（计算机应用技术专业论文）支持异常处理的迁移工作流服务方法研究.pdf

l ii 东大学硕士学位论文 摘要 迁移工作流是近年来工作流技术发展的一个新方向。迁移工作流引擎、迁移 实例和工作位置是构成迁移工作流管理系统的三要素。迁移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。迁移实例以移动a g e n t 为 范型构建，是迁移工作流的执行主体。它携带着任务说明书在旅行图规定的多个 工作位置之间连续迁移，并就地利用位置服务完成一项或者多项任务。工作位置 包括停靠站服务器和工作机网络两部分，它为迁移实例提供运行时服务和工作流 服务。 在迁移工作流管理系统中，工作位置提供的服务是完成迁移实例提交的任务 的前提。若工作位置在为迁移实例提供服务的过程中出现异常，将造成工作流无 法准确完整地执行。因此，为保证迁移工作流完整准确执行，迁移工作流管理系 统必须对工作位置上出现的异常进行处理。工作位置异常可以分为物理故障异常 和逻辑故障异常两类，前者是指位置主机崩溃、网络断连等硬件异常，后者是指 工作位置提供的工作流服务发生了变化、服务不能按照计划进行或者未产生预期 的结果。本文研究的是逻辑故障异常的处理，即如何提供支持异常处理的迁移工 作流服务。 本文首先根据工作位置的服务特性，分析了服务异常的处理特点。根据工 作位置的服务特点及其异常处理特点，明确了迁移工作流服务中的补偿概念和 补偿模型。其次，针对工作位置提供的服务自治的特点，基于案例推理的思想， 提出了一种支持异常处理的迁移工作流服务模型。该模型以工作机服务为案例 组织单元，利用案例实现了工作位置的服务知识和补偿知识的管理和重用。通 过服务案例实现工作机服务的组织和管理，以支持工作位置服务的自治性的实 现；利用补偿案例设置本地补偿路径，实现对工作流服务异常的处理。该服务 模型将异常处理方法与服务方法结合，异常的处理充分考虑本地服务知识及异 常的上下文环境，利用补偿案例中的补偿知识处理检测到的异常，从而保证迁 移工作流服务过程的完整性和准确性，实现失败任务的恢复。最后，基于提出 的工作流服务模型，设计了工作位置的工作流服务框架，并给出了基于服务案 i ii 东大学硕十学位论文 例的工作流服务过程和基于补偿案例的服务异常处理过程。 基于本文提出的迁移工作流服务方法，以书店工作流服务系统为迁移实例 提供图书销售服务的过程为例，说明了该服务方法在保证本地服务自治性的同 时，大大增强了迁移工作流管理系统处理异常的能力。未来将在基于本体的案 例匹配和工作位置向迁移实例提供主动服务方面做深入的研究。 关键词：迁移工作流；工作流服务；异常处理：补偿；基于案例的推理 l i 东大学硕士学位论文 a b s t r a c t m i g r a t i n gw o r k f l o w i san e w d e v e l o p m e n td i r e c t i o no ft h ew o r k f l o wt e c h n o l o g y r e c e n t l y t 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 mc o n t a i n st h r e ee l e m e n t s ： m i g r a t i n gw o r k f l o we n g i n e 、m i g r a t i n gi n s t a n c ea n dw o r k p l a c e t h em i g r a t i n ge n g i n e t a k e sc h a r g eo ft h ew o r k f l o wp r o c e s s sd e f i n i t i o n 、m i g r a t i n gi n s t a n c e sg e n e r a t i o na n d t h ec o o r d i n a t i o no ft h em i g r a t i n gi n s t a n c e s t h em i g r a t i n gi n s t a n c ei sc o n s t r u c t e db y t h ep a r a d i g mo ft h em o b i l ea g e n ta n di st h ee x e c u t i o ne n t i t yo ft h em i g r a t i n g w o r k f l o w i tt a k e st h et a s ks p e c i f i c a t i o na n dm i g r a t e sa m o n gt h ew o r k p l a c e sw h i c h a r ed e f i n e db yt h ei t i n e r a r yg r a p hc o n t i n u o u s l y i tf i n i s h e so n eo rm o r et a s k sm a k i n g u s eo f t h ew o r k p l a c es e r v i c el o c a l l y t h ew o r k p l a c ec o n t a i n st h ea n c h o r a g es e r v e ra n d w o r k - s t a t i o nn e t w o r k i tp r o v i d e st h er u n - t i m es e r v i c ea n dw o r k f l o ws e r v i c ef o rt h e m i g r a t i n gi n s t a n c e i nm 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 ，t h es e r v i c ew h i c ht h ew o r k p l a c e p r o v i d e si st h ep r e c o n d i t i o no ff i n i s h i n gt h et a s k sw h i c ht h em i 伊a 矗n gi n s t a n c e s u b m i t s t h ee x c e p t i o n sa p p e a r e di nt h es e r v i c ep r o c e s sf o rt h em i g r a t i n gi n s t a n c e w i l lp r e v e n tt h em i g r a t i n gw o r k f l o wf r o me x e c u t i n gp r o p e r l ya n de x a c t l y s o ， m 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 mm u s th a n d l et h ee x c e p t i o n sa p p e a r e do nt h e w o r k p l a c ei no r d e rt ok e e pt h em i g r a t i n gw o r k f l o w se x e c u t i o np r o p e ra n de x a c t t h e w o r k p l a c ee x c e p t i o n sa r ed i v i d e di n t op h y s i c a lf a i l u r ee x c e p t i o n sa n dl o g i c a lf a i l u r e e x c e p t i o n s ，t h ef o r m e rm e a n sw o r k p l a c em a c h i n ef a i l s 、n e t w o r kb r e a k sd o w ne t c m e a n w h i l e ，t h el a t t e ro n em e 锄st h a tt h ew o r k f l o ws e r v i c e sp r o v i d e db yt h e w o r k p l a c ec h a n g e 、t h es e r v i c ec a nn o te x e c u t ea c c o r d i n gt ot h ep l a n so rt h es e r v i c e c a nn o tg e tt h ea n t i c i p a t e dr e s u l t s t h i st h e s i ss t u d i e do nt h eh a n d l i n go ft h el o g i c a l f a i l u r ee x c e p t i o n ，t h a ti s ，h o wt op r o v i d et h em i g r a t i n gw o r k f l o ws e r v i c es u p p o r t i n g t h ee x c e p t i o nh a n d l i n g f i r s t l y , t h i st h e s i sa n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h es e r v i c ee x c e p t i o nh a n d l i n g a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em i g r a t i n gw o r k f l o ws e r v i c e t h ec o n c e p ta n d i i i 山东大学硕+ 学位论文 m o d e lo ft h ec o m p e n s a t i o ni nm i g r a t i n gw o r k f l o ws e r v i c ea r eg a v eo u tb a s e do nt h e c h a r a c t e r i s t i c so fs e r v i c ea n di t se x c e p t i o nh a n d l i n g t h e n ，f o rt h ea u t o n o m o u s c h a r a c t e r i s t i co ft h es e r v i c ep r o v i d e db yt h ew o r k p l a c e ，am i g r a t i n gw o r k f l o w s e r v i c em o d e ls u p p o r t i n ge x c e p t i o nh a n d l i n gi sp r o p o s e db a s e do nt h ec a s e b a s e d r e a s o n i n g i nt h i sm o d e l ，t h ec a s ei so r g a n i z e db yt h ew o r k s t a t i o ns e r v i c ea n di s u s e dt om a n a g ea n dr e u s et h es e r v i c ek n o w l e d g ea n dc o m p e n s a t i o nk n o w l e d g eo f t h ew o r k p l a c e t h es e r v i c ec a s ei su s e dt om a n a g ea n do r g a n i z et h ew o r k s t a t i o n s e r v i c ei no r d e rt oi m p l e m e n tt h ea u t o n o m yo ft h ew o r k p l a c e ss e r v i c e ，a n dt h e c o m p e n s a t i o nc a s ei s u s e dt os e tt h el o c a lc o m p e n s a t i o np a t ha n dh a n d l et h e w o r k f l o ws e r v i c ee x c e p t i o n t h em o d e lc o m b i n e st h ee x c e p t i o nh a n d l i n gm e t h o d w i t ht h es e r v i c em e t h o d e x c e p t i o nh a n d l i n gt a k e st h el o c a ls e r v i c ek n o w l e d g ea n d t h es e r v i c ee x c e p t i o n s c o n t e x ti n t oa c c o u n ta n dm a k e su s eo ft h ec o m p e n s a t i o n k n o w l e d g ei nt h ec o m p e n s a t i o nc a s et oh a n d l et h ee x c e p t i o nd e t e c t e di no r d e rt o k e e pt h em i g r a t i n gw o r k f l o ws e r v i c ep r o c e s si n t e g r a t e da n de x a c t ，r e c o v e r i n gt h e f a i l u r et a s k s f i n a l l y , t h ew o r k p l a c ew o r k f l o ws e r v i c ef r a m e w o r ki sd e s i g n e db a s e d o nt h ep r o p o s e dw o r k f l o ws e r v i c em o d e l ，a n dt h ew o r k f l o ws e r v i c ep r o c e s sb a s e do n t h es e r v i c ec a s ea n dt h es e r v i c e e x c e p t i o nh a n d l i n gp r o c e s s b a s e do nt h e c o m p e n s a t i o nc a s ea r eg a v eo u t b a s e do nt h ep r o p o s e dw o r k f l o ws e r v i c em e t h o d ，t h ec a s et h a tt h eb o o k s t o r e w o r k f l o ws e r v i c es y s t e mp r o v i d i n gt h eb o o k s d i s t r i b u t i o ns e r v i c ef o r t h em i g r a t i n g i n s t a n c es h o w st h ep r o p o s e ds e r v i c em e t h o dc a nk e e pt h el o c a ls e r v i c e sa u t o n o m o u s a n de n h a n c et 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 sa b i l i t yt oh a n d l et h e e x c e p t i o n s t h ef u t u r er e s e a r c hw i l l f o c u so nt h ec a s em a t c h i n gb a s e d0 1 1t h e o n t o l o g ya n da c t i v es e r v i c ep r o v i d e db yt h ew o r k p l a c ef o r t h em i g r a t i n gi n s t a n c e k e y w o r d s ：_ i g r a t i n gw o r k f i o w ：w o r k f i o ws e r v i c o ：e x c e p t i o nh a n d ii n g ； c o m p e n s a t e ：c a s e b a s e dr e a s o n in g 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 究做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：封吻 一 日 期：一垄业二 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：茎：l 扬 导师签名： 嫂日 期： 硼。s t l o 山东大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景 第1 章绪论 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它所关注的问题是业务处 理过程的自动化。工作流是一类能够完全或者部分自动化执行的经营过程，它通 过文档、信息或者任务按照一定过程规则的流转，将业务目标全部或者部分自动 化，实现组织成员之间的协调工作，达到整体的业务目标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、业务过程管理与继承 及实现业务过程自动化的核心技术。 工作流系统只有在工作流管理系统的支撑下，通过集成具体的业务应用系统 ( 如e r p 系统，c r y 系统等) 才能完成对企业经营过程运行的支持。工作流管理系统 是能够完成工作流的过程定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻 辑推进工作流实例执行的软件系统。它是对业务过程的建模、自动执行、流程统 计分析、实例实时监控和跟踪等功能的一系列软件工具集，一方面实现了业务过 程在计算机上的自动处理，大大缩短了流程的生命周期，提高了企业的工作和生 产效率；另一方面，又可以使用户方便的分析企业业务流程，找出不合理之处， 快速给出流程重组方案。 在现代企业信息资源异构、分布、松散耦合的环境下，传统的集中式工作流 管理系统必然向分布式方向发展。现有的分布式技术一般来说都是基于远程过程 调用( r p c ) 的。r p c 虽然减轻了网络编程的困难，使系统对用户更加透明，但是网 络间信息的交换却占用了大量的网络资源，限制了工作流管理系统的可靠性和可 扩展性，使分布式工作流管理系统很难走向成熟。近年来出现的移动a g e n t 技术 可以看作是r p c 的扩展，它是代码、数据以及执行环境的软件包，可以在执行过 程中有目的的、自治的在网络中移动，利用与分布在网络中资源的交互完成任务 的软件实体。它具有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，感知网络状态和软件资源，自治决策能力等【2 】。基于移动a g e n t 技术的工作流系统在一定程度上解决了传统工作流系统在性能及应用上的不足， 利用移动a g e n t 的持久能力可以间接保证系统的可靠性，并且这种计算模式特别 【ii 东大学硕十学位论文 适合复杂的计算，因此很适合于工作流管理系统的构建。基于这一点，文献 3 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，在传统工作流的研究基础上引入移动a g e n t 技术，提出了一种 基于移动a g e n t 的工作流模型一迁移工作流模型。 文献 4 在此研究基础上给出了迁移工作流模型的清晰定义，提出了一个包 含工作位置、迁移实例和迁移工作流引擎三要素的迁移工作流管理系统框架结构 并讨论了停靠站服务器结构、迁移实例结构、迁移域组织和管理、迁移寻址等关 键技术。其中，以移动a g e n t 为范型构建的迁移实例是迁移工作流的执行主体， 它携带任务说明书在旅行图规定的多个工作位置之间连续迁移，并就地利用位置 服务完成一项或多项任务。迁移工作流引擎按照工作流的过程定义创建迁移实 例，为其分派任务，并将其派遣到工作位置上启动执行。工作位置是迁移实例的 执行场所，它包括停靠站服务器和它所关联的工作机网络，停靠站服务器为迁移 实例提供运行时服务( 例如迁入、迁出、安全保护等基础服务) ，工作机网络为迁 移实例提供工作流服务( 例如数据服务、工作项服务、自动调用服务等) ，由停 靠站服务器负责调度和访问工作机网络的服务资源。 1 2 课题的意义 在采取工作流管理系统支持经营过程的企业中，工作流执行服务可以看成是 企业的业务操作系统，系统的业务过程在它的管理、监控和调度下运行。因此， 工作流执行服务是工作流管理系统的核心。但是，由于工作流系统的大规模、分 布式特点造成系统复杂性增强、业务过程的动态变化以及工作流执行时各种不确 定因素的存在，使得工作流在执行时经常出现各种异常。这些异常的出现导致工 作流实例无法正常执行。因此，工作流系统的异常处理问题成为保证工作流执行 完整准确的前提。对于一个工作流管理系统来说，不仅要求它在正常情况下能够 发挥作用，更重要的是要求它能够灵活的处理各种异常情况。 针对工作流异常，mk l e i n 和cd e l l a r o c a s 等人给出了其定义是f 5 】：工作流异 常是指对“理想”业务过程的偏离，包括活动执行时遇到的错误、活动参与者之 间的通讯错误、对活动和资源的变化缺少支持等等( 这个“理想”业务过程是指 利用可使用的资源以一种最佳方式达到某项任务的要求) 。而工作流异常处理就 2 山东大学硕士学位论文 是指通过一定的技术手段，按照某种处理机制和一定的处理方法检测并解决工作 流异常，以保证工作流的顺利、正确执行。 在传统工作流管理系统中，人们提出了许多异常处理方法并根据提出的方法 开发了相应的支持异常处理的工作流系统，其中，具有代表性的系统包括w i d e t 6 1 、 o p r e a t 7 1 以及w a m o 8 1 系统等。由此可见，对工作流异常处理的研究已经成为完善工 作流技术的关键技术之一，对工作流系统异常处理情况解决的好坏也成为衡量工 作流产品优劣的关键因素之一。 如同传统的工作流管理系统一样，迁移工作流系统也会发生异常，例如迁移 实例异常、工作位置的服务异常等。而工作位置提供的服务是完成迁移实例任务 的必要条件【9 1 ，若工作位置在服务过程中出现服务异常必将导致迁移工作流执行 的非正常终结和工作流结果的错误，因此，为了保证迁移工作流的过程完整性和 结果正确性，迁移工作流管理系统必须对工作位置上出现的工作流服务异常进行 处理。 1 3 本文的研究工作和创新点 本文的研究工作如下： l 、总结了工作流异常的概念及分类，阐述了已有的工作流系统异常处理方 法。介绍了基于移动计算范型的迁移工作流系统概念及各组成部分框架。 2 、分析了具有自治性的迁移工作流服务的特点及其异常处理特点，明确了 服务中补偿的概念和补偿模型。提出了基于案例推理的迁移工作流服务模型， 该模型通过服务案例支持迁移实例的正常工作，通过补偿案例实现服务异常的 处理，实现失败任务的恢复。 3 、根据提出的迁移工作流服务模型设计了工作位置的服务框架，给出了基 于服务案例的工作流服务方法和基于补偿案例的服务异常处理方法，并描述了 相关的算法。 4 、基于本文提出的迁移工作流服务模型、框架和方法，构建了服务案例和 补偿案例，并以书店工作流服务系统( 工作位置) 为迁移实例提供图书销售服务 的过程为例说明了本文提出的方法增强了系统处理异常的能力。 本文主要创新点： 3 山东大学硕士学位论文 1 、定义了迁移工作流服务中的补偿概念及补偿模型，并给出了m i 任务、 工作机服务、服务案例和补偿案例的概念。 2 、针对工作位置服务自治特性及其异常处理特点，提出了基于案例推理的 迁移工作流服务模型，其中，服务案例用于支持迁移实例的正常工作，补偿案 例实现本地失败任务的恢复，并通过迁移实例实时验证工作流相关数据检测服 务异常。 3 、根据提出的迁移工作流服务模型设计了工作位置的框架结构，说明了基 于服务案例的工作流服务过程和基于补偿案例的服务异常处理过程，并阐明了 相关的算法。 1 4 本文组织结构 本文的内容结构如下： 第1 章介绍了课题的研究背景和意义，说明了论文所做的研究工作、创 新点和论文的组织结构。 第2 章首先，介绍了工作流技术，描述了工作流技术的基本概念和发展 现状。其次，介绍了工作流异常的概念、分类及已有的工作流异常处理方法。 第3 章 首先，介绍了移动a g e n t 的概念和关键技术。其次，介绍了基于 移动a g e n t 范型的迁移工作流概念模型，给出了迁移工作流管理系统框架，阐 述了迁移工作流引擎、工作位置和迁移实例的体系结构。最后，说明了迁移工 作流服务的特性及其异常处理特点。 第4 章首先，提出了支持异常处理的迁移工作流服务模型。其次，根据 提出的服务模型给出了支持异常处理的工作位置服务框架。最后，基于该框架 说明了基于服务案例的迁移工作流服务方法和基于补偿案例的服务异常处理方 法。 第5 章根据第4 章提出的服务模型、框架和方法，给出了服务案例和补 偿案例的实现，并以书店工作流服务系统为迁移实例提供图书销售服务的过程 为例说明了支持异常处理的迁移工作流服务模型和方法的实现。 第6 章总结了论文所做的工作和研究成果，并提出了有待于进一步完善 的环节和以后的研究重点。 4 山东大学硕士学位论文 2 1 引言 第2 章工作流异常处理概述 近年来，网络信息技术的发展加快了经济全球化的步伐，经济全球化要求 企业必须提高运营效率，并通过选择可靠的框架集成企业现有的应用，加速以 客户为中心的企业业务流程再造。工作流技术作为一种面向过程的系统技术， 它的出现满足了企业的这种需求。工作流技术通过对业务流程的设计、开发和 管理的支持，使企业内的各种功能、活动通过预定义的流程高效的衔接起来， 从而提高了企业的运营效率和对市场的反应灵敏度。而另一方面，工作流技术 提供了对分布式流程控制的支持，它通过把网络中的人工操作和异构环境中的 企业功能应用集成到统一的业务过程中，利用企业目前已有的计算设施，使预 定义的任务能够在分布式的执行环境中高效执行并接受相关的监控。 但是对分布性支持造成工作流的执行环境表现出动态、不确定性等错误倾 向，为保证业务流程的完整性和企业信息系统的鲁棒性，工作流系统必须能够 在出现异常的情况下仍可保证工作流的正常准确执行。在工作流系统的生命周 期中，完全按照流程执行且无任何异常发生的情况所占的比重并不大，而处理 异常的情况占据了相当的设计时间和实施时间。也就是说，在工作流系统中发 生异常状况几乎是不可避免的：流程模型建立错误、过程执行异常、业务需求 变化以及外部支撑环境变化等因素都有可能导致工作流在执行过程中偏离了预 定义的路径而无法达到目标。工作流异常处理是实现工作流可靠执行的有效手 段，而且已经成为工作流系统设计和执行过程中需要解决的关键问题之一。 2 2 工作流技术 2 2 1 工作流技术基础 2 0 世纪8 0 年代出现的工作流技术对企业经营和管理产生了重要影响： 1 、 改变了企业低效、繁琐的过程运作方式，支持业务过程建模、自动执 山东大学硕+ 学位论文 行和重组： 2 、改变了企业的交流合作方式，使企业能够跨越时间、空间障碍通过网 络进行交流： 3 、改变了企业的信息处理方式，在计算机支持下进行异步、松散耦合的 无纸化信息处理。 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 li t i o n ，w f m c ) 的成立标志着工 作流技术开始进入相对成熟的阶段。工作流联盟给出的工作流定义是： 定义2 1 工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系 列过程规则、文档、信息或任务能够在不同的执行者之间传递与执行。 该定义说明了工作流是企业经营过程的计算机实现。它通常用于过程的自动 化，通过将文档、信息或者任务按照预先定义好的规则和流程在参与者之间进行 传递，从而帮助用户实现或完成整个经营目标。一个工作流就可以看成是企业的 一个具体的经营过程的抽象或者图形化的表示。我们给出经营过程的定义【1 0 1 如 下： 定义2 2 一个经营过程是为了实现企业某个经营目标的一个过程，它在部分 或者全部组织机构和人员的参与下，利用企业资源( 包括所需的处理设备、通信 设备、计算机硬件、软件等) ，按照预先确定的规则，在参与者和组织机构之间 进行文档、信息、任务的传递和处理( 包括经营决策) ，从而实现预定的经营目 标。 在明确了工作流和经营过程的概念基础上，给出工作流管理系统的定义， w f m c 为工作流管理系统做出的定义是： 定义2 3 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。 按照经营过程以及组成活动的复杂程度的不同，工作流管理系统可以采取许 多种不同实施方式。在这些实施方式中，所应用的信息技术、通信技术和支撑系 统结构会有很大的差别。工作流管理系统的实际运行环境可以是一个工作组内部 或者是全企业的所有业务部门。虽然不同的工作流管理系统具有不同的应用范围 和不同的实施方式，但它们还是具有许多共同的特性。从比较高的层次上来抽象 的考察工作流管理系统，可以发现所有的工作流管理系统都提供以下3 种功能： 6 【ii 东大学硕十学位论文 l 、建立阶段功能。用于工作流过程和活动的定义及建模功能。 2 、运行阶段的控制功能。在一定的运行环境下，执行工作流过程，完成定 义过程中的活动排序和调度。 3 、运行阶段的人机交互功能。实现各种活动执行过程中用户与r r 应用工具 间的交互。 2 2 2 工作流管理系统现状 当前工作流管理系统基于不同的技术出现了多个发展方向，下面介绍几种典 型的工作流管理系统： 1 、基于c o b r a 的工作流管理系统，女n o r b w o r k t l 2 1 ，它是基于c o b r a 的完 全分布式的工作流管理系统，以c o b r a 产品o r b i x 作为底层的通信支持，并使用 c o b r a 来实现互操作和数据源的封装。在o r b w o r k 中，系统的所有组成部分， 包括任务管理器、任务、监控单元和恢复机制都是c o b 删象，它们之间通过 c o b r a 的i d l 调用进行协作。同时，o r b w o r k 还为用户提供了w e b 界面以及w e b 与c o b r a 之间的接口。以c o b r a 作为工作流管理系统的底层基础设施有许多优 点，比如可以利用对象请求代理机制( o r b ) ，标准的接口定义语言( i d l ) ，面向对 象技术等。 2 、基于w e b 的工作流管理系统。w e b w o r k i ”1 是完全基于w e b 技术实现的工 作流管理系统。由于大多数企业都有其自身的w e b 服务器，或者可以连接到某个 w e b 服务器上，因此，m e t e o r ”1 的研究人员开发出了这套基于w e b 的工作流管 理系统。w e b 浏览器为用户提供了一个通用、友好的界面，而且它可以很容易地 布置在多个计算平台上。 3 、基于持久消息队列的工作流管理系统。i b ma l m a d e n 研究中心所进行的 e x o t i c a p 4 1 项目研究在工作流分布执行方面提出了一种能够完全分布的执行模型， 它通过永久消息( p e r s i s i t e n tm e s s a g e s ) 的方式来保存工作流相关的执行信息，使得 每一个执行节点都是相互独立的，工作流过程的执行不以某一个节点为中心，完 全实现了工作流的分布式执行。这种方式大大提高了系统的可靠性、可扩展性以 及系统柔性。e x o t i c a 的这种设计方案是建立在底层的消息传递系统之上的，这些 消息为上层的应用隐藏了复杂的通信实现代码，屏蔽了操作平台及网络协议的异 7 lji 东大学硕十学位论文 构性。 4 、基于移动代理的工作流管理系统，如d a r f f l o w t ”1 等。所谓“移动代理， 是指一段可以在自身的控制下由异构网络系统中的一台机器转移到另一台机器 上运行的程序。移动代理能够在执行到某一点时挂起自身程序，将代码传递到 其他的网络节点上继续执行。使用移动代理具有许多优点：在一定条件下能够 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，因此很 适合于工作流管理系统的构建。企业的经营过程实例由一个移动代理来处理， 代理在预定义的步骤下在分布式节点上执行，当代理移动时，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的数据库服务器来交换数据。 2 3 工作流异常的概念和分类 2 3 1 工作流异常的概念 工作流异常是指工作流执行偏离了正常的执行路线，它可能是由于工作流 系本身引起，也可能是由外部系统造成的。根据工作流异常的来源，定义工作 流异常的概念如下： 定义2 4 工作流异常是指由于工作流系统外部异常、工作流系统异常或活 动执行异常所引起的工作流活动失败和工作流程失败，导致工作流不能按照预 定义的工作流模型正常执行的情测1 6 】。 定义中的系统外部异常指操作系统、网络、通讯、基础组件平台等工作流 系统之外的因素所产生的异常，这些系统都是与工作流管理系统密切相关的； 工作流系统异常是指如工作流相关数据对其约束条件的违反、无法为任务分配 人员或者资源等情况；活动执行异常是指每个活动在执行时出现的如执行程序 失败、执行者操作异常等情况。ch a g e n 认为引起工作流异常的原因有技术原 因和用户原因f 7 1 。技术原因包括通讯问题、计算机断电、调用程序失败等；用 户原因包括工作流模型错误、系统变化、缺少雇员等。 2 3 。2 工作流异常的分类 通过对工作流异常进行分类，可以认清工作流异常的本质，为异常处理做 山东大学硕十学位论文 好准备。对异常分类方式较多，比较主流的分类是从异常的来源和从对工作流 系统产生的影响上分类。 l 、从异常的来源角度，可将工作流异常分为三类1 7 】：基础结构异常、工作 流管理系统异常和应用程序异常，如图2 1 所示。 基础结构异常主要是指基础结构中产生的各种异常情况，包括计算机硬件 故障、操作系统故障、网络故障、数据库故障等。 应用程序异常主要是指工作流管理系统在运行中与之交互的应用程序产生 的异常，如应用程序运行故障、产生错误运行结果、非法操作工作流管理系统 中的共享数据等情况。 工作流管理系统异常则是指工作流管理系统在运行中的所有与工作流程不 符的情况，包括工作流模型中的描述错误、活动产生的错误操作、共享数据的 非法操作，活动之间对资源的分配和使用冲突等情况。 应用程序异常 任务任务 么彳 工作流管理系统之乡 苴砷娃均邑学业 萎由出绡刊并雨 d b m s ，o i m ， 图2 - 1异常分类 2 、不同的异常对工作流管理系统产生的影响是不同的，具体表现在对工作 流过程实例运行状态的影响，因此，p j k a m m e r 从这个角度将异常分为三种n 8 】： 噪声( n o i s e ) 、特殊异常( i d i o s y n c r a t i ce x c e p t i o n ) 矛l 演变异常( e v o l u t i o n a r y e x c e p t i o n ) 。 噪声：是指那些微小的、可以被忽略的异常。 特殊异常：是指异常只在某个具体的工作流运行实例中出现。 9 山东大学硕十学位论文 演变异常：指工作流模型发生了变化，要求以后的工作流实例全部根据修 改后的模型演变。 2 4 工作流系统异常处理方法 定义2 5 工作流异常处理是指通过一定的技术手段，按照某种处理机制和 一定的处理方法解决工作流异常，以保证工作流的完整、正确地执行【1 6 】。 工作流异常处理需要根据具体的异常情况，采取一定的处理方法，按照一定 的处理机制进行，例如采取忽略、重试、替代、补偿等操作处理异常1 9 】 2 0 i 。异 常处理过程包括从检测到异常事件的发生，到找到合适的处理措施，最后实施处 理的三个阶段。工作流异常发生的时间是在工作流执行时出现的，异常处理也必 须在工作流执行过程中实时进行。 工作流系统的异常处理包括两个方面：异常检测和异常处理。异常检测是通 过某种检测手段发现系统中的异常。现有的异常检测方法主要通过检测工作流系 统中的目的组件的输入和输出与期望值比较来实现。如果输入、输出的值与期望 值不同，则认为工作流系统发生了异常。具体的异常检测方法主要有以下几种类 型： i 、工作流数据检测2 1 】：通过对工作流数据的输入、输出值进行验证确定是 否有异常发生。该方法是一个综合的检测方法，其它的检测方法一般是该方法的 扩展或者变形。 2 、计时检测。在时间相对敏感的工作流管理系统中，一个没有在指定的反 应时间内的正常输出也有可能成为异常。检测时间相关的异常通常采取在请求和 回应间隔时间段内跟踪工作流状态实现瞄l 。 对检测到的异常，工作流管理系统必须对其进行处理。目前已有的工作流异 常处理方法主要有如下几种： i 、失败补偿法。该方法起源于线性s a g a 方法。线性s a g a 2 3 1 是m o li n a 和s a l e m 提出用来解决长时间事务的方法。线性s a g a 的基本思想是采取松弛原子性使得事 务可以在全部结束前释放某些占用的资源，这样可以提高资源的利用率，而且有 利于对事务进行补偿。这可通过把长事务( s a g a ) 分成一些系列子事务来实现，而 每个子事务都有一个与之相应的补偿事务，每个子事务都具有a c i d 属性，其补偿 1 0 1l 东大学硕+ 学位论文 模型如图2 - 2 所示。在事务执行失败时，可通过对应的补偿事务来消除已经执行 的事务所产生的结果。失败补偿法的思想是每一个任务有一个相应的补偿任务对 应，这个补偿任务在语义上对已执行任务产生的影响进行了消除( u n d o ) 。i b m 的 e x o t i e a 工程中的工作流失败处理措施采取了此种思想，通过为每个任务适当的 插入补偿路径，可以做到当前出现活动执行失败时有条件的执行补偿任纠2 4 1 。 0 10 2o n c 1c 2c n 图2 - 2补偿模型 je d e r 和wl i e b h a r t 在提出的工作流模型w a m o 中，为其中的每个任务定义了 事务特性( t r a n s a c t i o np r o p e r t i e s ) 。一个活动执行失败时，可以根据模型中的 定义的事务特性有条件的执行补偿，也可以不去补偿而直接夭折这个活动。该种 处理方法也属于失败补偿法。 失败补偿方法处理工作流系统异常而言，补偿操作应根据系统的架构和特点 具体定义，才能实现工作流系统的恢复。 2 、基于e c a 规则的方法 6 1 。基于e c a 规则的方法是一个综合的异常处理方法， 该方法全面考虑了各类异常的处理，可根据不同的异常情况定义相应的规则来处 理异常。e c a 规则要求对每一个具体的异常类别建立相应的规则( 也称为触发器) ， 根据发生的异常满足一定的条件去调用相应的处理( 活动、子过程或者人工干预 等) 。 w i d e 系统使用了e c a 规则方法，该系统在异常处理上定义了一种语言称为 c h i m e r a e x c 。通过该语言对每个任务定义了相应的异常触发器、事件、条件和 动作。通过数据库将已知的各种模式所对应的触发器保存，并提供工具完成e c a 规则的检索、修改和增加。 o p e r a 系统对异常处理也采取e c a 规则法。在o p e r a 系统中，异常被表示成一 山东大学硕+ 学位论文 个四元组( n ，0 ，i ，r ) ，其中，n 是异常的名字，0 代表允许的控制流选项( a b o r t 或 r e s u m e ) ，i 是输入的数据，用于向处理程序传递异常发生时的上下文，r 是输出 的数据，表示返回给异常发生源的数据。异常是通过将e c a 规则表示为预定义异 常的异常句柄( e x c e p t i o nh a n d l e r ) 来处理的。 3 、基于知识库( k n o w l e d g e b a s e d ) 的方法【5 1 。mk l e i n 和cd e l l a r o c a s 提出 基于知识库的异常处理方法。在知识库中将异常检测、异常处理都表示为知识。 在异常发生后通过知识匹配选择合适的异常处理器来处理异常。每一个异常都有 一个对应的知识库入口，其中给出了异常的名称、定义以及异常的特征和相应的 处理方法。通过将异常分类，形成了一个树状的异常分类结构，这棵异常分类树 可用于知识库的搜索和异常的匹配。基于知识的异常处理方法分为三步：异常处 理的准备( p r e p a r i n gf o re x c e p t i o n s ) 、异常检测( d i a g n