（计算机应用技术专业论文）迁移工作流管理系统中迁移实例组通信机制的研究.pdf

摘要 迁移工作流技术是近年来基于移动a g e n t 技术提出的一种新的工作流研究方 向，特别适合需要频繁地传递大量数据，以及需要大量调用远程服务的分布式并 发处理过程。文献 1 3 提出了一个迁移工作流管理系统的框架，该框架主要由迁 移工作流管理引擎、迁移实例( m i g r a t i n gi n s t a n c e ，以下简称m i ) 和工作位置 三要素构成。迁移实例是工作流的执行主体，工作流引擎完成工作流过程定义、 迁移实例生成和多迁移实例协调等。工作位置指停靠站服务器及其关联的工作机 网络，是迁移实例的运行场所。 在迁移工作流管理系统中，通常迁移实例需要和其他的迁移实例( 包括由它 派生的迁移实例) 以及工作位置协作才能完成某一业务过程。因此，良好的通信 系统是保证整个迁移工作流管理系统正常运行的关键，通信系统的效率也直接决 定了迁移工作流管理系统运作的效率。按照通信的信源与信宿是否在同一工作位 置上，我们将通信机制分为两部分：工作位置上的通信和远程通信机制。 迁移实例间的通信包括本地通信( 同一位置) 和远程通信( 不同位置) ，其中 远程通信是迁移工作流系统通信效率的瓶颈，也是系统实现的难点。较传统的分 布式网络通信方式类不同，迁移实例之间的远程通信具有很强的特殊性，有着特 殊的通信要求，是迁移工作流管理系统正常运行的关键。迁移实例之间的通信又 可以分为单对单通信和组通信。在迁移工作流管理系统中，迁移实例及其克隆体 和派生体被称为一个m i 组，显然，同组的m i 之间需要通过协作才能完成同一个 业务子过程。m i 协作的基础是通信，因此，如何高效可靠的实现迁移实例群组 通信，是迁移工作流管理系统亟待解决的核心问题之一。 本文扩展服务域通信的概念，提出了一种基于服务域的迁移实例组通信模 型。根据迁移实例运作模式明确了迁移实例组的定义、组织及命名结构，根据域 的划分将通信机制分为域内通信和域间通信两部分，并分别采用不同的通信方 法，提高了整体通信效率。给出了模型定义及框架结构，论证了通信机制选择的 依据，并描述了主要的通信算法。该模型不需m i 的过多参与，保持了m i 的轻量 特性并且对发送者透明，通过改进现有的基于应用层组播的a g e n t 组通信方法， 在提高通信效率的同时，保证了消息的可靠传递。对于不同规模的m i 组和不同 的组分布形态应用都有良好的适应性。 实验表明，该模型在保证消息快速可靠传递的同时，大大减少了带宽占用， 节省了节点计算资源，能够适应迁移工作流系统对迁移实例组通信高效性和可扩 展性的要求。除将通信机制完整实现外，未来将在通信的安全性，消息的全局保 序性和进一步降低域间通信开销方面做深入的研究。 关键词：迁移工作流；迁移实例；群组通信；服务域 a b s t r a c t t h em i g r a t i n gw o r k f l o wi san o v e lt r e n di nt h e a r e ao ft h ew o r k f l o w m a n a g e m e n tr e s e a r c hr e c e n t l y i ti sp a r t i c u l a r l ys u i t a b l ef o rt h ed i s t r i b u t e db u s i n e s s p r o c e s s e si nw h i c ht h eh u g ed a t an e e dt ob ef r e q u e n t l yt r a n s m i t t e da n dm a n yr e m o t e s e r v i c ep r o c e d u r e sn e e dt ob ef r e q u e n t l yr e f e r e n c e d af r a m e w o r kw a s p r o p o s e di nt h e d o c u m e n t 【13 f o rt h em i g r a t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m , w h i c hi sc o m p o s e do f t h r e ek e yf a c t o r s ，t h a ti s ，m i g r a t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n t e n g i n e ，m i g r a t i n g i n s t a n c e ( m d ，a n dw o r k p l a c e m ii st h em a i ne x e c u t i o na g e n to fw o r k f l o w s t h e m a n a g e m e n te n g i n ei si nc h a r g eo ft h ed e f i n i t i o no fw o r k f l o wp r o c e d u r e ，t h e g e n e r a t i o no f a n dt h ec o o r d i n a t i o no fm a n ym i s ，a n ds oo n t h ew o r k p l a c er e f e r s t ot h ea n c h o r a g es e r v e ra n dw o r k i n g - m a c h i n en e t w o r ka s s o c i a t e dt ot h es e r v e rw h i l e t h ea n c h o r a g es e r v e ri st h ee x e c u t i n gp l a c eo f g e n e r a l l y , m is h o u l dc o r p o r a t ew i t ho t h e r s ( i t sc l o n ea n dd e r i v a t i o ni n c l u d e d ) a n dw o r k p l a c e st oa c c o m p l i s hs o m ep r o c e s si nm i g r a t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m t h e r e f o r e , aw e l ld e s i g n e dc o m m u n ic a t i o ns y s t e mi st h ek e yt oe n s u r et h e w h o l em i g r a t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mw o r k i n g c o r r e c t l y a c c o r d i n gt ot h e s o u r c ea n dd e s t i n a t i o no fc o m m u n i c a t i o nw h e t h e rb eo nt h es a m ew o r kp l a c eo rn o t w ec l a s s i f yt h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mt ot w op a r t s ：c o m m u n i c a t i o no nw o r k p l a c ei n t e r n a l l ya n dr e m o t ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m i nt h i sp a p e r , w ee x p a n d e dt h ec o n c e p to fs e r v i c ed o m a i nc o m m u n i c a t i o n ， p r o p o s e dam i g r a t i n gi n s t a n c e sg r o u pc o m m u n i c a t i o nm o d ew h i c hb a s e do ns e r v i c e d o m a i n a c c o r d i n gt ot h eo p e r a t i o nm o d eo fm i ，t h ed e f i n i t i o no fm i s ，i t s s t r u c t u r e a n da r c h i t e c t u r eo fm i sn a m i n gs y s t e mw e r eg i v e n a c c o r d i n gt ot h ep a r t i t i o no ft h e g r o u pc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ， i n t e r - d o m a i nc o m m u n i c a 虹o nm e c h a n i s ma n d i n t r a - d o m a i nc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mw e r ec l a s s e d e a c ho ft h et w op a r t sh a s r e s p e c t i v ec o m m u n i c a t i o na l g o r i t h m a n dt h e n ，t h ee f f i c i e n c yo ft h ew h o l es y s t e m w a se n h a n c e dd e f i n i t e l y m o r e o v e rm o d ed e f i n i t i o na n da r c h i t e c t u r ew e r eg i v e n ， c o m m u n i c a t i o ns c h e m ec h o i c ew a sp r o v e d ，a n dp r i m a r yc o m m u n i c a t i o na l g o r i t h m s w e r ed e p i c t e d t h i sm o d ed on o tn e e de x c e s s i v ep a r t i c i p a t i o no f ，p r e s e r v et h el i g h t w e i g h to fm ia n dh a s 仃a n s p a r e n c yf o rm es e n d e rw i t hh e l po fi m p r o v e de x i t i n g m o b i l ea g e n tc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mb a s e do n a p p l i c a t i o nl a y e rm u l t i c a s t t i t m e c h a n i s m t h i sm o d ei m p r o v et h e c o m m u n i c a t i o ne f f i c i e n c y a n da s s u r et h e r e l i a b i l i t yo ft h em e s s a g ed e l i v e r y t h i sm o d e h a sg o o da d a p t a b i l i t yt ot h ed i 行e r e n t s c a l e so fm ig r o u pa p p l i c a t i o na n d d i f f e r e n tt y p e so fd i s t r i b u t i o nf o r ma p p l i c a t i o n t h er e s u l t so fo u re x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h em o d ew ep r o p o s e de n s u r e dt h e m e s s a g et r a n s f e r r e df a s ta n dr e l i a b l y ，m e a n w h i l e ，s a v e dt h en e t w o r kb a n d w i d t h a n d c o m p u t i n gr e s o u r c e so fn o d e sd r a m a t i c a l l y t h i sm o d ec a nm e e tt h eh i g h 。e f f i c i e n t q u a l i t ya n ds c a l a b i l i t yn e e d si nm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e m b e s i d e st h ei n t e g r a t e d i m p l e m e n to ft h eg r o u pc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ，w e w i l lf o c u so nt h es e c u n t y0 f m ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m , g l o b a ls e q u e n c eg u a r a n t e e da n dr e d u c et h ec o m m u n i c a t i o n ( v er ! h e a do fi n t e 卜d o m a i nc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m i nt h ef u t u r e k 州o r d s ：m i g r a t i n gw o r k f l o w ；m i g r a t i n gi n s t a n c e ；g r o u pc o m m u n i c a t i 仰； s e r “c ed o m a i n 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导 下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科 研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 趾哞嗍：趟姐 u 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：碎导师签名： j 日期：翟陋锣 山东大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景 第1 章绪论 工作流是指整个或部分业务过程在计算机支持下的全自动或半自动化，在此 过程中，文档、信息或者任务按照一系列过程规则在不同的参与者之间流转，实 现组织成员间的协调工作以期达到业务的总体目标【1 】。工作流技术是实现企业业 务过程建模、自动化过程仿真分析、业务过程优化、业务过程管理与集成，从而 实现业务过程的自动化的核心技术f 2 4 】。 工作流管理系统指运行在一个或多个称为工作机的软件上的用于定义、实现 和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行者( 人、应用) 交互，推进 工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。工作流管理作为面向过程建模、 优化、执行与监控的技术在企业中的应用已表现出强大的生命力【5 】，广泛地应用 于办公自动化、文件管理、电子邮件、群件应用，业务流程重组等领域。 a g e n t 的研究起源于人工智能领域，是指能模仿人类行为和关系、具有一定 智能并且能够自主运行和提供相应服务的软件体。随着网络技术的发展，近年来 又出现了移动a g e n t 技术，它是代码、数据以及执行语境的软件包，可以在执行 过程中有目的的、自治的在网络中移动，利用与分布资源的局部交互而完成分布 任务的软件实体。移动a g e n t 是一种新的c 1 i e n t s e r v e r 间的交互方式，具有很多 优点，例如降低分布式计算的网络负载，跨平台计算能力，支持离线计算、并行 计算，支持实时远程交互、异步自主交互，感知网络状态和软件资源，自治决策 能力等【6 】o 随着计算机与网络技术的迅速发展，特别是i n t e r n e t 应用的日益普及，现代 企业信息系统的分布性、异构性、自治性特征越来越显著。相应的企业信息资源 分布在异构的计算机环境中，信息源之间的连接表现出松散耦合的特点，企业物 理位置分散性和业务决策分散性的特征日益明显，大规模的分布式信息处理与应 用执行环境随之形成，在这种情形下以工作流的分布式定义与柔性执行为特点的 分布式工作流管理系统的出现成为一种必然的趋势。 山东大学硕士学位论文 按照w f m c 规范【l 】，工作流系统的执行依赖于工作流建模，建模的基本方法是 自项向下的过程分解，即将整个业务过程分解为若干个“a n d o r 关联的子过 程，再把每个子过程分解为若干个“a n d o r ”关联的活动任务。显然，自顶向 下的过程分解方法要求工作流系统设计者具有关于业务过程组成、分解和执行的 全部先验知识，适用于具有明显结构化特征的业务流程。对于那些结构化不强或 没有结构的业务流程、可能或经常出现例外的业务流程、不能预先精确定义的业 务流程来说，由于设计者缺少关于流程的先验知识，面向过程的工作流建模始终 是一个困扰性问题【7 ，8 1 。 为了进一步扩展传统分布式工作流管理系统的无中心特性，增加工作流管理 系统对异步消息、异步事务和长事务的支持，提高工作流管理系统的事务处理能 力，有效改进系统的可用性、可扩展性和容错能力，以及减轻网络传输负担和增 加对移动用户的支持等，近年来研究者们把软件a g e n t 9 。1 1 1 ，特别是移动a g e n t 技术引入到工作流管理系统的研究中，移动a g e n t 可以在不同的站点之间迁移， 并利用站点提供的资源和工作流服务就地执行任务。迁移工作流【1 2 】应运而生，迁 移工作流改善了传统工作流存在的缺乏柔性、自适应性、规范性等问题，大大提 高了工作流系统适应动态环境的灵活性，特别适合需要传递大量数据和或需要 大量调用远程服务的分布式并发处理过程。 文献 1 3 提出了一种迁移工作流模型和系统框架，构成迁移工作流管理系统 的三要素是迁移工作流管理引擎、工作位置和迁移实例。迁移工作流管理引擎负 责工作流过程定义、工作位置组织、迁移实例创建以及工作流监控等。通常，迁 移工作流管理是发起工作流的那个企业或机构的工作流职责。工作位置代表工作 流的参与者，例如一个企业或机构。物理上，工作位置由停靠站服务器及其关联 的工作机网络组成，其中，停靠站服务器是迁移实例的运行场所，工作机为迁移 实例提供具体的工作流服务，包括计算服务、数据服务和人机交互服务等。迁移 实例是业务过程的执行主体，为了支持业务过程的分解和并行执行，迁移实例可 以在授权的工作位置上克隆或派生。与现有采用移动a g e n t 的工作流技术相比， 迁移工作流技术具有以下特点：( 1 ) 定义了迁移工作流的概念模型和迁移工作 流构成规范，从模型的高度实现了移动a g e n t 技术与工作流技术的有机融合。( 2 ) 在一个迁移工作流系统内，不仅支持一个业务流程中多子任务的并发执行，而且 支持多个业务流程的并发执行。( 3 ) 迁移工作流在一个相对封闭的可信任空间 ， 山东大学硕士学位论文 中组织与执行，不同于传统移动a g e n t 所处的i n t e r n e t 空间，一方面使系统的 安全性与可实施性得到保障，另一方面在实现上可以结合系统实际对迁移实例进 行改造，比如把原先移动a g e n t 所必须具有的功能放到停靠站上完成，从而实现 迁移实例的轻量化，提高迁移效率与适应无线计算环境的能力。 本文称迁移实例及其克隆体和派生体为一个m i 组，显然，同组的m i 之间需要 通过协作才能完成同一个业务子过程。迁移实例协作的基础是通信，因此，如何 高效可靠的实现迁移实例群组通信，是迁移工作流管理系统亟待解决的核心问题 之一。鉴于迁移工作流的特性和大规模应用的需要，传统的移动a g e n t 组通信机 制不能很好的适应迁移工作流管理模式，所以，我们迫切需要一种新的迁移实例 组通信机制。 1 2 迁移工作流的研究现状 参照移动计算范型和国际工作流联盟的定义，迁移工作流将业务过程的全部 或部分自动解释为多个迁移实例间的分布式协同过程，每个迁移实例执行一个目 标相对独立的业务过程。 迁移工作流涉及迁移机制、通信框架、安全体系等几方面技术，其中迁移机 制是其基础核心技术。a g e n t 的移动是一种计算的移动，能够携带代码和数据在 异构网络的各个节点之间移动，进行连续计算，以求完成用户任务。迁移机制主 要包括移动信息的表达、迁移粒度的确定等内容。对迁移机制的研究正日益成为 移动计算技术研究的热点【5 1 。 迁移工作流很好的解决了传统工作流所欠缺的柔性、自适应性、规范性等问 题，大大提高了工作流系统适应动态环境的灵活性，特别适合需要传递大量数据 和或需要大量调用远程服务的分布式并发处理过程。 目前，迁移工作流管理系统仍然处在实验室的原型研究阶段，迁移工作流系 统在作为下一代工作流管理系统需求的多个工作流系统的交互和感知方面的研 究仍然引起了越来越多的关注。 1 3 本文的工作与创新 本文在基于移动计算范型的迁移工作流研究的基础上，重点对迁移工作流管 山东大学硕士学位论文 理系统中迁移实例的组通信机制进行了研究。主要工作有： l 、在探讨迁移工作流管理系统体系结构的基础上，重点对迁移工作流管理 系统的通信机制进行了深入分析，阐明了迁移实例组通信机制的必要性。 2 、深入分析了迁移工作流管理系统中迁移实例组通信机制的特点，明确了 迁移实例组的定义，提出了基于服务域划分的迁移实例组通信机制模型。 3 、把迁移实例组通信机制划分为域间和域内通信机制两部分，针对各自的 特点提出了相对应的域间通信算法和域内通信算法，分析并论证了算法的时空复 杂度。 4 、通过仿真实验与s a m a t l 4 1 进行性能对比分析，验证了组通信机制的正确性， 可用性和高效性。 本文主要创新点： 1 、扩展了服务域的概念，根据迁移实例运作模式明确了迁移实例组的定义、 组织及命名结构，为基于迁移实例组的研究奠定了理论基础。 2 、针对迁移实例运行特点，提出了一种基于服务域的迁移实例组通信模型， 给出了模型定义及框架结构，论证了通信模式选择的依据，实验验证了选择依据 的正确性。 1 4 本文组织结构 本文的内容结构如下： 第l 章论述了课题的研究背景和意义，阐述了迁移工作流的研究现状，最 后给出了本文的创新点。 第2 章介绍了迁移工作流的相关概念定义和迁移工作流的系统框架，讨论 了迁移实例、工作位置和工作流引擎的基本功能结构。 第3 章分析探讨了迁移工作流管理系统中的通信机制，包括工作位置上的 通信和远程通信机制。总结了现有的研究成果，明确了迁移工作流管理系统通信 特征，为下一步迁移实例组通信机制的提出奠定了基础。 第4 章在分析迁移工作流管理系统的特性的基础上，给出了服务域划分的 依据，提出了基于服务域的迁移实例组通信模型，给出了完整的模型定义及框架 结构，针对不同的迁移实例组工作方式提出了域内和域间通信相结合的通信模 4 山东大学硕士学位论文 式，并给出了通信模式的选择依据及其论证。最后，描述了通信算法。 第5 章在以购书为例的迁移工作流管理系统平台上，对模型进行了编码实 现，验证了模式选择的依据，并与s a m a 机制进行了性能对比分析。 第6 章全文总结，并展望下一步的研究工作。 山东大学硕士学位论文 2 1 引言 第2 章迁移工作流管理系统框架 近年来，为了进一步扩展传统分布式工作流管理系统的无中心特性，增加工 作流管理系统对异步消息、异步事务和长事务的支持，提高工作流管理系统的事 务处理能力，有效改进系统的可用性、可扩展性和容错能力，以及减轻网络传输 负担和增加对移动用户的支持，移动a g e n t 技术被引入到工作流管理系统中，由 此产生了迁移工作流管理系统。迁移工作流管理系统大大提高了工作流系统适应 动态环境的灵活性，特别适合需要传递大量数据和或需要大量调用远程服务的 分布式并发处理过程。 迁移工作流系统框架由一个迁移工作流管理机和若干个已经建立友好信任 关系的企业局域网互联组成，工作流中的任务执行主体称作迁移实例，它基于移 动a g e n t 构造。迁移工作流管理机的位置可以是一个独立机构，也可以代表发起 工作流的某个企业，其中，工作流引擎负责创建并管理启动工作流的迁移实例。 企业局域网包含一个停靠站服务器和若干个与其相连的工作机( 构成工作机网 络) ，其中，停靠站服务器是迁移实例的工作位置，它接受迁移实例的迁移查询 和迁移请求，在迁移实例到达后为迁移实例提供运行环境，并调度工作机网络上 的工作流服务和资源服务。 2 2 迁移工作流基本概念 迁移工作流是工作流技术与移动a g e n t 技术的结合。工作流完成某种业务过 程，业务过程由活动及活动之间的依赖关系组成。活动间的依赖关系包括数据依 赖和控制依赖两种类型。活动包括活动主体、活动客体( 任务和数据) 、活动规则 ( 任务执行与协调) 和外部环境( 对活动主体提供数据和功能服务，即工作流服务) 四部分。外部环境由工作位置提供，活动之间的依赖关系由迁移工作流引擎保证， 而业务过程中的活动被映射为携带任务说明书和工作位置列表的迁移实例。迁移 实例可以在某个工作位置上利用本地资源执行一项或多项任务，当迁移实例发现 山东大学硕士学位论文 当前工作位置不能满足其任务需求时，迁移实例迁移到下一个能满足其需求的工 作位置上继续执行。多个迁移实例可以并行工作。由此，可以将工作流的全部或 部分自动化解释为多个迁移实例之间的集散式协同工作过程，每个迁移实例都按 照迁移工作流管理引擎的意图有序地执行一个目标相对独立的活动。迁移工作流 模型可以明显地改善传统工作流管理的灵活性和分布性，适合于需要传递大量数 据和需要大量调用远程服务的分布式并发工作流过程。 2 2 1 迁移工作流的定义 定义2 1 迁移工作流 迁移工作流m w f 是一个四元组( w i d ，m i ，w p ，m w e n g i n e ) ，其中，w i d 是迁 移工作流标识：m i = f m i 。，m i 2 ，“，m i 。) 是迁移实例的集合；w p = w p 。，w 1 3 。，w p ) 是m i 中所有迁移实例的工作位置集合，w p 在拓扑结构上构成一个连通网络( 可 靠连接或非可靠连接) ；m w e n g i n e = e 融，e 即) 是面向工作流目标的迁移工作流引擎， 其中，e i 。是迁移实例管理引擎，e - p 是工作位置管理引擎。 e _ i 在工作流执行期间按照工作流的过程定义对迁移实例进行统一管理，包 括迁移实例的创建、派遣、跟踪、回收、迁移实例的工作控制和多迁移实例协调 等，因此，它不仅掌握所有m ie m i 的外部特征、工作任务、当前位置和当前状 态( 例如迁移态、执行态、等待态、消亡态等) ，而且控制迁移实例之间的活动依 赖关系；e 即负责全局工作位置空间w p 的管理，并且对每个m i m i 实施容许的工 作位置授权和组织，因此，它知道每个工作位置w p w p 的地址和工作流服务能 力( 服务类型、服务方式、服务角色等) 。 2 2 2 迁移工作流管理系统框架 迁移工作流管理系统由迁移工作流管理引擎、迁移实例和工作位置三部分组 成，如图2 1 所示。迁移工作流管理引擎( 以下简称管理引擎) 按照工作流的过程定 义创建迁移实例，为其分派任务，并将其派遣到初始工作位置上启动执行。管理 引擎还包括迁移实例的跟踪、回收、工作控制和多迁移实例协调等功能。工作位 置是迁移实例的执行场所，它为迁移实例提供执行环境和工作流服务。工作位置 包括停靠站服务器和它所关联的工作站网络。迁移实例迁移到一个工作位置，指 7 山东大学硕士学位论文 其迁移到该工作位置的停靠站服务器，然后通过停靠站服务器以对象引用方式访 问工作站网络所提供的服务。出于安全方面的考虑，不再允许迁移实例迁移到工 作站网络的计算机上。每个迁移实例完成一个相对独立的业务过程，它可以在某 个工作位置上利用本地资源和本地服务执行业务过程的一项或多项任务。当迁移 实例发现当前工作位置不能满足其任务需求时，它可以携带任务说明书和当前执 行结果迁移到另一个能满足其要求的工作位置上继续执行。 图2 - 1 迁移工作流管理系统框架 2 3 迁移工作流管理引擎 2 3 1 迁移工作流管理引擎的体系结构 迁移工作流引擎是整个系统的发动机。它负责迁移工作流实例的创建，按照 数据依赖关系和控制依赖关系对迁移实例的运行进行协调，对运行期间的迁移实 例的追踪，全局工作位置的管理，以及故障处理。一个迁移工作流的运行要从引 擎开始。引擎管理着所有相关工作位置的信息，包括服务能力、服务类型、资源 等信息。以判断该工作位置是否满足迁移实例的需求，作为其迁移位置。其体系 结构如图2 2 所示。 e i ；的基本功能包括对迁移实例的创建、派遣、跟踪、回收和多迁移实例协调。 工作流执行时，k 按照工作流的过程定义创建多个迁移实例。当一个新的迁移实 例m i 创建成功时，e 。在迁移实例表中为它添加一条记录，用于描述m i 的标识、 外部特征、工作任务和工作流服务需求，并且通知追踪设施记录其当前位置和当 山东大学硕士学位论文 前状态，追踪设施开始对其进行监控。迁移实例协调机制根据工作流的过程定义 和迁移实例之间的活动依赖关系，进行多迁移实例的顺序或并发派遣控制，迁移 实例之间的数据依赖关系通过共享空间实现。迁移实例m i 完成任务后可以依据 具体情况在工作位置直接杀死，或回到创建地( 称作回收) 将其缓存复用。 各工作位置的服务引擎向e 却报告本地所能提供的工作流服务类型和服务能 力等信息。e - p 的初始化工作是根据全局工作位置的资源和服务能力完成全局工作 位置的组织。当一个新的迁移实例而被创建成功时e ，首先向e 却提出生成m i 迁 移域胛的申请；然后e t p 根据m i 任务列表中说明的工作流服务需求和各个工作 位置的资源服务能力，为其生成迁移位置表，并将m i 的可认证标识和特征通知 艘空间的所有工作位置。 迁移实例回收 迁移实例派遣 迁移实例协调机制 活动ll 共享 迁移实例 鬻 追踪设施 当前位置 当前状态 通信代理 迁移实例位置 树生成与管理 2 4 工作位置 2 4 1 工作位置的定义 图2 - 2 迁移工作流管理引擎 定义2 2 工作位置 停靠站服务器是连接内部工作机与外部节点的桥梁。代表研究有 1 5 和 1 6 。 工作位置w p w p 是一个五元组( w p i d ，w p s ，w p r ，n ，m p e n g i n e ) ，其中， q 置一态一置一态位一状一位一状前一前一前一前当一当一当一当 一一一一一一一一 表一表一 一表 置一置一 一置 位一位一 一位 移一移一 一移 迁一迁一 一迁的一的1一的 l 一2 一 一n 例一例一 一例 实一实一 一实 移一移一 一移 山东大学硕士学位论文 w p i d 是可认证的工作位置标识；w p s 是即能够为所有迁移实例提供的功能服务集 合；w p r 是w p 能够为所有迁移实例提供的数据服务集合：n ( 1 ) 是工作位置 w p 容许同时运行的迁移实例个数；m p e n g i n e 是w p 的服务引擎。 功能服务集合w p s = ， ， ) ，每个功能服务项包括服务内容w s 。、服务实体s e r v e r 。和服务方 式t y p e 。、三部分，服务实体可以是人、计算机程序或其它工具，服务方式可以 是自动或手工；数据服务集合w p r = ， ， ) ，其中， w r 。是数据内容，a 。是访问权限，i = l ，2 ，n ：m p e n g i n e 是w p 的服务引擎，它管 理并向氏报告本地工作流服务能力，接受迁移实例的查询，完成迁移实例的认证、 接受与迁移驱动，为移入的迁移实例构建工作环境、并按照本地服务策略组织和 调度本地工作流服务，以及实施本地安全保护等。在特殊许可时，m p e n g i n e 可 以在迁移工作流引擎的授权下进行迁移实例的创建( 复制) 和回收。 每一个工作位置由代表该位置的停靠站服务器和工作机局域网络组成。停靠 站服务器是迁移实例的执行场所，出于安全方面的考虑，仅允许迁移实例迁移到 停靠站上，而不能继续迁移到后台的局域网络的工作机上。工作机提供各种不同 的工作流服务，迁移实例通过服务代理获得工作机提供的服务。 2 4 2 工作位置的体系结构 工作位置的体系结构如图2 - 3 所示。 工作流引擎负责完成工作流过程定义、生成迁移实例、协调迁移实例运行， 而停靠站服务器则是迁移实例实际运行的场所。工作流引擎是整个迁移工作流系 统的中心节点，而停靠站服务器受工作流引擎管理，向工作流引擎提供工作流服 务。 一般地，迁移工作流系统中不同的停靠站服务器提供不同的工作流服务。但 并不排除不同停靠站服务器提供的工作流服务之间有重叠，甚至完全相同。停靠 站服务器以各自的工作流服务，构成工组流系统运行的基础设施。诸停靠站服务 器之间有相互通信并协调运行的义务。例如，迁移实例的迁移实际上是在源停靠 站服务器和目的停靠站服务器的协作下完成的。又如，停靠站服务器之间需要交 换运行统计数据，如负载情况，资源使用情况，以便能够对工作流管理系统进行 l n 山东大学硕士学位论文 全局优化。 停靠站服务器后台关联着一个由若干工作机组成的工作机网络，每台工作机 提供一种或几种工作流服务，停靠站服务器记录着每台工作机的服务能力。停靠 站与工作机网络构成一个工作位置，而停靠站服务器是工作位置的唯一代表。当 有多台工作机都可以提供迁移实例所要求的服务时，停靠站必须根据一定的规则 优选工作机n 7 1 。 当有工作机加入网络或从网络中删除时，必须在停靠站上注册或取消注册。 工作机所提供的工作流服务发生的变化也必须及时反应在停靠站服务器上。 工作机网络是一个传统的分布式计算环境，诸工作机之间通过分布式对象标 准( 如c o r b a 或d c o m ) 耦合在一起，工作机之间可以互相通信，访问对方提供的 服务。 2 5 迁移实例 2 5 1 迁移实例的定义 定义2 3 迁移实例 迁移实例m i m i 是一个六元组( m i i d ，t l ，t ，m p ，p ，m i e n g i n e ) ；其中：m i l d 是可认证的迁移实例标识；t l 是迁移实例m i 携带的任务说明；t 是迁移实例耐 山东大学硕士学位论文 当前正在处理的任务，t e t l ；m p 是由分配的允许耐迁移的工作位置集合，肝 e w p ；p 是迁移实例m i 当前所处的工作位置，p 肿；m i e n g i n e 是迁移实例m i 的工作引擎。 迁移实例携带的任务说明t l = ( ， ， ) ， s c h e d u l e ) ，其中 ， ， ) 是任务列表， s c h e d u l e 是定义在任务列表上的约束。在任务列表中，s 。是任务t ；的功能服务需求( 例如 数据读取、程序调用、人员操作等) ，r 。描述任务t 。的资源关联，如果t i u r ，则 表示活动t 。使用资源r j ( r j 当前工作位置p 或由t 。的前驱任务生成) ，如果t 。c r j 则表示任务t ，产生资源r j ( r ，作为中间结果供t 。的后继任务使用或作为最终结果 输出) ，j = l ，2 ，：约束s c h e d u l e 可以用e c a 规则描述，其数据依赖关系取自r 。 控制依赖关系( ( j | 顷序，迭代，与分解，与合并，或分解，或合并) 。 迁移实例的引擎m i e n g i n e 负责迁移实例的运行，是迁移实例的执行机。 m i e n g i n e 向e 。报告自己的当前位置和当前状态，按照迁移实例的任务说明向当 前工作位置p 申请当前任务t 所需要工作流服务，完成任务t 的启动、执行和终 止，按照任务约束启动新任务和执行多任务之间的协调，并在线检测当前位置p 上工作流服务的可满足性，以便执行肝内的迁移查询、迁移选择等。 2 5 2 迁移实例的体系结构 由上述迁移实例的定义可导出迁移实例的体系结构，如图2 - 4 所示。 如果在当前工作位置不能满足迁移实例的服务需求时，迁移实例向停靠站服 务器提出迁移请求，迁移到一个能够满足其服务需求的新工作位置。另外有其他 的因素导致迁移实例的迁移。比如当迁移实例感知到当前停靠站服务器负载过 重，而系统中另有负载较轻的工作位置同样能够满足迁移实例的服务需求，迁移 实例可前往该工作位置。从管理的角度看，工作流管理引擎拥有对迁移实例的控 制权，工作流管理引擎可能向停靠站服务器发出命令将迁移实例前往某个指定位 置。停靠站服务器处于自身考虑，也会将迁移实例前往其他停靠站服务器或工作 流管理引擎。迁移实例迁移过程中携带任务说明书和当前执行结果。当迁移实例 到达新的工作位置后，在停靠站服务器与迁移实例的交互作用下，迁移实例重新 启动，继续执行未完成的任务。 山东大学硕士学位论文 图2 - 4 迁移实例的体系结构 不同的m i 可以在不同的工作位置上( 同一个机构或跨机构) 生成( 包括克 隆、派生) 和运行，以支持并行业务流程。当系统中存在多个m i 时，可能需要 m i 协同，包括同一工作位置上的本地协同和不同工作位置上的远程协同。 2 5 3 迁移实例的生命周期 一个迁移实例，从开始执行到完成所有的任务为止的过程称为迁移实例的生 命周期。在迁移实例生命周期过程中经历不同的状态，这些状态包括初始态，就 绪态，运行态，持久态，迁移态。迁移实例的状态转换模型称为迁移实例的生命 周期模型，典型的迁移实例生命周期模型如图2 - 5 所示。 图2 5 迁移实例的生命周期模型 从迁移实例的任务完成过程来说，可以描述为以下步骤： 山东大学硕士学位论文 步骤l 对于给定业务流程的不同业务过程，不同的迁移实例可以在不同的 应用需求定制客户端被创建，并首先在创建位置注册和运行。 步骤2 对于任何迁移实例m i 的创建，m i 都需要通过本地客户端收集客户 的需求数据生成任务说明书，任务说明书包括业务过程任务片集合，流程控制逻 辑及数据存储，并搜索所有工作位置已经注册的服务，据此由客户端生成此m i 的旅行图，并将两者封装入m i 。 步骤3 对于任一个迁移实例m i ， 销。 r e p e a t 1 ) 迁移实例m i 在当前位置执行任务，当前位置为m i 提供服务支持和资源 支持； 2 ) 迁移实例m i 的工作机记录当前任务的执行状态，实时检测当前位置的 服务能力。当发现当前位置的服务能力已经不能满足当前任务的执行 时，保存当前状态并将任务挂起； 3 ) 迁移实例m i 根据迁移决策确定下一工作位置。向目标位置提出迁移请 求，目标位置收到m i 的迁移请求后，依据自己目前的工作状态，对m i 做出允许或暂缓迁移应答； 4 ) 迁移实例m i 收到允许迁移应答后，迁移到新位置并告知上一工作位置 迁移成功；新位置将迁移实例m i 注册，并将挂起的任务激活，使m i 重 新执行任务：新位置负责向客户端报告m i 的当前位置和状态；客户端 变更m i 的档案，记录m i 当时状态，必要时修改控制策略； 5 ) 迁移实例m i 的原工作位置删除迁移实例m i 备份，释放迁移实例m i 的 服务资源； u n t i l 迁移实例m i 完成所有的任务； 步骤4 迁移实例m i 完成所有任务后，返回原创建地，提交收集数据并注 2 5 4 迁移实例的迁移 当在当前工作位置不能满足迁移实例的服务需求时，迁移实例向停靠站服务 器提出迁移请求，迁移到一个能够满足其服务需求的新工作位置。另外有其他的 1 4 山东大学硕士学位论文 因素导致迁移实例的迁移。如：当迁移实例感知到当前停靠站服务器负载过重， 而系统中另有负载较轻的工作位置同样能够满足迁移实例的服务需求，迁移实例 可前往该工作位置。从管理的角度看，工作流管理引擎拥有对迁移实例的控制权， 工作流管理引擎可能向停靠站服务器发出命令将迁移实例前往某个指定位置。停 靠站服务器处于自身考虑，也会将迁移实例前往其他停靠站服务器或工作流管理 引擎。 迁移实例迁移过程中携带任务说明书和当前执行结果。 当迁移实例到达新的工作位置后，在停靠站服务器与迁移实例的交互作用 下，迁移实例重新启动，继续执行未完成的任务。 其中，迁移实例的迁移策略问题是影响迁移工作流执行效率的一个关键问 题。如何利用最佳的迁移策略，以最短的路径迁移到需要资源的工作位置进行继 续执行。 2 。5 5 迁移实例的管理 由工作流管理引擎对迁移实例进行管理。管理工作体现在如下凡个方面： 1 ) 创建和注销迁移实例。工作流管理引擎根据工作流过程定义创建适当数 量的迁移实例，投入到系统中运行。当迁移实例完成任务后，迁移实例迁回到工 作流管理引擎然后注销，或在工作流管理引擎的授权下，由停靠站服务器将其注 销。 2 ) 协调迁移实例之间的工作。一个工作流被认为是一个业务过程，而业务 过程由若干活动组成，活动之间满足一定的数据依赖和控制依赖关系。当一个迁 移实例完成任务并向工作流管理引擎报考后，工作