（计算机应用技术专业论文）基于自适应信任模型的迁移寻址方法研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 工作流技术是近年来发展最迅速的几项技术之一，其主要特点是实现 人与计算机协作过程的自动化，使人以及各项应用工具相互之间协调工 作，以完成某项任务。移动a g e n t 的出现为构建工作流系统提供了更多的 选择。移动a g e n t 具有能够减少网络流量、适合于移动用户、有利于数据 集成、具有并行机制等优点，非常适合于工作流系统的构建。但移动a g e n t 本身所具有的可迁移性而引起的迁移串联性、移动a g e n t 信息的容易泄露 等问题也给移动a g e n t 系统安全提出了更大的挑战。因此，建立相应的移 动a g e n t 的迁移机制，以尽量减少安全隐患。成为需要迫切解决的问题。 本文介绍了一种基于移动a g e n t 的迁移工作流系统。基于移动a g e n t 的工作流系统具有与工作流系统具体要求相结合的移动a g e n t 迁移问题。 现有的移动a g e n t 系统大多未对移动a g e n t 的迁移进行限制，对于引起的 安全问题是从系统实体主机和移动a g e n t 两个方面加以解决的，而这两个 方面有时难以统一在一个系统内。 基于以上研究背景，本文从移动a g e n t 的迁移角度入手，考虑到主机 之间的长期合作关系，结合具体的迁移工作流系统，建立了迁移工作流系 统中的自适应信任模型。这个模型建立了迁移实例、工作位置之间的信任 关系，为迁移实例的迁移提供了依据。然后在自适应信任模型的基础上 提出了一个迁移实例寻址框架。首先由工作流引擎在创建迁移实例时初始 化其信任域。根据迁移寻址框架，以自适应信任模型中工作位置之间的信 任等级、工作位置可连续执行的任务数和反映工作位置为迁移实例提供服 务环境和执行效率的信任度为依据，在迁移域的范围内，确定最终迁移实 例要迁移的目标。这种寻址方法在保证系统安全的同时。也提高了系统执 行的效率，使基于移动a g e n t 的工作流系统的优点得到更充分的发挥。最 后，依照上述框架的描述，给出了迁移实例的迁移寻址实现中的主要类设 计。同其它移动a g e n t 系统中的a g e n t 迁移相比较，它具有更符合工作流 系统特点，更安全高效的优点。 关键词：移动a g e n t ，迁移寻址，自适应信任，信任度，迁移工作流 _ 一 i _ i 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w o r k f l o w t e c h n o l o g y i so n eo fn e w t e c h n o l o g i e s t h a th a v e d e v e l o p e dm o s tr a p d l yd u r i n gr e c e n ty e a r s i t sm a i nc h a r a c t e r s t i c ist oa u t o m a tiz et h ec o o p e r a tin gp r o c e s so fh u m a na n dc o m p u t e r t h e a p p e a r a n c eo fm o b 1 ea g e n tp r o v i d e st h em o r ec h o i c e sf o rw o r k f l o w s y s t e md e s g n m o b 1 ea g e n th a sm a n ya d v a n t a g e si nw o r k f l o ws y s t e m d e s i g n ，s u c ha sr e d u c et h en e t w o r kf l u x ，s u i t t h em o b i l e u s e r ， h e l p f u lt od a t ai n t e g r a t i o na n dp o s s e s sp a r a l l e lf e a t u r e ，e t c b u t t h em i g r a t i n gc h a r a c t e r s t i co fm o b i l ea g e n tc h a l l e n g e st h em o b 1 e a g e n ts y s t e ms e c u r i t y s o ，b u i l d i n gt h ec o r r e s p o n d n gm i g r a t i n g s t r a t e g yt or e d u c et h es e c u r ep r o b l e mb e c o m e sa nu r g e n t l ys o l v e d p r o b l e m t h et h e s i si n t r o d u c e sam i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e mb a s e do nm o b 1 e a g e n t t h ew o r k f l o ws y s t e mb a s e do nm o b 1 ea g e n th a st h em i g r a t i n g p r o b l e mi n t e g r a t i n gt h ew o r k f l o ws y s t e m n o w a d a y s ，m o b i l ea g e n t s y s t e mr e s o l v e st h es e c u r it yp r o b l e mf r o mh o s ta n dm o b i l ea g e n t ， a n dh a sn or e s t r i c t i o nt om o b 1 ea g e n tm i g r a t i n g ， o nt h eb a s i so fa b o v er e s e a r c hb a c k g r o u n d ，t h i st h e s iss t r e s s e s t h em o b 1 ea g e n tm i g r a t i n g ，c o n s i d e r i n gt h e1 0 n g t e r mc o o p e r a t i n g r e l a t i o n s h i pi ns y s t e mo b j e c t ，c o n s t r u c tt h es e l f a d a p t i v et r u s t m o d e l t h em o d e lc o n s t r u c t st h et r u s tr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns y s t e m o b j e c t s ，a n dp r o v i d e s t h em i g r a t i n gr e f e r e n c e o nt h eb a s i so f s e l f a d a p t v et r u s tm o d e l ，t h et h e s i sb r i n g sf o r w a r dam i g r a t i n g a d d r e s s i n gs t r a t e g yf r a m e t h ef r a m e ，f i r s t l yb u i l d st h em i g r a t i n g d o m a i nb yt h e i d e n t i t ya n dr e s o u r c ea u t h e n t i c a t i o n ，s e c o n d l y i n m i g r a t i n gd o m a i n ，i nt e r mo ft h et r u s tg r a d e ，t a s kn u m b e r ，a n dt r u s t d e g r e ed e c i d e st h em i g r a t i n gd e s t i n a t i o nw o r kp o s i t i o n t h ef r a m e o nt h eo n eh a n da s s u r e st h es y s t e ms e c u r i t y ，o nt h eo t h e rh a n d e n h a n c e st h es y s t e me x e c u t ee f f i c i e n c y ，s om a k e st h ea d v a n t a g eo f w o r k f l o wb a s e do nm o b il e a g e n tm o r ea f f i r m e d a c c o r d i n g t ot h e m i g r a t i n ga d d r e s s i n gf r a m e ，t h i st h e s i sd e s c r i b e st h ep r m a r yc l a s s d e s i g ni nam i g r a t i n ga d d r e s s n gp r o c e s s c o m p a r et oo t h e rm o b 1 e a g e n tm i g r a t i n gm e t h o d s ，t h ep r o c e s sh a st h ec h a r a c t e r i s t i co fb e n g _ _ - ii _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ l v 山东大擘硕士学位论文 t h es a m ew i t hm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e m k e yw o r d s ：m o b i l ea g e n t ，m i g r a t i n ga d d r e s s i n g ，s e l f a d a p t i v et r u s t t r u s t d e g r e e ，m ig r a t i n gw o r k f l o w v 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：茏蔓篷 日期：吖 ， 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 许论文被套阅和借阅；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：圣! 鏊盔导师签名：醚 日 期：生：! ! ：! = 山东大学硕士学位论文 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ - _ i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ - - - 一 1 1 背景与意义 第一章引言 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“1 。同时，它也广泛地应用于办公自动化( o a ) 、 文件管理、电子邮件、群件应用，业务流程重组( b p r ) 等领域。近年来出 现了可移动代理( a g e n t ) 技术，它是网络中为某一用户工作的一段程序， 具有自主地在节点间进行迁移并按照用户的需要进行搜集和处理信息的能 力。与传统的只传输信息而不是可执行代码的客户n 务器模式相比，移动 a g e n t 具有很多优点，如移动a g e n t 具有能够减少网络流量、适合于移动用户、 有利于数据集成、具有并行机制等优点。基于移动a g e n t 技术实现的工作流 管理系统可以在一定程度上解决集中式工作流管理系统所带来的性能瓶颈 和单点失败问题，利用可移动a g e n t 的持久能力，可以间接保证系统的可靠性 而且这种计算模式特别适用于复杂的计算环境，因此很适合于工作流管理系 统的构建“3 。正是基于这一点，文献2 把移动a g e n t 的特点与分布式业务处理 过程中需要频繁地传递数据和调用远程服务的特点相结合，提出了一种基于 移动a g e n t 的工作流模型一一迁移工作流。 在迁移工作流中，迁移实例、工作位置和工作流引擎是系统的三要素。 其中，迁移实例是任务执行的主体，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。当迁移实例发现当前工作位置已经不能满足其 执行任务的要求时，迁移实例可以携带任务说明书、私有数据和当前执行结 果迁移到另一个能满足其要求的工作位置上继续执行。工作位置为迁移实例 构建工作环境，为其提供工作流服务，同时按照本地服务原则组织和调度本 地工作流服务。工作流引辇为对迁移实例进行统一管理，包括对迁移实例的 创建、派遣、跟踪、回收以及其迁移域的初始化等；同时负责全局工作位置 空间的管理，它知道每个工作位置的地址和工作流服务能力。 尽管移动a g e n t 具有适合构建工作流管理系统的许多优点，但移动a g e n t 自身在网络中的迁移，也带来了重大的安全隐患。在基于移动a g e n t 的工作 山东大学硕士学位论文 流系统中，移动a g e n t 和为移动a g e n t 提供服务的主机是两种基本的系统实 体。在系统运行的过程中，移动a g e n t 不断在各主机之间进行迁移，完成自 身任务。但系统中的主机可能会进行窥探、篡改、或复制移动a g e n t 的代码 数据或通讯以及复制移动a g e n t 进行黑箱测试等操作，这就是恶意主机问题。 而且，当移动a g e n t 在一个恶意主机上运行以后，例如该主机对移动a g e n t 进行了黑箱测试，主机则可能会利用获得的移动a g e n t 的代码、状态等信息 对推出前面主机的操作或者攻击移动a g e n t 的下一个迁移目标，这就是移动 a g e n t 迁移所引起的串联问题，即前面的操作可能对其后的操作造成影响， 后面的操作可能获得前面操作的结果。因此，建立完善的移动a g e n t 迁移机 制，就可以排除许多安全隐患。 现在的移动a g e n t 系统大多未对移动a g e n t 的迁移采用相应原则，对 于迁移引起的安全问题集中在如何保证主机安全和保证移动a g e n t 安全。 但移动a g e n t 和主机在同一系统内工作，而保证主机安全和保证移动a g e n t 安全这两方面的要求往往并不一致，甚至是对立的”1 。这就使系统在采用安 全原则时面临两难境地。本文在迁移工作流背景下，从迁移实例迁移的角 度来考虑问题，建立了系统中的自适应信任模型，得到了系统中各实体的 信任等级关系。在自适应信任模型的基础上，给出了一种以工作位置之间 的信任等级关系、工作位置可连续执行的迁移实例任务数和迁移实例对工 作位置的信任度为依据的安全高效的迁移寻址原则。迁移实例按照迁移寻 址原则，在迁移域的范围内进行迁移寻址。该迁移寻址原则避免了移动 a g e n t 在迁移过程中常出现的串联问题，并使迁移实例访问主机的资源粒度 有了更细致的划分。同时还保证了系统的执行效率，使迁移工作流的优点 得到更充分的发挥。 1 2 本文工作与创新 本文所做的工作及研究成果包括： ( 1 ) 在分析移动a g e n t 的特点和移动a g e n t 系统中移动a g e n t 迁移所引起 的问题基础上，以文献2 中迁移工作流系统框架为研究背景，将信任等 级概念引入到迁移工作流系统中，提出了迁移工作流系统中的自适应 信任模型和自适应信任模型的建模； ( 2 ) 给出了迁移实例迁移域的组织过程。首先由工作流引擎向系统内工作 - _ _ _ - _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ - _ _ _ - _ l _ _ _ l l _ _ - - _ _ _ i i i ii i i _ _ _ _ _ - _ - l - - _ - _ - l _ 2 山东大学硕士学位论文 位置发布迁移实例准备迁移的消息，各工作位置根据自身意愿决定是 否向工作流引擎回应。回应内容包括各工作位置i d 及它可提供的工作 流服务，工作流引擎在对工作位置i d 及工作流服务认证成功的情况下 确定迁移域中的工作位置。最后，迁移域中的工作位鼍以线性表的形 式组织起来。 ( 3 ) 提出了基于自适应信任模型的迁移实例寻址框架。给出了反映工作位 置可为迁移实例提供环境和执行效率的信任度定义和其评价过程。然 后根据迁移寻址框架，描述了以信任等级、工作位置可连续执行的任 务数和迁移实例对工作位置的信任度为依据，在迁移域范围内确定目 标工作位置的方法。 ( 4 ) 给出了迁移工作流系统中迁移实例的迁移寻址过程中的主要类设计。 1 3 本文组织 本文围绕迁移工作流系统中存在的迁移实例寻址问题及其方法进行讨 论，其具体组织如下： 第一章，介绍基于移动a g e n t 的工作流研究背景及移动a g e n t 迁移所 引起来的安全问题，本文所做的工作以及本文的组织； 第二章，介绍了移动a g e n t 的特点及其在构建工作流系统方面所具有 的优势所在。介绍了本课题的研究背景一种基于移动范型的迁移工作流 系统，最后介绍了现阶段移动a g e n t 系统安全研究现状； 第三章，从实体迁移实例、工作位置之间需要长期合作的角度考虑， 将信任等级的概念引入到迁移工作流系统中，提出了迁移工作流系统中的 自适应信任模型和建模： 第四章，提出了一种基于自适应信任模型的迁移寻址框架，并按照此 框架，给出了迁移域的初始化和框架中三要素的获得方法，最后给出了迁 移寻址方法的描述。 第五章，给出了一个工作流系统中迁移实例的迁移寻址过程中主要类 的设计； 第六章，总结已取得的研究成果，并提出了下一步的研究内容。 - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ 一i i - _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ - _ - _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ - 3 山东大学硕士学位论文 第二章迁移工作流系统 工作流技术是进入9 0 年代以后计算机应用领域的一个新的研究热点。 工作流是指一个业务过程中的某些活动按照定义的约束规则先后被执行， 从而实现预期的业务目标。现阶段工作流技术的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“1 。而近年来移动a g e n t 的迅速发展，为工作流系统的构建提供了更多 选择。移动a g e n t 具有能够减少网络流量、适合于移动用户、有利于数据集 成、具有并行机制等优点，非常适合于工作流系统的构建。 迁移工作流是在基于移动a g e n t 具有构建工作流的特殊优点的背景下提 出来的，它是移动a g e n t 特点与分布式业务处理过程中的需要频繁地传递数 据和调用远程服务的特点相结合而出现的。本章主要介绍迁移工作流系统， 首先介绍移动a g e n t 技术和基于移动计算范型的迁移工作流系统。然后介绍 了移动a g e n t 系统安全研究现状。 2 ，1 移动a g e n t 技术 a g e n t 的概念可以追溯到7 0 年代分布式人工智能( d i s t r i b u t e da i ， d a i ) 的研究。c a r lh e w i t t 在并发a c t o r 模型中使用了a g e n t 的概念”， 后来“a g e n t ”这一术语就被广泛使用。到现在，移动a g e n t 研究工作已经 进行了2 0 多年，已经成为一类日益受到重视的移动计算工具”。但由于 a g e n t 内涵极其丰富，因此依然没有一个公认的定义。在此基础上发展起来 的移动a g e n t 更是因为应用领域的广泛而具有不同的涵义，如g e n e r a l m a g i c 公司在其推出的商业系统t e l e s c r i p t 中对移动a g e n t 的定义为：移 动a g e n t 是一个能在异构网络中自主地从一台主机迁移到另一台主机，并 可与其他a g e n t 或资源交互的程序。d a r t m o u t h 大学计算机系在其开发的 a g e n t t c l 系统中描述“可移动代理”是段可以在自身的控制下出异构网 络系统中的一台机器转移到另外一台机器上运行的程序”1 。文献 9 中对移 动a g e n t 的定义为：移动主体是代码、数据以及执行语境的软件包，它可 以在执行过程中，有目的地自治地在网络中移动，利用与分布资源的局部 交互而完成分布任务的软件实体。 综合以上定义，可以认为【1o 】：一个移动a g e n t 是一个活动的、自主的计 - _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ - - _ _ - - _ _ _ _ - - - - _ _ - - - - _ - _ _ _ - - _ i i i ii i i i i _ _ _ - _ _ _ _ 4 山东大学硕士学位论文 算实体，能够代表一个网络用户的利益，在一定的网络环境中迁移，通过 与环境的交互来实现用户指定的任务，而且移动a g e n t 能够在执行到某一点 时挂起自身，将代码传递到另外的网络节点上去继续运行。 移动a g e n t 是a g e n t 技术与分布式计算技术相结合的产物，因此它具 有a g e n t 技术与分布式计算技术的双重特性： 自主性：移动a g e n t 可咀不受外在的直接干预而独立运行，且可 以独立地修改整体规划，以对环境的改变做出及时响应； 交互性：移动a g e n t 能与包括人、设备和其它a g e n t 在内的实体 进行通讯，共同完成某一任务： 移动性：移动a g e n t 能够在异质的网络环境下，按照自己的意愿 从一个节点迁移到另一个节点。换句话说，这些a g e n t 可以在一 台机器上悬挂并迁移到另一台机器上恢复继续执行。 安全性：对a g e n t 本身及a g e n t 运行环境的安全性保障1 ； 智能性：移动a g e n t 可以感知网络状态和软件资源的条件，如网 络节点是否连接，当前的网络负荷，资源是否可用，以适应环境 的变化，对事件的发生做出适当的反应。 移动a g e n t 特别适合于解决传统方法中的数据处理、控制、专家知识 或资源分布等问题，使大量的数据处理可在数据源处进行，只须交换少量 的高层信息，从而减少了大量原始数据传送到远地的操作，提高了网络的 利用率。目前，移动a g e n t 主要应用领域有：电子商务、个人助理、分布 式信息检索、电信网络服务以及工作流系统。 移动a g e n t 适合于工作流系统的优点主要有： ( 1 ) 可以在一定程度上裤决集中式工作流系统带来的性能瓶颈和单点 失败问题 由于移动a g e n t 的移动性和响应环境变化的能力，因此它可以检测到 网络中的拥塞以及连接失败的节点，并根据检测的结果做出相应的对策， 等待或绕过拥塞或故障节点，避免了数据的丢失和系统崩溃，从而保证系 统的安全性。 ( 2 ) 支持异构的分布平台 山东欠学硕士学位论文 移动a g e n t 的迁移与执行建立在移动a g e n t 运行环境之上，通过a g e n t 运行环境对底层平台的封装，实现了工作流管理a g e n t 在虚拟机层次上的 平台无关性“”，而参与者一方的工作流引擎也就转换为一个简洁的移动 a g e n t 运行环境。 ( 3 ) 适用于工作流管理系统的构建 企业的每一个经营过程实例可以由一个移动a g e n t 来处理，移动a g e n t 按预先定义好的步骤在分布的网络节点上执行，当a g e n t 迁移时，它携带 着过程所需的执行代码与数据，无需每一步都通过中央数据库服务器来交 换数据，从而简化了工作流管理系统的构建。3 。 ( 4 ) 支持并发计算，提高工作流程的执行效率 由于移动a g e n t 只是一段能够实现一定任务的可执行代码，能够在主 进程的控制下生成多个子进程，每个子进程可以看成是一个子代理，辅以 一定的同步机制，可以大大提高工作流程的执行效率。 ( 5 ) 提供自主性 一方面，作为移动a g e n t 的基本特征，自主性使得工作流管理a g e n t 可以根据当前的环境与自身的状态，决定下一步的进程以及操作；另一方 面，每个参与者可以通过改变本地的数目来影响工作流的执行过程，获得 相应的本地自主性“。 ( 6 ) 有利于提高工作流系统的柔性与实用性 移动a g e n t 由于具有一般a g e n t 的特性，因此具有一定的智能化操作 能力，比如自适应、自学习等功能，可以在工作流程中出现某些意外情况时 动态地修改工作流的执行路线，有利于提高工作流系统的柔性与实用性。 ( 7 ) 可以解决工作流系统中的资源冲突问题 工作流实例在运行过程中，有可能出现多个并行的活动同时访问共享 资源的情况，可能会由于竞争同一资源而发生冲突，利用移动a g e n t 之间 的协商技术可有效解决这个问题“”。 正是基于移动a g e n t 具有适合于构建工作流系统的这些优势，文献2 结 合移动a g e n t 与分布式业务处理过程中的需要频綮地传递数据和调用远程服 务的特点提出了基于移动计算范型的迁移工作流系统。迁移工作流系统模型 6 山东大学硕士学位论文 是本课题的研究背景，下面给出迁移工作流模型【2 1 的详细描述。 2 2 迁移工作流的概念模型 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 问的协调工作以期达到业务的整体目标”“。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。 我们把工作流为业务过程，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。 在基于移动计算范型的迁移工作流模型中，任务执行主体称作迁移实例 ( m i g r a t i n gi n s t a n c e ) ，并且被解释为运行期间在工作位爱上合并静态工作 流说明、本地规则和策略、以及用户决策的效应( e f f e c t ) 汹1 。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。当迁移实例发现当 前工作位置不能满足其执行任务的要求时，便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。下一个工作位置的选 择决定于过程目标及当前任务的要求。当一个业务流程由多个业务处理过程 组成，并且令迁移实例对应业务处理过程时，对于不同的业务处理过程，不 同的迁移实例可以在不同的工作位置上生成并首先在该工作位置运行。因此 迁移工作流模型大大地提高了工作流系统适应动态环境的灵活性，特剐适合 需要传递大量数据和或需要大量调用远程服务的分布式业务并发处理过 程。 2 2 1 迁移工作流的定义 定义l 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， 7 山东大学硕士学位论文 w i d ： 迁移工作流标识 m i = m i 。，m i ：，m i 。) 是迁移实例的集合，每个迁移实例m i m i 都按照工作流过程定义完成一个目标相对独立的活动； w p = w p 。，w p “，w p 。 是 l 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 = ( 艮，e 。1 是面向工作流目标的迁移工作流引擎，其中， & 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 i 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： 负责全局工作位置空间w p 的管理，并且对每个m i em 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 e 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) 。 定义2 工作位置w p ew 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， w p i d ：可认证的工作位置标识； w p s = ， ， 是w p 能够为所有迁移实例m i m i 提供的功能服务集合， 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 t 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： w p r = ， ， 是w p 能够为所有迁移实 例m i m i 提供的数据服务集合，其中，w r 。是数据内容，a - 是访问权限，i 2 1 ， 2 ，n ： 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，它管理并向e 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。 _ l - _ _ i - _ _ - _ - - _ _ i _ l l l l l l l l l l l i il - _ _ _ _ _ _ _ _ l _ r 山东大学硕士学位论文 定义3 迁移实例m i m i 是一个六元组( m i i d ，t l ，t ，m p ，p ， t i e n g i n e ) ， 其中， m ii d ： 可认证的迁移实例标识； t l = ( ， ， t 。，艮，s 。 ，s c h e d u l e ) 是迁移实例m i 携带的任务说明，其中 ， ， t 。，r 。，s 。) 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 u r j 贝1 表示活动t 。使用资源r 。( r 当前工作 位置p 或由t ，的前驱任务生成) ，如果t j c r ，则表示任务t 。产生资源r ，( 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 i ，控制依赖关系e f c a u s a l i t y ，i t e r a t i o n ，a n d s p l i t ，a n d j o i n ，o r s p l i t ，o r j o i n ： t ：迁移实例m i 当前正在处理的任务，t t l ： m p ：由k 分配的允许m i 迁移的工作位置集合，m p c w p p ：迁移实例m i 当前所处的工作位置，p m p ； m i e n g i n e 是迁移实例m i 的工作引擎，它向e - i 报告自己的当前位置和当 前状态，按照t l 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s c h e d u l e 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 i l 作流服务的可满足性，以便执行m p 内的 迁移查询、迁移选择等。 推论1 迁移实例m i m i 是一个八元组( m i i d ，t l ，t ，m p ，p ，s 。t o l ，m c ) ， 其中， m i i d ：可认证的迁移实例标识： t l = ( ， ， t 。，艮，s 。) ，s c h e d u l e ) 是迁移实例携带的任务说明书，包括任务列表 ， ， t 。，风，s 。) 和任务调度s c h e d u l e 两部分。其中，任 务t i 对应b p 中的活动a 。，i = i ，2 ，n ，r 。是任务t 。的资源需求，s 。 是任务t 。的服务需求，s c h e d u l e 是依照目标预先定义的任务执行关 系a r ： t ： 迁移实例m i 当前正在处理的任务，t t l ： m p ：允许m i 迁移的工作位置集合，m p w p ； o 山东大学硕士学位论文 p ：迁移实例m i 当前所处的工作位置，p m p ； s ：迁移实例i 的当前状态； t o l ：迁移实例m i 的生命周期： m c ：迁移实例m i 的工作机，包括：任务执行与中止，多任务协调，当 前工作状态捕获，当前位置上资源与服务的可满足性检测，迁移查询、 决策与迁移，自身安全保护等。 2 2 2 迁移工作流系统框架 设计的迁移工作流系统框架可示意为图2 1 ，它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局域网互联组成。迁移工作流管理机执 行工作流引擎e n g i n e ，每个局域网都包含一个停靠站服务器和若干个与其相 连的工作机网络。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，并且在迁移实例到达后为迁移实例提供工作流 服务和资源服务。在特殊许可时，停靠站服务器还可以创建和杀死迁移实例。 停靠站服务器地址对所有迁移实例和所有其它停靠站来说都是位置透明的。 迁移实例所需要的工作流服务和资源服务由与停靠站服务器连接的各工作 机提供，按照分布式对象原理，提供方式可以区分为复制和引用两种类型1 。 这里采用对象复制结构而不采用对象引用结构，其理由是在局域网环境下， 传输速率已经不是瓶颈问题，而复制结构不仅可以减轻工作机执行迁移实例 服务的负担，保证各工作机有能力独立地执行迁移工作流服务以外的其他工 作，而且对迁移实例来说。容易将从停靠站服务器到局域网所有工作机的连 接设置成黑箱，从而阻止不良迁移实例对工作机的干扰和威胁。迁移实例 工作引擎除了负责在当前工作位雹上调度和执行任务外，还要负责自身管 理，包括标识当前任务和记录当前任务的状态，记录任务的完成历史和中间 结果检测当前位置服务需求的可满足性，并根据检测结果在迁移域中进行 迁移查询和迁移选择，自身安全保护等。迁移实例每到一个新位置，都要向 迁移工作流管理引擎报告当前位置和当前状态。 l _ - _ _ - _ _ _ _ _ - - _ - - _ _ _ l - - _ i i _ _ _ - - - _ i - _ _ _ l 1 0 山东大学硕士学位论文 要求可靠连接 图2i 迁移工作流系统框架 迁移工作流引擎体系结构按照定义l ，m w e n g i n e 的体系结构框架可示意 为图2 2 。 图2 2 迁移工作流引幂的体系结构 已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，巳，可以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 m i 创建成功时，k 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 1 l 山东大学硕士学位论文 追踪设施记录其当前位置和当前状态。迁移实例一经创建，便置于追踪设施 的监控之下。迁移实例m i 完成任务后必须回到创建地( 称作回收) 。在m i 被回收后，k 可以依据具体情况将其缓存复用或直接杀死。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，执行多迁移实例的 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。共 享空间是一个黑板结构，其中存储有各迁移实例报告的工作结果和最终协调 结果。 k 的初始化工作是按照w p 空间的网络拓扑结构完成全局工作位置的组 织，并且各工作位置的服务引擎向它报告本地所能提供的工作流服务类型。 当一个新的迁移实例m i 被创建成功时，已。首先向k 提出生成m i 迁移域肝的申 请；然后e - 口根据m i 的迁移域组织过程，为其实现一个从w p 空间n m p 空间的映 射，并将m i 的可认证标识和特征通知m 尸空间的所有位置：最后，e i p 依照m i 的迁移方法得到m i 的最终迁移目标位置。 强2 3 从肿空l 司到肿空i 司的映射 停靠站服务器体系结构按照图2 1 所示的迁移工作流系统框架和工作位 置定义2 ，构建停靠站服务器的核心问题是令服务引擎管理一个服务主体表， 并且使每个服务主体都关联不同的服务功能表和服务资源表，以便响应迁移 实例的查询。并完成工作流服务和工作资源从工作机到停靠站服务器的在线 复制，如图2 4 所示。服务主体是停靠站服务器所在局域网中工作机的映射， 功能表和资源表是相应工作机功能和资源的映射，所有工作机的服务和资源 映射代表了停靠站服务器的综合服务能力，它们构成迁移实例是否愿意迁移 到该停靠站服务器的判据。 停靠站服务器是迁移实例的运行场所，迁移实例所需要的工作流服务 由与停靠站服务器连接的各工作站提供( 见图2 1 ) 。按照分布式对象原理， 基于网络的服务提供方式可以区分为复制和引用两种类型，本研究采用基 l2 山东大学硕士学位论文 于c o r b a 的对象引用方式，其中停靠站服务器的体系结构如图2 4 所示。 迁移实倒hm i 的鸯询目录1l jf m i 的服务目录 查询 ll 广- j l l 一 服务目录生成 骓钏雏预li ：迁辖驱li ：0i i ：管 迁入允许袁l j 在线迁穆实例记教器( n ) 雅务调度 与协调 图2 4 停靠站服务器的体系结构 图2 4 中，服务引擎m p e n g i n e 的核心部件是停靠站o r b 。停靠站o r b 是为迁移实例提供服务的中间件，负责与各工作站o r b 及迁移工作流管理 引擎m w e n g i n e 的通信。服务引擎m p e n g i n e 管理一个服务主体表，每个服 务主体都关联相应的功能表和数据表。服务主体是停靠站服务器所在局域 网中工作站的映射，功能表和数据表是相应工作站功能服务和数据服务的 c o r b a 映射。在服务主体表初始化工作完成后，服务引擎m p e n g i n e 要向迁 移工作流管理引擎m w e n g i n e 报告本停靠站能够提供的所有工作流服务类型 和允许的服务方式。 当服务引擎m p e n g i n e 从工作流管理引擎m w e n g i n e 那里接收到某个迁 移实例m i 创建成功的消息后，它首先将m i 的可认证标识和识剐特征添加 到一个迁入允许表，然后根据m i 的工作流服务需求为其生成一个查询目录 表和一个服务目录表，查询目录包括所有工作流服务的服务名称、服务类 型、服务方式( 自动或入7 - ) 和服务角色。服务目录除包括查询目录的全 部表项外，还包括服务主体、服务主体一角色映射、功能所在工作站位置及 引用方式、数据所在工作站位黉及访问权限等。服务目录用于引导本地服 务调度，它涉及本地服务策略和工作站安全，因此有些表项对迁移实例是 不透明的。 除为迁移实例提供运行环境、向运行中的迁移实例提供工作流服务之 外，服务引擎的功能还包括接受迁移实例查询，实施对迁移实例的认证、 1 3 警：医 犁一 山东大学硕士学位论文 接受和迁移驱动，本地安全保护等。 迁移实例体系结构按照定义3 ，迁移实例必须携带一个静态的任务表 和一个许可迁移位置表。每个任务都关联相应的服务需求表和和资源需求 表，如图2 5 所示。迁移实例工作机除了负责在当前工作位置调度和执行 任务外，还要负责任务管理和迁移管理，包括标识当前位置和当前任务， 记录当前任务的状态，记录任务的完成历史，检测( 扑获) 当前位置对服 务需求和资源需求的不满足状态，并根据检测结果和许可迁移位置表进行 迁移查询、路由选择等。当然，与外界的通信和对自身的安全保护也是迁 移实例工作机的重要职责。本文不再对迁移实例工作机的构成做进一步细 化。 图2 5 迁嚣实倒的体系结构 迁移实例的生命周期过程基于图2 i 所示的迁移工作流系统框架和