（计算机应用技术专业论文）轻量级迁移实例的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 工作流是一种为了在先进计算机环境支持下实现业务过程集成与业务过 程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。其主要特点是实现人 与计算机协作过程的自动化，使人以及各种应用工具相互之间协调工作，以完 成特定的业务过程。 迁移工作流系统是近年来工作流管理研究的一个新方向，并且被解释为运 行期间在工作位置上合并静态工作流说明、本地规则和策略、以及用户策略的 效应。它就是将移动a g e n t 技术应用于工作流系统中，特别适合需要频繁地传 递数据和调用远程服务的分布式业务处理过程。 本文在迁移工作流模型的定义和基于移动计算范型的包括工作位置、迁移 实例和工作流引擎三要素的迁移工作流管理系统框架结构的基础上，对迁移实 例进行了研究。 迁移实例是迁移工作流管理系统中任务执行的主体。实际上的工作流管理 系统，不论是管理机构内的业务流程，还是管理跨机构的业务流程，通常都工 作于一个具有信任合约关系的特定环境。因此，在迁移工作流管理系统中，为 了提高迁移实例的迁移效率，本文针对这种具有信任合约关系的特定环境，构 造一种轻量级的迁移实例，即在不失移动计算基本特征的前提下，减小迁移实 例的代码规模，实现其轻量化移动。给出了一种通过将迁移实例的消息处理功 能和迁移寻址功能配置为可信工作位置的服务，从而实现迁移实例轻量化的方 法。 本文在轻量级迁移实例结构的基础上，研究了轻量级迁移实例的实现机 制，主要对迁移实例执行引擎和任务说明书进行了研究。讨论了任务状态转移 和多任务之间依赖关系的e c a 规则描述，以及基于任务状态转移图和e c a 规则 的轻量级迁移实例的任务执行机制，并给出了基于事件触发机制的迁移实例执 行引擎的工作流程。 依照上述的轻量级迁移实例的结构，本文具体实现了一个轻量级的迁移实 例。它能携带着任务说明书，按照工作流程迁移到相应的工作位置并执行任务。 同一般的迁移实例相比，轻量级迁移实例具有代码规模小、易迁移的优点。它 山东大学硕士学位论文 的应用能够显著提高迁移工作流系统的运行效率，并且使其创建过程更加灵活 方便。 关键词：工作流，迁移工作流，迁移实例，轻量级，e c a 规则 i i a b s t r a c t aw o r k f l o wisat r a n s a c t i o nm o d e l t h a tc a nb e i m p l e m e n t e db ya w o r k f l o ws y s t e m i ti sb u i i tt or e a l i z et h ei n t e g r a t i o na n da u t o m a t i o n o ft h e m a n a g e m e n tp r o c e s su n d e rt h es u p p o r to fa d v a n c e d c o m p u t e r s i m p l e m e n t i n ga u t o m a t i o no ft h ep r o c e s si st h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e w o r k f l o w i ti st om a k eh u m a na n da 1 1k i n d s o fa p p l i c a t i o nt o o l st o c o o p e r a t e ，s ot h a tas p e c i f i ct r a n s a c t i o np r o c e s si sf i n is h e d am i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e mi s an o v e lt r e n db e i n gs t u d i e di nt h e a r e ao ft h ew o r k f l o wm a n a g e m e n tr e s e a r c h t h em i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e m c a nb ei n t e r p r e t e da st h ec o m b i n a t i o no ft h ei l l u s t r a t i o no ft h es t a t i c w o r k f l o w ，l o c a l m a n a g e m e n tr u l e s ，a n dt h ee f f e c to fu s e r s s t r a t e g i e s i ti sa p p l i c a t i o no fm o b i l ea g e n ti nw o r k f l o w ，p a r t i c u l a r l y s u i t a b l ef o rt h ed is t r i b u t e ds i t u a t i o ni nw h i c ht h eh u g ed a t an e e dt o b e f r e q u e n t l y t r a n s m i t t e da n d m a n y r e m o t e p r o c e d u r e s n e e dt ob e f r e q u e n t l yr e f e r e n c e d b a s e do nt h ed e f i n i t i o no f m i g r a t i n g w o r k f l o w m o d e l ，t h e n a f r a m e w o r ko fm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e mb a s e do nt h em o b i l e c o m p u t i n g p a r a d i g mi n c l u d i n gw o r k p l a c e ，m i g r a t i n g i n s t a n c ea n d m i g r a t i n g w o r k f l o we n g i n eis p r o p o s e d b a s e do nt h ed e f i n i t i o no fm i g r a t i n gw o r k f l o wm o d e la n daf r a m e w o r k o fm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e mw h i c his b a s e do nt h em o h i l e c o m p u t i n g p a r a d i g mi n c l u d i n gw o r k p l a c e ，m i g r a t i n g i n s t a n c ea n d m i g r a t i n g w o r k f l o we n g i n eis p r o p o s e d ，t h i sp a p e rg i v e sar e s e a r c ho fm i g r a t i n g i n s t a n c e t h em i g r a t i n gi n s t a n c ee x e c u t e st h et a s k so f m i g r a t i n gw o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e m aw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m ，w h i c hm a n a g e sa b u s i n e s s p r o c e s s w h e t h e rw i t h i na n o r g a n i z a t i o n o rb e t w e e n o r g a n i z a t i o n s ，u s u a l l y w o r k si na s p e c i f i c t r u s t e de n v i r o n m e n ti n i d r a c t i c e a i m i n g a tt h i ss p e c i f i c t r u s t e de n v i r o n m e n t ，w e c o u l d c o n s t r u c tal i g h t w e i g h tm i g r a t i n gi n s t a n c e t oi n c r e a s el t sm i g r a t l n g e f f i c i e n c yb yc o n f i g u r i n gs o m e f u n c t i o n so ft h em i g r a t i n gi n s t a n c ea s t h es e r v i c e s o ft r u s t e d w o r kp o s i t i o n w i t h o u tl o s i n g t h em o h i l e c h a r a c t e ra n dp r i m a r ys a f e t y t h i sp a p e rp r o p o s e d ac o n s t r u c t i o nm e t h o d o ft h e1 i g ：h t w e i g h tm i g r a t i n g i n s t a n c eb yc o n f i g u r i n g t h 8m 。8 8 a g 。 t r a n s d o r t a t i o n a n dm i g r a t i n g l o c a t i o n s e e k i n g f u n c t i o n s a st h e s e r v i c e so ft r u s t e dw o r kp o s i t i o n b a s e do nt h es t r u c t u r eo ft h e p a p e r r e s e a r c h e s t h er e a l iz a t i o n i n s t a n c e ，a n dd i s c u s s e st h et a s k s l i g h t w e i g h tm i g r a t i n gi n s t a n c e ，t h e m e c h a n i s mo f1 i g h t w e i g h tm i g r a t i n g s p e c i f i c a t i o na n dt h e e n g i n eo ft h e m ig r a t i n gi n s t a n c e t h er e l a t i o no f t h et a s k sa n dt h et r a n s l t l o n so t t h et a s k ，s s t a t e sa r ed e s c r i b e db y e c ar u l e - w er e s e 8 。h t h et 8 8 k i m d l e m e n t a t i o nm e c h a n i s mo ft h e l i g h t w e i g h tm i g r a t i n g i n s t a n c eb a s 8 d o ns t a t et r a n s i t i o nd i a g r a m o ft h et a s ka n de c ar u l e si sd i 8 c u s s e d ，a n d t h e ng i v et h ew o r k i n gp r o c e s s o ft h ee n g i n e a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r e o ft h el i g h t w e i g h tm i g r a t i n gi n s t a n c e , t h e1 i g h t w e i g h tm i g r a t i n g i n s t a n c eis r e a l i z e d i t c a nm l g 。8 t 。t h e c o r r e s p o n d i n gw o r k p l a c e t oe x e c u t ea c c o r d i n g t ot h et a s k ss p e c l t l c a t l o n c o m p a r e dt ot h eg e n e r a lm i g r a t i n gi n s t a n c e ，t h e l i g h t w e i g h tm l g 。8 t 1 “g in s t a n c e i se a s i e rt om i g r a t e a n dh a sf e w e rc o d e s - k e yw o r d s ： w 。r k f l 。w ，m i g r a t i n g w 。r k f l 。w ，m i g r a t i n g i n s t a n c e ，l i g h t w e i g h t ，e c a r u l e 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： 卑 日期：2 翌龃 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：墨薹孕二导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 课题的背景及意义 1 1 1 工作流技术 第一章绪论 工作流技术是近年来发展最迅速的几项新技术之一，其主要特点是实现人 与计算机协作过程的自动化，使人以及各种应用工具相互之间协调工作，以完 成某项任务。它首先在办公自动化( o a ) 、保险、银行、行政管理等领域得到 广泛应用，工作流管理对上述领域中的业务处理过程有很好的支持能力，这主 要表现在： ( 1 ) 可以自动化业务处理过程：通过跟踪工作流各个活动的状态，自动 协调由人或应用软件完成的任务，减少过程之间的不必要的人为交互，减少失 误，以实现业务的自动流转特性，从而提高过程控制能力、服务质量以及生产 力； ( 2 ) 提高业务处理过程的灵活性：工作流管理通过分隔过程逻辑和业务 逻辑来提高系统的灵活性，提高软件重用和异构软件的集成； ( 3 ) 提高商业处理过程的安全性：在工作流应用中，每个参与者只能看 到工作流引擎分配给他的任务，通过角色的定义与过程的分配可以使整个商业 处理行为得到可靠的控制： ( 4 ) 对企业管理的支持：提高企业管理的规范化程度，降低业务过程的 处理时间，降低管理成本，改进工作质量，在工作人员之间更好地均衡负荷等 等。 正是由于采用工作流管理为业务处理过程和企业管理带来的这些好处，使 得在计算机和网络使用日益广泛的今天，工作流技术及工作流管理系统正在吸 引着来自研究机构及产业界越来越多的关注，许多公司开发出各具特色的工作 流系统产品，如a c t i o n 公司的a c t i o n w o r k f l o w ，i b m 公司的f l o w m a r k ，x e r o x 公司的i n c o n c e r t 等，而且，工作流管理联盟( w o r k f l o w m a n a g e m e n t c o a l i t i o n ，w f m c ) 也发布了工作流参考模型，对解决不同工作流系统的互操作 1 山东大学硕士学位论文 问题与其他软件服务( 如电子邮件、文件管理等) 的集成作出了重要努力，为 工作流技术的进一步发展和规范奠定了基础旺3 。 工作流技术在实现企业过程重组、事务流水化处理以及信息流、文档流的 管理以及在满足系统集成化应用需求方面显示了强大的功能和极大的应用前 景。基于工作流的应用正成为现代企业软件系统的核心组成部分”1 。 1 1 2 迁移工作流的产生及意义 进入九十年代，随着计算机的普及、网络的延伸，现代企业的信息资源越 来越表现出一种异构、分布、松散耦合的特点，企业的分散性、决策制定的分 散性、对日常业务活动详尽信息的需求以及c 1 i e n t s e r v e r 体系结构、分布式 处理技术( c o r b a 、w w w 、o l e 、j a v a ) 的日益成熟，都说明了这样一个事实一 一集中式信息处理的时代已经过去，实现大规模的异构分布式执行环境，使得 相互关联的任务能够高效运转，并接受密切监控已成为一种趋势“1 。特别是近 年来，随着i n t e r n e t 的普及，许多新兴网络应用模式( 如电子商务 ( e - c o m m e r c e ) 、业务流程重组( b p r ) 、企业资源计划( e r p ) 以及供应链管理 ( s c m ) ) 的出现，给工作流技术的发展带来了新的机遇和挑战。在这种客观技 术背景下，迁移工作流应运而生。 在迁移工作流的工作模式中，任务执行的主体称为迁移实例( m i g r a t i n g i n s t a n c e ) 。一个工作流的执行需要多个迁移实例合作完成，每个迁移实例能 自主地完成一定的任务，而且可以在不同的工作位置并行运行。如果当前的工 作位置不能满足迁移实例的执行条件，则迁移实例根据自身的任务需求迁移到 另一个工作位置去执行。同时迁移实例携带着任务说明书、相关数据以及执行 结果和状态，以便到其他工作位置恢复执行。从而解决了普通工作流管理系统 的灵活性和扩展性的不足，减少了数据传递和远程调用服务。 1 2 本文的工作 本文所做的工作及研究成果包括： ( 1 ) 在已有的迁移工作流概念模型的基础上，对迁移实例进行了进一步的研 究，针对具有信任合约关系的特定环境，构造一种轻量级的迁移实例； 山东大学硕士学位论文 给出了一种通过将迁移实例的消息处理功能和迁移寻址功能配置为可 信工作位置的服务，从而实现迁移实例轻量化的方法。 ( 2 ) 研究了轻量级迁移实例的实现机制。讨论了任务状态转移和多任务之间 依赖关系的e c a 规则描述，以及基于任务状态转移图和e c a 规则的轻量 级迁移实例的任务执行机制，并给出了基于事件触发机制的迁移实例执 行引擎的工作流程。 ( 3 ) 依照轻量级迁移实例的结构，具体实现了一个轻量级的迁移实例。它能 携带着任务说明书，按照工作流程迁移到相应的工作位置并执行任务。 并以网上购书迁移实例为例验证了轻量级迁移实例的运行过程。 1 3 本文的组织 本文的组织结构如下： 第一章，介绍了工作流技术当前发展现状和主要研究内容，阐述了迁移工 作流产生的背景及意义，最后给出了本文所做的主要工作以及本文的组织。 第二章，给出工作流的定义、相关概念和工作流系统的分类：介绍了工作 流管理系统、建模技术；指出当前工作流发展中存在的不足，展望了工作流未 来的发展趋势。 第三章，介绍了迁移工作流的概念模型、迁移工作流系统框架，并对迁移 工作流管理引擎、停靠站服务器、迁移实例体系结构进行描述。 第四章，对迁移实例进行了进一步的研究，提出了一种轻量级迁移实例的 结构。对迁移实例携带的任务说明书进行了研究分析，讨论了任务状态转移和 多任务之间依赖关系的e c a 规则描述，以及基于任务状态转移图和e c a 规则的轻 量级迁移实例的任务执行机制，并给出了迁移实例执行引擎的工作流程。 第五章，依照轻量级迁移实例的结构，研究实现了轻量级的迁移实例。给 出了网上购书迁移实例的运行过程。 第六章，总结了已取得的研究成果，并提出了下一步的工作内容。 山东大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章工作流技术综述 工作流技术是近年来发展最迅速的几项新技术之一，其主要特点是实现人 与计算机协作过程的自动化，使人以及各种应用工具相互之间协调工作，以完 成某项任务。像计算机支持的协同工作、无纸办公、表单传递、协作系统和办 公自动化这些概念很早就已经提出，但由于实现技术和应用领域的限制一再被 耽搁。随着高性能微机的普及，分布式网络通讯和业务流重组技术的发展，使 得这一切将成为现实。目前，企业规模在不断扩大，信息资源正以惊人的速度 在不断增长，面对这样一个异构、分布、松散耦合型的计算环境，虚拟组织、 分布决策，以及客户月艮务器结构，联邦系统和分布式处理技术( w w w 、c o r b a 、 o l e 、j a v a ) ，无不预示着以前单一的集中的信息处理方式的终结。实现这一切， 首先要建立一个相关任务能以有效的集中管理方式执行的异构分布式执行环 境，由此孕育产生了工作流管理系统”1 。 工作流技术作为现代企业实现过程管理与过程控制的一项关键技术，为企 业业务过程提供了一个从模型建立、管理到运行、分析的完整框架：同时，工 作流管理系统通过一套集成化、客户操作的软件工具为这个框架提供了全过程 的支持”1 。 2 2 基本概念和定义 2 2 1 工作流定义 1 9 9 3 年工作流管理联盟( 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 一一w f m c ) 成 立，作为工作流技术的标准化组织，它的成立标志着工作流技术开始进入相对 从成熟的阶段。为了实现不同工作流产品直接的互操作，w f m c 在工作流管理 系统的相关术语、体系结构及应用编程接口( w a p i ) 等方面制定了一系列标准a 工作流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，达到提高工作效率的目 4 山东大学硕士学位论文 标。不同的研究者从不同的角度给出了工作流的定义。以下我们列举几个具有 代表性的定义。 工作流管理联盟的定义“3 ：工作流是一类能够完成或者部分自动执行的经 营过程，根据一系列过程规则，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。 g i g ag r o u p 的定义”3 ：工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的信 息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制。 g e o r g a k o p o u l o s 给出的工作流定义是似3 ：工作流是将一组任务( t a s k ) 组 织起来完成某个经营过程。在工作流中定义了任务的触发顺序和触发条件。每 个任务可以由一个或多个软件系统完成，也可以由一个或一组人完成，还可以 是由一个或多个人与软件系统协作完成。任务的触发顺序和触发条件用来定义 并实现任务的触发、任务的同步和信息流( 数据流) 的传递。 i b ma l m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义“1 ：工作流是经营过程中的一种计 算机化的表示模型，定义了完成整个过程所需的各种参数，这些参数包括对过 程中每一个单独步骤的定义、步骤间的执行顺序、条件以及数据流的建立、每 一步骤由谁负责以及每个活动所需的应用程序。 a m i ts h e t h 的定义“：工作流是涉及到多任务协调执行的活动，这些任 务分别由不同的处理实体来完成。一项任务定义了需要做的某些工作，它可以 用各种形式来进行定义，包括在文件或电子邮件中的文本描述、一张表格、一 条消息以及一个计算机程序。用来执行任务的处理实体可以是人，也可以是计 算机系统( 比如一个应用程序、一个数据库管理系统) 。 w m p v a nd e ra a ls t 的定义3 ：工作流是一系列工作的偏续集，工作的 序列可以有多种方式，比如工作x 与y 满足x y 当且仅当x 在y 开始之前就 已经就绪。 2 2 2 工作流相关概念 w f m c 同时给出了工作流研究领域中涉及到的其它相关术语及其定义1 1 2 】： 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：在功能确定的组织结构中，能够实现 业务目标和策略的相互连接的过程和活动的集合。例如，产品开发过程，商 山东大学硕士学位论文 品采购过程，竟标过程等。 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：业务过程的形式化描述，用来支持 工作流建模及系统运行的自动化。过程可分解为一系列子过程和活动，其定 义主要包括描述过程起始、终止的活动关系网络以及一些关于个体行为的信 息，如参与者，与i t 相关的应用程序和数据等。 活动( a c t i v i t y ) ：实现过程逻辑步骤的工作任务的描述，一般分为手 工操作和自动处理两类。活动是过程执行中可被工作机调度的基本单元，要 求有人或机器的参与。 过程活动实例( p r o c e s s a c t i v i t y ) ：实际运行中的一个过程或活动。 每个实例代表一个能独立控制执行、具有内部状态的线程，可被外界通过标 识进行存取。 如图2 - 1 给出了这些概念之间的关系： 描吵射程弋 工作单元调用的应用工具 图2 1工作流基本概念之间的联系 2 2 3 工作流系统分类 目前已有多种具有工作流管理产品软件和原型系统，可以根据工作流本身 的特点、建模方式、所实现的业务过程、底层实现技术和工作流过程的执行方 式等的不同对工作流管理系统及其产品进行分类a 根据所实现的业务过程，工作流管理系统可分为四类1 2 1 ： 6 山东大学硕士学位论文 管理型工作流( a d m i n i s t r a t i r ew o r k f l o w ) ：用于执行简单协同规则的、 可重复和可预测的流程，它的执行步骤和规则是事先定义的，不要求控 制复杂流程和访问多个信息系统。例如申请学位、登记车辆。 设定型工作流( a dh o cw o r k f l o w ) ：多用于执行办公流程或处理异常情 况，能够提供合作协同功能，但不控制各工作顺序，支持它的w f m s 也 叫群件。 协作型工作流( c o l l a b o r a t i v ew o r k f l o w ) ：主要由参与者的交互来刻 画，不像其他类型的工作流总是向前流转，它还包括循环流和反向流。 由于不可能预先定义后面的流程，因而很难使用现有工具对该类动态工 作流进行建模。 生产型工作流( p r o d u c t i o nw o r k f l o w ) ：工作流的高级形式，是关键业 务流程的一种实现，直接关系到组织的功能，一般指大规模复杂异构的 执行环境，包含各类任务、人和组织。信贷业务和保险业务都属此类典 型的例子。 根据工作流过程的执行方式的不同，可将工作流系统分为“： 任务推动的工作流：从过程的开始，逐步地一个环节一个环节地执行， 当某个活动实例被处理完后，后续的有关活动将被创建并被激活，由此 直至整个工作流完成。 目标拉动的工作流：一个业务流程被看成一个目标。过程实例执行时， 该目标被分解，得到多个相互之间按一定约束条件关联起来的可执行的 多个环节，其中各环节还可当成子目标而进一步进行分解。在各环节均 执行完之后，整个过程也就完成了。 根据底层的实现技术，可将工作流产品分为1 4 】： 基于邮件传递的工作流：使用电子邮件来完成过程执行过程中消息从传 递，数据的分发与事件的通知。适用于合作和特别工作流。 基于共享文档库的工作流：依赖于文档流转的思想，限于与外部应用的 交互，适用于行政管理工作流。 基于数据库的工作流：所有的数据都保存在某种类型的d b m s 中，过程的 执行实际上就是对这些数据的查询与处理。高端的大规模系统所使用的 山东大学硕士学位论文 一般都是此种方法。 2 3 工作流管理系统 工作流管理系统( w f m s ) ，作为一种对常规性事务进行管理、集成的技术， 它可以改进和优化业务流程，提高业务工作效率，在企业内部实现更好的业务 过程控制和业务监督机制，从而减少企业对市场需求变化的反应时间。 明确了工作流基本概念，那什么是工作流管理系统? 为了实现对业务过程 的工作流管理，需要相应的软件系统的支撑。此种软件系统称为工作流管理系 统。w f m c 给出的关于工作流管理系统的定义是：工作流管理系统是一个软件 系统，它完成工作流的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻 辑推进工作流实例的执行。 一般而言，所有的工作流管理系统都将包含如下三大功能模块 ”j ： ( 1 ) 建立时功能 主要目标是通过某种分析、建模及系统定义手段，将显示试讲的业务过程 转化成某种能够被计算机处理的形式化表示。这种形式化表示称为过程定义。 ( 2 ) 运行时实例控制功能 主要进行在某个计算环境中工作流过程的管理及活动步骤之间的状态转 换。运行时控制系统将解释过程定义，完成过程的可操作实例的创建及控制， 调度过程中各活动步骤，为锁涉及的用户生成待其处理的任务，并在合适的时 机调用有个的应用程序资源，等等。简单地说，就是对工作流运行进行管理， 以及对每个工作流过程中的活动进行排序。 ( 3 ) 运行时同用户及应用的交互功能 主要完成对工作流实例执行过程中各种活动的处理。 如图2 - 2 描述了工作流管理系统主要功能模块之间的关系。 山东大学硕士学位论文 过程设计和定义 i 苎堡竺塑兰圣竺堡竺三墨 建立时圭 2 4 工作流模型 运行时 过程实例化和控制l 工作流执行服务 与用户和应用工具 之间的交互 应用程序 和i t 工具 图2 - 2工作流管理系统的功能模块划分 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。这种 抽象描述可以是形式化、半形式化或非形式化的。一个模型通常表达了信息处 理过程的抽象层次和看待过程的一种特定观点。由于所描述的业务过程需要在 计算机环境下运行，所以，工作流模型不仅要让人读懂，更要让计算机能够理 解所定义的工作流过程。理想的工作流模型除了应该支持完整的工作流概念定 义，为建模用户提供定义工作流所需要的组件或元素等主要特性外，还应该能 够清楚地定义任意业务情况下的工作流，能够适应用户在建模过程所提出的各 种要求。 文献“”给出了对概念模型进行评价的四条标准为： ( 1 ) 表达能力丰富：模型要提供丰富的建模概念，使得由大量约束集合而 成的元素能够在模型中被直接表达出来。 ( 2 ) 容易理解：不论是领域专家还是普通用户，都能够比较容易地理解模 型地含义。 ( 3 ) 最小化：模型中的概念不重叠，每一个基本概念都有它特定的意义。 ( 4 ) 形式化：模型定义能够作为现实对象的形式化描述。 相对工作流产品的实现技术和发展速度而言，工作流建模理论的研究相对 滞后，在建模方法上，还没有形成比较系统化的理论体系i s 。目前已有的工作 山东大学硕士学位论文 流建模方法有： 基于活动网络的建模方法 一个完整的经营过程由一个无自环的有向图构成。有向图的节点元素表示 可执行的步骤或任务，节点间的连接弧代表了过程中的控制流与数据流。这一 类模型所共有的特点是简单、直观、便于理解，适合于流程较为固定、异常情 况较少的生产型工作流的建立，有利于企业规范自身的内部流程。其代表产品 有i b m 的f 1 0 w m a r k 、i n c o n c e r t 以及m e t e o r 2 。 基于形式化表示的建模方法 p e t r i 网是这一类方法的典型代表。p e t r i 网是一种包含两种节点类型( 位 置和转移) 的二部有向图，位置( p l a c e ) 和转移( t r a n s i t i 0 1 2 ) 通过有向弧 连接起来，不允许同类型的节点间的连接。p e t r i 网是一种适用于多种系统的 图形化、数学化建模工具，为描述和研究具有并行、异步、分布式和随机性等 特征的复杂系统提供了强有力的手段。此外，它还具有直观的图形表示、明确 的语义、坚固的理论基础、丰富的分析技术，这些优点使得它成为描述工作流 模型的较为理想的方法。 基于对话模型的建模方法 w i n o g r a d 与f l o r e s 在语言行为( s p e e c ha c t ) 理论的基础上提出了一种 基于对话的工作流模型“”，这种工作流模型是从客户方与服务方这两个角 色之间的语言行为交互上对工作流过程进行了定义。这种模型是由一系列闭合 的工作流环相互连接而建成的，每个工作流环都被四个语言行为分为四个阶 段，包括需求阶段、协商阶段、执行阶段与满意阶段。采用这种方法建模的工 作流产品有a c t i o nt e c h n o l o g i e s 的a c t i o n f l o w 。 基于状态与活动图的建模方法 它介于p e t r i 网模型和图形化模型之间。活动图描述了活动之间的数据流 动，而状态图则规定了活动之间控制信息的流动。在状态图中，状态的转换是 由e c a 规则驱动的，并且状态图还提供了正交组件，它允许两个处于相同层次 的状态图可互相独立地并行执行。对于用户，它比p e t r i 网容易学习和理解， 在模型的正确性方面，它比图形化模型易于验证。其欠缺的方面是模型验证工 作比p e t r i 网模型麻烦，可视化效果( 易理解程度) 比图形化模型差。其代表 山东大学硕士学位论文 项目有m e n t o r 。 基于事务模型的建模方法 事务的概念来自于数据库研究领域，用以解决数据的并发访问和出错恢复 问题。事实上，工作流也可以看成是一系列有序操作的集合，只不过这些操作 的对象具有更广泛的内涵，并不仅仅限于数据库中的数据。因此，工作流也同 样具有事务特性。人们首先研究了在数据库事务模型的基础上所提出的许多高 级事务模型“，包括嵌套事务模型、多层事务模型、s a g a s 一、分支汇合 事务模型”、柔性事务模型、a c t a “2 1 等。a m i ts h e t h 在对这些高级事务模型 进行研究的基础上提出了事务工作流( t r a n s a c t i o n a lw o r k f l o w ) 的概念“， 他完全从工作流的角度提出了任务的结构化定义以及基于任务间依赖关系的 工作流定义。还对系统的实现方法提出了有意义的见解。 除了以上这几类工作流模型，还有许多其他形式的工作流模型，a n d r e a s g e p p e r t 等提出b r o k e r s e r v i c e 模型。“，即代理服务模型，它定义了较为精 确与严格的形式化语义，用代理来表示工作流执行过程中的处理实体，用服务 来表示所要执行的活动，代理的行为是采用e c a ( e v e n t c o n d i t i o n a c t i o n ) 规 则描述的。k a c m a r 等给出了一种活动树( a c t i v i t yt r e e ) 的模型”，它是以 个树状结构来表达工作流过程的，从根节点开始，过程被逐层地分解为由各 级子节点所代表的活动，两活动闻的执行顺序则是由左至右逐个分支地进行。 2 5 工作流技术中的不足与发展趋势 目前，工作流技术的研究正日益受到人们的重视，许多大学和研究机构都 开展了研究项目，取褥了众多的研究成果。研究课题大致可以归纳为以下3 个 方面： ( 1 ) 工作流的理论基础：包括工作流管理系统的体系结构、模型、定义语 言等 ( 2 ) 工作流的实现技术：包括工作流的事务特性、先进的软件技术的应用、 工作流仿真等 ( 3 ) 工作流技术的应用：工作流实施技术在不同应用领域的应用方法j 应 用软件集成等 山东大学硕士学位论文 工作流管理系统的体系结构、模型和定义语言等方面的研究相对来说比较 薄弱，还有许多问题需要进一步探讨”1 商业工作流系统的祖先可以追溯到办公自动化o a 、图像处理和计算机协 同c s c w ，经过十几年的发展，工作流技术己由最初的萌芽逐步发展起来，并 取得了相当的成果，但是从工作流系统目前的实际应用状况来看，还远未达到 人们预期的目标，分析这种状况产生的原因，既有工作流标准制定方面，又有 工作流技术本身的不成熟所致。我们总结出了目前工作流技术上仍存在的不足 主要有两方面： ( 1 ) 无论工作流模型描述方面还是执行方面，均缺乏一个标准化的定义 及概念模型。 ( 2 ) 工作流系统本身系统结构、能力以及底层支持上的不足。 因此，未来的工作流实现环境应该具有以下特点。“：支持异构、自治、分 布的环境，能够集成老系统，支持分布对象计算、支持面向w e b 的应用，从而 使整个工作流管理系统具有开放性和可重构性。另外，工作流技术综合了计算 机科学和管理科学中诸多研究领域的原理、方法和技术，如：数据库管理、面 向对象技术、c s 技术、编程语言、图形化用户界面、系统集成、消息传递、 文档管理、仿真等等，任何缺乏多学科合作的研究都会阻碍工作流技术的发展， 造成系统功能的不足。 现代企业的信息系统的分布性、异构性和自治性的特点越来越显著，相应 的企业资源也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，这样的信息系统环境简称h a d 环境( 异构、自治、分布) 。从工作流 技术所要解决的问题来看，它必然要以分布的形式出现。因为无论是从企业的 信息环境、组织环境，还是与外界的协作环境来看，都具有以下特点：网络的 延伸、系统的异构、人员的分散、供求关系的全球化等。企业物理位置的分散 性和决策制定过程的分布性特征日益明显，对日常业务活动详细信息的需求日 益提高，c 1 i e n t s e r v e r 体系结构和分布式处理技术( c o r b a 、w w w 、o l e 、j a v a ) 被广泛应用，这些情况都说明了一个事实一一传统集中式信息处理的时代即将 成为过去，取而代之的将是大规模的异构分布式信息处理与应用执行环境。在 这种大规模的分布式环境下高效地运转相互关联的任务，并且对执行的任务进 山东大学硕士学位论文 行密切监控已成为一种发展趋势。在这种客观技术背景下，分布式工作流和迁 移工作流应运而生。 2 6 本章小结 本章对工作流技术这个新兴的研究领域进行了概述，介绍了工作流的基本 概念，从其用途和底层实现技术等多个角度对工作流进行分类，综合分析工作 流管理系统和建模技术；指出当前工作流发展中存在的不足，展望了工作流未 来的发展趋势。 山东大学硕士学位论文 3 1 引言 第三章迁移工作流系统 传统的工作流管理方法是采用集中式或分布式控制器，来支持工作流的定 义、规定、监测和再工程的整个过程。而且仍然存在着适用范围窄、灵活性及 扩展能力差、对意外的情况不能及时处理等问题，而且一些分布式工作流需要 大量的数据传递和远程调用服务。移动a g e n t 具有自主性、移动性、安全性和 智能性等特性。移动a g e n t 计算模式能有效地降低分布计算中的网络负载，提 高通信效率，支持异步及自主交互，支持非连接互操作等特点，充分利用了网 络资源。这些正适应了工作流管理系统的需求。因此将移动a g e n t 技术与工作 流管理结和起来解决上述问题，这就是迁移工作流( m i g r a t i n gw o r k f l o w ) 。 在迁移工作流的工作模式中，任务执行的主体称为迁移实例( m i g r a t i n g i n s t a n c e ) 。一个工作流的执行需要多个迁移实例合作完成，每个迁移实例能 自主地完成一定的任务，而且可以在不同的工作位置并行运行。如果当前的工 作位置不能满足迁移实例的执行条件，则迁移实例根据自身的任务需求迁移到 另一个工作位置去执行。同时迁移实例携带着任务说明书、相关数据以及执行 结果和状态，以便到其他工作位置恢复执行。从而解决了普通工作流管理系统 的灵活性和扩展性的不足，减少了数据传递和远程调用服务。迁移工作流的灵 活性使得对于故障和异常的处理更加健壮，因而，使工作流执行系统更可靠。 3 2 迁移工作流的概念模型心7 3 按照国际工作流联盟的定义，工作流是业务流程的全部或部分自动化，在 此过程中，文档、信息或者任务按照一定的过程规则流转，实现组织成员间的 协调工作以期达到业务的整体目标强”。在研究工作流管理时，通常将一个业务 流程分解为若干个相对独立的业务过程，并用业务过程之间的关系表示工作流 的执行顺序。一个业务过程由若干定义完善的活动( 或任务) 、资源及它们之 间的逻辑关系组成。活动是一个面向目标的主体工作步骤的有规则序列，这些 规则包括条件、迭代、与一分解、与一合并、或一分解、或一合并。活动关系包括 1 4 山东大学硕士学位论文 串行、并行、反馈，活动方式可以是自动或人工干预。执行活动关系及这些有 规则的工作步骤序列便可实现业务流程的全部或部分自动化。 我们把工作流作为业务过程，业务过程由活动及活动之间的依赖关系( 数 据依赖和控制依赖) 组成。活动包括活动主体( 迁移实例) 、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，简称工作流服务，下同) 四部分。外部环境由迁移实例的当前工作 位置提供，活动之间的依赖关系由迁移工作流引擎保证。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。下面的内容基于这样的前提：工作流过程定义( 包括分析、建模和形式化 描述等) 已经完成，并且能够解释生成迁移实例( 交互或自动) 。 3 2 1 迂移工作流的定义 定义1 迁移工作流m w f 是一个四元