c a 支持将弹性事务映射成 f l o w m a r k 流程模式。但它没有实现对工作流任务的完全分布式调度。 8 东北大学硕士学位论文第一章引言 2 ) m e t e o r m e t e o r 的研究目的是丌发支持大规模复杂应用的工作流管理系统，保 证这些应用能在企业问异构的环境中f 常运行。它采用完全分布式体系结 构，并实现了对工作流任务的分布式调度。m e t e o r 提供的工作流管理系统 的原型系统有基于c o r b a 的完全分布式工作流管理系统o r b w o r k 、基 于c o r b a 的集中式工作流管理系统n e o w o r k 和基于w e b 技术的完全分 布式工作流管理系统w e b w o r k 。这些系统对非用户型任务处理进行了深入 讨论，但对用户型任务处理讨论的较少，尤其在用户任务处理时，没有实 现支持负载平衡的工作项分派。 3 ) m i c r o s o f le x c h a n g es e r v e r n e t 是m i c r o s o f t 用于x m lw e bs e r v i c e 开发的平台。m i c r o s o f t n e t 平台包括了许多建立在x m l 和i n t e r n e t 等业界标准之上的产品族，可提供 丌发、管理、使用和体验x m lw e bs e r v i c e 的各项功能。e x c h a n g e2 0 0 0 s e r v e r 是最早集成于n e t 框架中的通信和协作服务器产品。 e x c h a n g e2 0 0 0 提供的e x c h a n g ew o r k f l o wd e s i g n e r 可以迅速协助企业 建立相关的工作流程，并且将这些流程规则应用到各类操作程序中。 m i c r o s o f tw o r k f l o wd e s i g n e r 能对信息的跟踪，提供一个完整的解决方案。 e x c h a n g ew o r k f l o wd e s i g n e r 设计w o r k f l o w 用的是c d o ( c o l l a b o r a t i o n d a t a o b j e c t ) ，它用来制作e x c h a n g ew o r k f l o wd e s i g n e r 的程序和触发事件。工 作流的开发人员可以自定义e x c h a n g ew o r k f l o wd e s i g n e r 中的程序和触发 事件的操作，并控制工作流的步骤，让工作流随企业需求的变化而变化。 不足之处在于：平台独立性。只能应用在w i n d o w s 平台上：通过 外部程序访问困难。目前，只能通过l d a p 协议与e x c h a n g es e r v e r 进行交 互，这使它与其它工作流系统集成非常困难。 4 ) n e w c a s t l e n o r t e l 工作流系统 该系统是由英格兰n e w c a s t l eu p o nt y n e 大学开发。系统被设计以满足 一些需求，包括：互操作性。该系统被构建为一组运行于o r b 之上的 东北大学硕士学位论文第一章引言 c o r b a 服务的组台。i ( f 伸缩性。系统中不存在集中的服务，因此不会 限制工作流系统的可伸缩性。可靠性。该系统在应用层和系统层提供可 靠性。在应用层，系统提出了灵活的任务集成机制，使丌发人员可以轻松 定义任务的替代任务、+ 补偿任务等，因此可以在应用层处理各种各样的异 常；在系统层，使用事务性操作记录任务间的依赖，以及实现任务问输入 输出数据的传递。动态配罱。详细见6 2 1 。 1 6 工作流系统中的研究问题 工作流技术未来的研究热点在以下几个方面 d u e l ：工作流流程的形 式化定义及图形化的表示，在分布、异构、自治( h a d ) 的环境中执行业 务流程，事务性工作流( 包括工作流的并发执行、以及异常处理) ，动态 工作流，工作流的动态配置，工作流系统的集成等。 为了支持大规模复杂应用( 如c i m s 集成框架和c i m s 并行工程) ，需 要进一步研究开发支持大规模复杂应用的工作流管理技术，本文主要涉 及以下几项关键技术： 1 )支持大规模复杂应用的工作流管理系统体系结构。基于先进的分 布对象技术( w e bs e r v i c e s ) 研究适合于大规模复杂应用的工作 流管理系统体系结构，实现一个高效的工作流管理系统。 2 ) 基于分布对象技术的工作流管理和执行技术。包括调度系统的实 现、任务实现、相关数据传递的实现、工作流执行状态监控等技 术。 3 )工作流的动态配胃技术。能够对系统中正在运行的工作流实例的 模式进行重新设计，且保证该实例按照新的模式仍能正确执行。 1 7 本文的主要内容和组织结构 全文一共分为七章。 1 0 东北大学硕士学位论文第一章引言 第一章为“| j 仃言”部分，主要介绍了工作流技术的研究现状、存在的 主要问题。分析了大规模复杂应用中的工作流特点和存在的问题，剖析了 大规模复杂工作流管理的需求，并提出了本文要研究和解决的问题。第二 章为本文用到的一些关键技术。第三章为“灵活的工作流运行体系结构的 研究”。第四章为“适用于大规模分柿式运行环境的工作流调度机制的研 究”。这一章详细介绍了调度处理机制，包括任务管理器的构成，分柑式 任务调度的实现、任务的运行状态描述、监控器的功能及工作原理等。第 五章为“工作流模式的动态配置机制的研究”。本章介绍了工作流模式在 运行环境中存在的动态修改问题，并给出了一种工作流模式动态配置机 制。第六章为“系统的部署”。第七章为“结束语”，对全文进行总结并对 未来工作进行展望。 东北大学硕士学位论文第二章关键技术 2 1s o a p 第二章关键技术 s o a p ( s i m p l e o b j e c t a c c e s sp r o t o c 0 1 ) 为在一个松散的、分布的环境 中使用x m l 对等地交换结构化的和类型化的信息提供了一个简单且轻量 级的机制。s o a p 本身并没有定义任何应用程序的语义，如编程模型和特 定语义的实现，它只是定义了一种简单的机制，通过一个模块化的包装模 型和剥模块中特定格式编码的数据的重编码机制来表示应用语义。s o a p 的这项能力使得它可以被很多类型的系统用于从消息系统到r p c ( r e m o t e p r o c e d u r ec a l l ) 的延伸。 s o a p 的主要设计目标是简明性和可扩展性。简明性主要表现在整个 s o a p 规范定义的消息结构非常简单( 一个e n v e l o p e 包含了两个组成部分 h e a d e r 和b o d y ) ，除了这个基本消息结构外，s o a p 没有定义额外的表述 结构标准，没有定义自己的编码格式，也没有定义自己的传输协议。可扩 展性则主要表现在s o a p 可以使用任意的模式定义方式来定义内部传输内 容的结构( 编码方式一般使用x m ls c h e m a ) ，可以与任意的网络传输协议 联合使用束完成传输。 同时，由于简明性和可扩展性的要求，这就意味着有一些传统消息系 统或分布式对象系统中的特性将不包含在s o a p 的核心规范中。这些特性 包括： 1 ) 分布式垃圾收集( d i s t r i b u t e dg a r b a g ec o l l e c t i o n ) ； 2 1 批量消息传输处理( b o x c a r r i n g o rb a t c h i n go f m e s s a g e s ) ； 3 ) 对象引用( o b j e c t s b y - r e f e r e n c e ，需要分布式垃圾收集的支持) ； 4 ) 对象激活( a c t i v a t i o n ，需要对象引用的支持) ： 1 2 东北大学硕士学位论文第二章关键技术 2 2w e bs e r v i c e s 2 2 1w e bs e r v i c e s 概述 w e bs e r v i c e s 是描述了一些操作的接口，通过标准化的x m l 消息传递 机制，可以通过网络访问这些操作。w e bs e r v i c e s 是用标准的、规范的基 于x m l 的w s d l 语言描述的。这称为w e bs e r v i c e s 的服务描述。这描 述囊括了与服务交互所需要的全部细节，包括消息格式( 详细捐述操作的 输入输出消息格式) 、传输协议和位置。该接口屏蔽了服务实现的细节， 允许通过独立与服务实现、独立于硬件或软件平台、独立于编写服务所用 的编程语言的方式使用该服务。这使得基于w e bs e r v i c e s 的应用程序具备 松散耦合、面向组件和跨技术实现的特点。w e bs e r v i c e s 都履行一项特定 的任务或一组任务。w e bs e r v i c e s 可以单独或同其他w e bs e r v i c e s 一起用 于实现复杂的商业交易。 w e bs e r v i c e 是一种构建应用程序的普通模型，并能在所有支持 i n t e r n e t 通讯的操作系统上实施。w e bs e r v i c e 令基于组件的丌发和w e b 的 结合达到最佳，基于组件的对象模型，如d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t o b j e c tm o d e l ) ，r m i ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) ，和i i o p ( i n t e r n e ti n t e r o r b p r o t o c 0 1 ) 都已经发布很长时间了，但是这些模型都依赖于特殊对象模型 协议。w e bs e r v i c e 利用s o a p 和x m l 对这些模型在通讯方面作了进一步的 扩展以消除特殊对象模型的障碍。 2 2 2w e bs e r v i c e s 的特征 从外部使用者的角度而言，w e bs e r v i c e s 是一种步数在w e b 商店对象 组件，它具备一下特征； 1 ) 良好的封装性。w e bs e r v i c e s 既然是一种部署在w e b 上的对象，自 然具备对象的良好封装行。对于使用者而言，它能且仅能看到该对 象提供的功能列表。 1 3 东北大学硕士学位论文第二章关键技术 2 ) 松散耦合。如果两个系统之间通信的唯一要求是理解可自我描述 的、基于文本的消息，则这两个系统是松耦合的。当一个w e b s e r v ic e s 的实现发生变更的时候，调用者是不会感到这一点的。对 于调用者来说，只要w e bs e r v ic e s 的调用接口不便，w e bs e r v ic e s 实现的任何变更对他们来说都是透明的，甚至当w e bs e r r ic e s 的 实现平台从j 2 e e 迁移到n e t 或者反向迁移时，用户都可以对此一 无所知。 3 ) 平台无关。w e bs e r v i c e 可以在任何平台上实现，且拥有一系列开 放的标准协议。包括：用于描述w e bs e r v i c e 之间交互的数据格式 的x m l 规范。s o a p 实现了w e bs e r v i c e 之间的信息交换。 4 ) 自描述。w s d l ( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 定义了拙述 w e bs e r v i c e 接v l 规范的标准格式。通过w s d l ，服务请求者能够 以一种语言无关和平台无关的方式自动产生w e bs e r v i c e 的代理。 5 ) 易于发布。u d d i ( u n i v e r s a ld i s c o v e r y ，d e s c r i p t i o n ，i n t e g r a t i o n ) 提 供了一种让客户端动态发布和查找w e bs e r v i c e 的机制。通过u d d i 提供的标准接口，企业可以发布自己的w e bs e r v i c e ，供其它企业 查询、调用，也可以查询特定服务的描述信息，并动态绑定到该服 务上。 6 ) 易于实现。目前，主流的开发工具厂商，如i b m 、b e a 、m i c r o s o f t 等，都提供高效的w e bs e r v i c e 开发工具，大大提高了开发效率。 同时，m i c r o s o f t 和i b m 分别提供了简单且易于使用的软件包，用 于将大量的现有的c o m 组件和j a v a b e a n 组件封装成w e bs e r v i c e 。 7 ) 高度可集成能力。由于w e bs e r v i c e s 采取简单的、易理解的标准 w e b 协议作为组件界面描述和协同描述规范，完全屏蔽了不同软件 平台的差异，因此，无论时c o r b a 、d c c l m 还是e j b ，都可以通 过这一种标准的协议进行互操作，实现了在当前环境下最高的可集 成性。 1 4 东北大学硕士学位论文第二章关键技术 w e bs e r v i c e 技术中的，1 ：放协议之间的关系见图2 1 所示。 u d d l j 倒4 1e s c o p e w o r k 的过程定义模犁 f i g 4 1t h ep r o c e s sd e f i n i t i o nm o d e lo fes c o p e w o r k o p e r a t i o n 表存储工作流仓储中定义的模式包含的任务的定义。o pi d 用来唯一表示一个任务。o pn a m e 字段表示作为任务的w e b 服务的方法名。 w s d l 剥应w e b 服务的w s d l 文档的u r l 。p r oi d 字段的内容是包含该任务 的流程模式在p r o c e s s 表中的行号。c o n f l a g 表示任务的会聚类型，有 s e q u e n c e 、s y n c h 、o r 三种，分别对应顺序、同步会聚、或 会聚。m a n a g e r a d d r e s s 字段的内容是该任务对应的任务管理器的地址。 t r a n s i t i o n 表中存储工作流中定义的任务之间的跃迁关系。t r a n si d 用 来唯一标识一个跃迁。t r a nc o n d i t i o n 字段存储跃迁的条件定义。f r o mo p 和t oo p 分别表示一个跃迁的源任务和目的任务。p a r t sn a m e 表示在该跃 迁上需