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网格工作流的研究与完善 摘要 本文首先分析了网格f ：作流的研究现状和发展动态。随着网格作 流技术的蓬勃发展，在i 叫格工作流方面的研究主要包括两个方面的内容， 一方面是一些有关研究组织提出的关于网格工作流的建议和规范，例如 g l o b u s 组织提出的网格：i ：作流描述语言的推荐规范g s f l 等；另一方面 是一些实际的采用网格：亡作流来构建和管理复杂网格应用的项目和系 统，例如g l o b u s 联盟推出的g r i d a n t 项目和美国能源部网格项目a s c i 推出的g a l e 项目。 通过对网格工作流的理论基础和研究现状的深入分析，我们发现工 作性能低是目前网格工作流的主要问题。针对该问题，本文考虑通过对 网格工作流的建模、网格工作流的资源配置和网格工作流的容错三个方 面的研究，来提高网格工作流的性能。针对网格工作流建模的规模问题， 本文提出了一种基于g w f n e t 的过程建模方法，缩小了网格工作流过程 模型的规模，使整个模型的逻辑结构更加清晰，从而减少了过程模型中 的错误；针对网格工作流的资源配置缺乏有效的资源配置算法，本文建 立了一种基于a h p 的服务资源选择模型，减少了服务资源选择不当的机 率，为网格任务选取了最合适的服务资源，从而满足了用户的资源需求， 实现了服务资源的优化配置；针对网格工作流的容错机制比较简单，缺 乏灵活性，本文丰富了现有的容错技术，提出了一种灵活的、多层次的 容错机制，使不同类型和特点的网格任务可以采用不同层次的容错技术， 从而减少了整个网格工作流执行瘫痪的可能性。通过以上的问题解决方 法，本文实现了提高网格工作流性能的目标，即减少了工作流的运行时 问，根据门j 户的需求最少他j | _ j 了昂贵的资源，使 作流执行的成jj j j 簪山壶 高。 最后，本文还详细地介绍了基于a h p 的服务资源选择模掣的。央现， 验诅：了该方法的r 丌行性，例时将该模型应用于嘲格工作流。r 台k a , a j a n 上，构建了一个简单的网格一卜作流实验，以此证明其提高r 嘲格i 作流 的，件能。 关键词：网格计算，网格：r 作流，有色p e t r i 网，服务信息，层次分析法 容错技术 爪幄l ! i ：j 、c f l l j | 1 j f ，：i j j f 口论文 r e s e a r c ha n dp e r f e c t l 0 no f g r i dw o r k f l o w a b s t r a c t f i r s to fa l l ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n t t r e n do fg r i dw o r k f l o w w i t ht h ef l o u r i s h i n gd e v e l o p m e n to fg r i dw o r k f l o w t e c h n o l o g y ，t h er e s e a r c ho fg r i dw o r k f l o wm a i n l yc o n t a i n st w oa s p e c t s o n o n eh a n d ，s o m er e l a t i o n a lr e s e a r c ho r g a n i z a t i o np u t sf o r w a r ds o m ea d v i c ea n d c r i t e r i o n so fg r i dw o r k f l o w f o ri n s t a n c e ，g l o b u so r g a n i z a t i o np u t sf o r w a r d t h er e c o m m e n d a t o r yc r i t e r i o no fg r i dw o r k f l o wl a n g u a g eg s f l o nt h eo t h e r h a n d ，s o m ep r a c t i c a lp r o j e c t s a n d s y s t e m s o f g r i d a p p l i c a t i o n s a r e i m p l e m e n t e d ，w h i c ha r ec o n s t r u c t e da n dm a n a g e db yg r i dw o r k f l o w f o r i n s t a n c e ，g l o b u sa l l i a n c ep u t sf o r w a r dt h eg r i d a n tp r o j e c te t c t h r o u g ht h ea n a l y s i so fp r e s e n ts i t u a t i o no fg r i dw o r k f l o w , l o ww o r k p e r f o r m a n c ei s t h em a i np r o b l e mo fc u r r e n tg r i dw o r k f l o w a i m i n ga tt h i s p r o b l e m ，t h i st h e s i sc o n s i d e r si m p r o v i n gt h ew o r kp e r f o r m a n c eb y t h r e e f a c e t sr e s e a r c h ，m o d e l i n go fg r i dw o r k f l o w , r e s o u r c ed e p l o y m e n to fg r i d w o r k f l o w , f a u l tt o l e r a n c eo fg r i dw o r k f l o w a b o u tt h es c a l ep r o b l e mo f m o d e l i n go fg r i dw o r k f l o w , t h ep r o c e s sm o d e l i n gm e t h o db a s e do ng w f - n e t i s p u tf o r w a r d t h i sm e t h o dr e d u c e st h e s c a l eo fp r o c e s sm o d e lo fg r i d w o r k f l o w , m a k e st h el o g i cs t r u c t u r eo fm o d e lm o r el e g i b l e ，a n dt h e r e b y d e c r e a s e se r r o r so fp r o c e s sm o d e l b e c a u s er e s o u r c ed e p l o y m e n to fg r i d w o r k f l o wi ss h o r to fe f f e c t i v er e s o u r c ed e p l o y m e n ta r i t h m e t i c ，t h i st h e s i s e s t a b l i s h e st h em o d e lo fs e r v i c ec h o i c eb a s e do na h p , t h i sm o d e lr e d u c e st h e i m p r o p e r c h o i c eo fs e r v i c er e s o u r c e sa n dc h o o s e s a p p r o p r i a t e s e r v i c e i i 工 奠( 原理i ? 人。颁十研究生二似沦史 r e s o u r c e sf o r g r i dt a s k s t h e r e b y u s e r s r e s o u r c ed e m a n di sm e t a n d o p t i m i z e dd e p l o y m e n to fs e r v i c e r e s o u r c e si sa c t u a l l z e d c u r r e n tf a u l t t o l e r a n c em e c h a n i s mo fg r i dw o r k f l o wi ss i m p l e ra n d1 a c k sf l e x i b i l i t y s ot h i s t h e s i se n h a n c e se x i s t i n gf a u l t t o l e r a n tm e t h o d sa n dp u t sf o r w a r dt h ef l e x i b l e a n dm u l t i l e v e lf a u l tt o l e r a n c em e c h a n i s m t h i sm e c h a n i s mm a k e st h a t 。 d i f f e r e n tt y p eg r i dt a s k sm a yu s ed i f f e r e n tl e v e lf a u l t t o l e r a n tm e t h o d s ，a n d 1 e s s e n st h ep o s s i b i l i t yo ft h ep a r a l y s i so fg r i dw o r k f l o w d u et oa b o v es o l u t i o n st ot h ep r o b l e m ，t h i st h e s i sd e c r e a s e st h er u n t i m e o fg r i dw o r k f l o w , l e a s tu s e sc o s t l yr e s o u r c e sb yu s e r s d e m a n d ，a n dm a k e st h e s u c c e s sr a t eo fe x e c u t i o no fg r i dw o r k f l o wm a x i m a l f i n a l l y , t h i st h e s i s s t i l li n t r o d u c e st h ea c t u a l i z a t i o no ft 1 em o d e lo f s e r v i c ec h o i c eb a s e do na h pi nd e t a i l a n dv a l i d a t e st h ef e a s i b i l i t yo ft h i s m e t h o d a tt h es a m et i m e ，t h i st h e s i sa p p l i e st h em o d e lt ok a r a j a np l a t f o r m ， a n dc o n s t r u c t sa s i m p l ee x p e r i m e n to fg r i dw o r k f l o w i m p r o v e m e n to f p e r f o r m a n c eo fg r i dw o r k f l o wi sp r o v e d b yt h ee x p e r i m e n t k e yw o r d s ：g r i dc o m p u t i n g ，g r i dw o r k f l o w , c o l o r e dp e t r in e t ，s e r v i c e d a t a ，a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，f a u l t t o l e r a n tm e t h o d 声明尸刚 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 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：簋e 童生日期：翌生垒! 鱼! z 翌 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定。其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名： 纽矍坐日期i 坦至堇塑! z 宣 导师签名：垒里鱼 e ii 朝： 趔生圣璺! 塑 第一章引言 门从刚格诞卜之| 起，州格技术便丌始渗透到各个领域巾，例如医学、生物学等， 继m 川j 现如x 射线敬备的 ： 学门户、美国的生物信息学研究网络等网格应用项h 。 这”j 例懈应川顺i l 通常功能l e 常强大、结构和逻辑过程附矗复杂，衙h 前的网格系统 卜缺乏科t 有效地构建和处f ! 这些网格应用的方法，因此刚格：i 作流被提出。刚格：r 作流能够方便的构建、执行、管理和龄控这些网格应用，使得这些网格应用能够自动 实施并且效率高效。然而网格：i ：作流目前正处于发展阶段，在一些方面还存在着不足， 这些不足是目的急需考虑和解决的重要问题。 1 1 网格工作流研究现状 在目前网格工作流方面的研究主要包括两个方面的内容，一方面是一些有关研究 组织提出的关于网格工作流的建议和规范：另一方面是一些实际的采用网格工作流来 构建和管理复杂网格应用的项目和系统。 在关于网格工作流的建议和规范方面，主要包括：g l o b u s 组织提出的关于网格 工作流描述语言的推荐规范g s f l ( g r i ds e r v i c ef l o wl a n g u a g e ) 。g s f l 分析了 w s f l ( w e bs e r v i c ef l o wl a n g u a g e ) 技术，利用已有的网格服务集成新的网格服务， 描述了网格服务之间的交互和执行顺序；g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ) 组织提出的关于 网格工作流描述语言的推荐规范g r i dw o r k f l o w 。3 。g r i dw o r k f o w 针对网格环境下的 特征，采用x m l 语言定义了网格工作流中的词法，例如控制流、网格输出变量、计 算、数据传输、分之任务、参数、资源请求、计算属性、监控等；g c e ( g r i dc o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ) 和g s m ( g r i ds e r v i c em a n a g e m e n t ) 研究小组提出的一个网格工作流 体系结构的推荐规范g w a 3 3 ( g r i dw o r k f l o w a r c h i t e c t u r e ) 。g w a 定义了一个网格工 作流的公开架构，指出了网格工作流的生命周期包括工作流过程描述和验证，工作流 实例的执行。 在关于网格工作流的项目和系统方面，主要包括：g l o b u s 联盟( w w w c o g k i t o r g ) 开发的o r i d a n t ”项目。o r i d a n t 是一个简单的、可扩展的、与平台独立的和客户端 可控的网格工作流系统，主要包括了运行环境、工作流监控器、工作流词法库和工作 a 蟓圳l 人4 川m ! ：t i ) d u k 学觚论丈 流。| 擎叫部分：荚因能源郑州格项目a s c ij f 发的剐格j ，作流系统g a l e ”3 项l i 。 g a l e 对川格t ”的汁算和数引f 0 输等1 作进行了_ r 效的管州，但它缺乏对复杂l ：f 1 ：流 的支持：m c r u n j o b “1 项目是以r 岛能物理中进行大量数据处理的网格工作流系统。 m c r u n j o b 是管理大量处理业务：i ：作的产生器，通过强大的核心元数据描述语言转换 元数抓成为表单和工作描述。 1 2 论文的主要工作 通过对网格工作流的理论基础和研究现状的深入分析，本文发现工作性能低是h 前网格工作流存在的主要问题。该问题主要反映在网格工作流运行过程中的三个关键 步骤：网格工作流的过程建模、网格工作流的资源配置和网格工作流的容错机制。通 过对这三个方面的问题研究，本文分别提出了以下的解决方法，来提高网格工作流的 性能。 在网格工作流的过程建模方面，本文分析了有色p e t r i 网的特点和优势，在有色 p e t r i 网的基础上，提出了一种基于g w f n e t 的过程建模方法，解决了网格工作 流过程模型的规模问题。 在网格工作流的资源配置方面，本文分析了层次分析法的特点和应用领域，建立 了一种基于a h p 的服务资源选择模型，弥补了网格工作流缺乏有效的资源配置 算法的不足。通过实验，验证了该方法的可行性。 在网格工作流的容错方面，本文分析了网格工作流的常见错误和常见的容错处理 策略，丰富了现有的容错技术，提出了一种灵活的、多层次的容错机制，解决了 网格工作流容错机制缺乏灵活性的问题。 1 3 论文的组织结构 剩余章节的研究内容如下： 第二章，主要讨论了网格工作流的理论基础，主要包括了网格与网格工作流的相 关概念以及网格工作流的体系结构。通过对这些理论基础的深入学习，分析了目前网 格工作流存在的主要问题，探究了相关的解决方法。 第三章，分析了网格工作流过程模型的特点和目前过程建模方法的缺陷，提出了 2 利；走j ：g w f n e t 吖j 过程l 建模力 上。， u lj f i ：l 卜if 自i i 地 w i j 生j - 绷l f l tj 和jj | jg w f n e t 厶解决过f 缱模的舭帧问题。最后，分h ii 过氍横弘| 勺利关。r e 质。 第心章，分机ri | n d 网格上作流资汕j l 。岢行亿n q 题，研究r 联玖分析法的特点 t f 【i 应用领域，建了- 一种基于a h p 的服务资源选择模型。在此璀础i ：，给出了基于 a h p 的服务资源眦嚣的基本步骤。 第虹章，分机了i i 前网格工作流f ；f l t y t ；目j f l ：j 4 , 足，；h 再了现仃的：f = i = 错技术，将这 蝗容错技术归纳为鹏个层次，提高r f 州f l i 哺4 的父活性。在此2 。蛳l j i - ，分别弹细地描 述了两个层次的脊错技术。 第六章，详细| 地介绍了基于a h pf i j 服务资源选择模型的实玑，验址了该方法的 可行性。 第七章，总结了论文的研究工作神i 进一步的展望。 3 太原删i j 、顺十研究! 睁：位论义 2 1 网格 第二章网格工作流的理论基础 随荇j i 联川技术的迅猛发展，在互联网上形成了大量以汁算机系统为主导的汁鲐： 资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源和仪器设备资源等。网格试图将这 些大范围地理分布的异构计算机系统和资源整合在一起形成一+ 个火舰模的计算平台， 其中每一台参与的计算机或者以一台计算机为中心的资源集合就是一个“节点”。网 格正逐步成为一种新的技术和基础设施，可以充分利用集成的资源，形成一个大规模 的计算池。网格技术的两个优势：一个是数据处理能力超强；另一个是能充分利用网 上的闲置处理能力。 2 1 1 网格概念 网格是借鉴电力网的概念提出来的，网格计算就是基于网格的问题求解，网格的 最终目的是希望用户在使用网格计算能力时，就如同现在使用电力一样方便，为网格 用户提供与地理位置无关、与具体计算设施无关的通用计算能力。由于网格研究现在 处于发展阶段，对于网格概念还没有达成一致，下面是一些有代表性的定义和观点： “网格之父”i a nf o s t e r 和c a r lk e s s e l m a n 于1 9 9 8 年在网格的第一本专著t h e g r i d ：b l u e p r i n t f o r a n e w c o m p u t i n g i n f r a s t r u c t u r e ) ) o 中定义如下：计算网格是一 个包含硬件和软件的基础设施，它能对高端计算能力提供可靠的、一致的、普遍 的和不昂贵的接入。 l a n f o s t e r 给出了检验网格的三原则0 1 ：( 1 ) 通用开放标准；( 2 ) 非集中控制；( 3 ) 非平凡服务质量。 墨尔本大学r a j k u m a rb u y y a 认为“”：网格是一种分布式系统，它能使地理上分 布的自治资源根据自身的可用性、性能、成本以及用户的服务质量需求动态的共 享、选择和聚合。 中国科学院计算所所长李国杰院士认为“：网格是继传统因特网、w e b 之后的第 三次互连网浪潮，可以称之为第三代因特网应用。传统因特网实现了计算机硬件 4 爪胤川! i 人。产顺l ：0 i f 究生4 何论文 的连通，w c b 史观了m 贝的连且豆，i m 刚格则试图实现忆连川卜所有资 j j ； f l q 今i i i i 连 通，j i t i ，包括汁钳：资源、f f 淅资 l i ；i 、通信资源、软州。资洲：、，q 、资i | ! ；! 用】知以资溺! 等。 曙光总裁历。乍指i _ l _ j ”l ：网格就是计算的未来，核心思想足占j 二宽带和无线【碉络， 比化卜台洲算机内的备种部件郁能独立上网，共享资源和服务，1 ：创了w w w 后的g g g ( g r e a tg l o b a lg r i d ) 新型商业及科研模式。 山j 二叫格是面向【l = j 题领域，一：刚j 训题的要求和解决方法4 i 样，因此呈现出各种 各样的网格定义和观点例如计算网格、服务网格、知以刚格、拾遗网格、文化网格 和生念网格等等。i 司时网格还处于发展阶段，有关的概念也往刁i 断变化和发展中，但 是从网格的起源和目的看，不管什么网格，核心思想都是“整合资源，广泛共享，协 同： 作”。 2 12 网格特点 网格作为一种新的计算基础设施，具有一些重要的特点，这些特点对于网格构建、 网格研究和网格应用具有重要的意义。 分布性。网格作为一种新的分布式系统，它的资源分御在地理位鹭不同的许多地 方，这些资源可能包括计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源和 知识资源等。 异构性。网格中的资源都是异构的。例如对于计算资源，有不同类型的计算机， 不同的计算方式，不同的计算接口，不同的系统框架。 动态性。网格中的资源都是动态的。网格资源可能动态的加入或者退出网格，也 可能出现故障导致不可用，另外资源的性能情况也可能发生较大的变化，使得供 网格使用的资源也会发生相应的变化。 自治性。网格中的资源是属于某一本地的个人或者组织，网格资源的拥有者对资 源具有最高级别的管理权限，网格应该允许资源拥有者对其资源有自主的管理能 力。 自相似性。网格的局部和整体之间存在着一定的相似性，局部在许多地方具有全 局的某些特征，而全局的特征在局部也有一定的体现，网格的构建通过小的局部 网格可以形成更大的网格，其构成方式具有相似性。 5 、i , ；u q li ：人学硕i j f 宄牛。他论文 213 网格体系结构 如同计算机系统 古卡在汁算机e 程中的重要作用一样，网格体系结构埘t - - 网格系 统的整体架构是至关重篮的。刚格体系结构的主要功能是划分系统基本组件，指定组 件的目的与功能，刻【 f i j 组件之州的相互作用，整合各部分组件。血层沙漏体系结构和 ，r 放式网格服务体系结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 是网格发展过程 两种重要的体系结构。侄科j 研究领域，它们影响比较广泛，已被人们所众知。随菥 网格进入了商业领域，一种新的m 格体系结构被提出计算经济网格体系结构。 计算经济网格体系结构”：是山r a j k u m a rb u y y a 提出的又一影响广泛的网格体系 结构，被称为继o g s a 之后的下一代的网格体系结构。计算经济网格体系结构侧重 于研究网格资源的分配方式。网格系统中的资源供需关系，与现实世界中的商品经济 模型是可以类比的：资源的提供者相当于商品制造商，为用户提供计算资源，并从中 获利；资源使用者相当于商品购买者，为了满足自己的资源需求支付一定的费用。他 们都是由利益驱动的，为了获得最大利益而制定策略。 计算经济网格体系结构模型主要包括以下四部分( 如图2 1 ) ： 图2 - i 计算经济网格体系结构 f i g2 1g r i da r c h i t e c t u r ef o rc o m p u t a t i o n a le c o n o m y 网格服务供应商( g r i ds e r v i c ep r o v i d e r s ) ：包括地理上分布的所有互联资源和网 格中本地资源管理系统，主要是拥有资源的服务供应商( 相当于网格节点) 对资源进 6 合耻f | f j 分眦以满足交易服务器平i i 侥i f ! ；f 坝约的要求。同时服务供j 、i 崩按照经济模型 ；川定价格策略和交易原则，以求获得址人利8 轧变埸服务器是服务“ij 遁商本身的代l l ! 雅序，遵衙价格策略与用户协商资源仗川价晰_ f ；彳导结账系统址录资源消耗情况。网 格服务供应商f 司格用户通过网格银行用i i - 1 格l 阿场服务器进行结算。 网格c l l j 件服务层( g r i dm i d d l e w a r es e r v i c e s ) ：利用网格中问什实现了构造经济 川格模型所需的备种服务，其中包括移求、发个利服务质量控制，提供必要的网格信 息供刚格浏览器查找所需资源，通过交易l ：连接交易服务器平【l 交易管理器，执行 任务模块完成资源的诈确分配，存储一t 川存储各种必要信息。 网格资源经纪层( g r i dr e s o u r c eb r o k e r ) ：负责资源发现、资源选择、软硬件资 源的绑定、计算初始化、单一资源映像等功能。经纪层由作业控制代理、调度顾问、 网格浏览器、交易管理器和分布代理= j = l 部分组成。作业控制代理作为总控负责监督程 序的执行，连接用户和其余四部分。调度顾问负责资源发现和资源选择。交易管理器 是在调度顾问的资源选择算法指导下，评估资源的访问开销，为调度顾问提供资源选 择依据。分布代理负责在选定的资源上激活任务，并周期性地向作业控制代理更新任 务执行状态。 网格用户层( g r i dc o n s u m e r ) ：用户对网格系统提出自己的要求，包括所需资源 和交易所必须的信息，如价格、时间限制、偏好等。用户可使用网格应用程序，直接 向网格经纪层提出要求。或者用户利用网格语言编程环境，编写自己的网格程序提交 给网格经纪层。用户可以通过w e b 在远程资源上提交数据和收集结果。 2 1 4 网格应用 网格最初是从科学计算领域发展而来的，网格利用其整合分布资源的能力在科学 计算方面发挥着重要的作用，以前的大部分应用都是在该领域： 分布式超级计算是指将分布在不同地点的超级计算机用高速网络连接起来，并用 网格中间件软件“粘合”起来，形成比单台超级计算机强大得多的计算机平台。 当今最有影响的两个网格分布式超级计算应用：综合军力表示和分布式异构计算 环境c a c t u s 。 分布式仪器系统是指以网格管理分布在各地的贵重仪器系统，提供远程访问和控 制的手段，提高仪器的利用。当今最有影响的网格分布式仪器系统：x 射线设备 的科学门户。 7 o 数扔：密集，l 何是指i ”j 涉及刮海量数据的处理分析，此1 擂蛆庞人的计算能 j ，例f f | ：j “能物理试验、气象预报郁是数据密集刑题，可以利川网格米处耻。 “j 今最影响的网格数据密集型计算：欧洲d a t a g r i d 。 远程沉浸足种特殊的网络化虚拟现实环境。远张1 0 浸是个典型的网格问题， 它所共# 的足一个集中的虚拟环境( 这个虚拟环境足所享资源的映象，如超级 计算机、数谢库等) ，而主要不是共享参与者的资源。 随着网格技术的不断发展，删格已经从科学计算领域走出来了，进入了商业领域， 其j 体表现如_ 卜： r o s sm a u r i ( i b mb u s i n e s sm a n a g e r ) 在g l o b u s w o r l d 会议上指出：“网格在业 务的压力中生存。这不是因为网格是项很酷的技术，也不是因为这项技术很容易 使用，也不是因为它开放源代码并且具有开放的标准，而是因为网格技术正在解 决商业问题。” 在唤醒网格这项技术时，有两个公司对于网格社区提供了很大的贡献：u n i v a c o r p 和g l o b u sc o n s o r t i u m ( 网格联盟) 。u n i v ac o r p 是由网格计算组的s t e v e t u e c k e 、l a nf o s t e r 和c a r lk e s s e l m a n 联合创建的，该公司提供商业软件、技术支 持，并为开源的g l o b u st o o l k i t 和网格社区提供专业的服务。g l o b u sc o n s o r t i u m 是一个专门促进g l o b u s t o o l k i t 的商业应用的行业小组。它由i b m 、惠普、北电 网络、u n i v a 、英特尔和s u n 组成。 清华大学网格组负责人刘鹏博士( “中国网格信息中转站”创始人) 说到“一年 前存储网格和计算网格还只用在学术界，现在有些知名i t 公司已经开始用它卖 钱，您可像购买水和电一样购买计算和存储资源，租用一个微处理器每小时收l 美元，租用每千兆存储空间每月收l 美元”。 o r a c l e1 0 9 网格数据库不仅在l i n u x 平台上创造了新的世界纪录，还被广泛应用 于众多的企业中。 路虎汽车己经用上了i b m 网格碰撞技术。 英国广播公司b b c 正在建造用于节目共享的网格。 2 2 网格工作流 随着网格技术研究的深入和网格基础设施的发展，在网格上出现了越来越多的功 8 能强大、结构圭乏杂的剐格应川研究项| i ，例如，：p 固的虚拟火艾i 项| = i ( v i r t u a l o b s e r v a t o r yo l 、c h i n a ) 、- 蜒旧的e - s c i e n c e ( u ke s c i e n c ep r o g r a m ) 项i i 和炎圳的7 l 物 信息学研究叫络( b i o m e d i c a li n f b r m a t i c sr e s e a r c hn e t w o r k ) ，而川格。作流能够方便 的构建、执彳j ：、管理和监控网格应川，使得网格应用能够自动实施并1 ：l 效率高效。 2 2 1 网格工作流的发展动力 网格应川起源于元计算，最初的应州t 处理模式相对比较简单，将儿个大的元汁算 节点联合起来，从而得到更强的计算能力或存储能力，共同处理某项科学计算任务； 或者将任务划分为许多小的任务，每个任务处理自己的数据和计算，任务之间的关联 较少，任务之间没有复杂的过程，整个任务的逻辑过程相对比较简单，控制比较容易。 但是随着网格技术研究的深入和网格基础设施的发展，在网格上出现了越来越多的功 能强大、结构复杂的网格应用研究项目，如果没有适当的方法处理这些网格应用，很 可能导致网格应用执行效率低下，甚至不能成功执行。 在w e b 服务领域，对于如何描述和规定w e b 服务间的协作与组合已有不少研究 成果，如w s f l 、x l a n g 、b p e l 4 w s 等。网格服务要充分发挥其潜力，也必须要有 一种机制能够从现有服务集合中动态组合新的服务。对于网格研究和应用，不但要充 分利用网格来实现资源共享，而且要在这些资源的基础上开展协同工作，使得网格应 用能够有条不紊的自动或者半自动执行，尤其是当网格应用的逻辑过程比较复杂，具 有各种时间和因果约束的时候，更需要有相应的服务和技术来管理这些应用，而网格 工作流能够方便的构建、执行、管理和监控网格应用，使得网格应用能够自动实施并 且效率高效。因此网格工作流也就随着网格研究的深入和应用的发展而得到了重视。 2 2 2 工作流基本概念 工作流1 的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中具有固 定程序的活动而提出的一个概念。它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。 不同的研究者和工作流产品供应商从不同的角度给出了工作流的定义，以下给出 几个具有代表性的定义。 9 w i m c ( 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 ) 给的j ： 1 流定义”是：1 n 流址一 类能够完全或者部分自动执的经营过程，它根掘系列过程规则、文档、信，q 、或任 务能够在不同的执行者之m 进行传递与执行。 g e o r g a k o p o u l o s 给出的l ：作流定义“是：工作流是将一。组任务( t a s k ) ! l l f l t 起来 先成某个经营过程。在：i ：作流一i ，定义了任务的触发顺序干触发条件。每个任务j 以山 个或多个软件系统完成，也”，以山一个或一组人完成，还可以是山一个或多个人与 软件系统协作完成。 p e o p l e s o f t 公司给出f 内i ：作流定义”是：工作流足一个用来实施经营过税丈践的 机制。 i b ma l m a d e n 研究中心给出的工作流定义”是：工作流是经营过程的一种计算机 化的表示模型，定义了完成整个过程所需用的各种参数。这些参数包括对过程中每一 个步骤的定义、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 每个活动所需要的应用程序。 以上的这些工作流的定义，虽然表述方式略有不同，但是基本上都说明了这样一 个问题，即工作流是经营过程的一个计算机实现，而工作流管理系统则是这一实现的 软件环境。因此，工作流实质上是一种反映业务流程的计算机化的模型，它是为了在 先进计算机环境支持下实现经营过程集成与经营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。 在明确了工作流定义的基础上，下面介绍一下工作流管理系统的定义。w t m c 给 出的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。为实 现工作流技术的标准化和开放性，w f m c 确立了有关工作流管理系统的一些规范，提 出了通用的工作流管理系统参考模型( 如图2 2 ) 。这个模型主要描述了一个工作流 管理系统主要的组成部分。各个部分的主要功能介绍如下： 过程定义：给用户提供一种对实际业务过程进行分析和建模的手段，是工作流管 理系统中的一个重要组成部分，也是实施工作流管理的起点。借助于工作流程定 义工具，工作流程将被建立起来，帮助人们理解工作流程元素间的复杂关系。一 旦工作流模型建立起来后，可以通过工作流程仿真功能，在企业服务处理过程运 转之前，按照已制定的各种规则验证其正确性、完整性及可操作性。 工作流引擎：是工作流管理系统的核心。它根据工作流模型的定义在分布的环境 1 0 太原理】：人学硕t 。w 究生：学位论文 下实现真证的业务处理过程。具体米酏，它具有如下功能：( 1 ) 解释过程定义； ( 2 ) 控制活动的创建、激活、挂起及终i l ：( 3 ) 在活动问导航；( 4 ) 人员的 到达和离开；( 5 ) 提供用户接口，确定工作项目给用户并提醒用户工作到达。 笃型 j 行服务匕年算迢 蹙雌翻商_ 、 用户界面塑! 应用 图2 - 2 工作流管理系统的体系结构 f i g 2 2a r c h i t e c t u r eo f w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m 工作流控制、相关及应用数据。工作流控制、相关及应用数据是在工作流运行环 境中涉及的数据。工作流控制数据是由工作流引擎管理的数据。工作流相关数据 是工作流管理系统用来决定过程实例转换状态的数据。工作流应用数据是应用程 序特有的而不能被工作流管理系统存取的数据。 任务表、任务表旬柄及用户接口任务表。任务表句柄及用户接口是与群组工作人 员相关的元素。任务表中包含工作人员应完成的工作项目。工作流引擎将工作项 目放在任务表中，以使任务表句柄注意。一般来说，对每个用户都有一个任务表 与之对应。任务表旬柄是管理工作组成员与工作流交互的软件。它相当于用户界 面与工作流之间的桥梁。任务表旬柄的功能在不同系统中有所不同。在一些简单 的系统中，它仅负责向用户发消息，然后等待用户应答。在复杂的系统中，它还 要控制工作项目在一组工作人员中的定位。 用户界面：负责与用户对话及控制用户本地操作的界面。 嚣酣用 彩刁 太原理r 人1 硕l 研究生学位沦文 2 2 3 网格工作流的定义和主要概念 网格： 作流是借鉴商业工作流的概念提出来的，网格工作流的最终目的是钊对网 格中用户提出的复杂问题，将网格环境下不同的网格服务按一定方式组织起来，形成 一个新的组合网格服务，使得用户能够像使用普通网格服务一样使用该组合网格服 务，从而达到解决该复杂问题的目的。因此网格工作流平台是实现网格计算的重要基 础软件。由于网格工作流研究现在处0 二发展阶段，对于网格工作流概念还没有达成一 致，下面是一些有代表性的定义和观点： 墨尔本大学的r a j k u n m a rb u y y a 1 等人认为：网格工作流是网格应用服务的合成， 这些网格应用服务以定义好的顺序在异构和分布的网格结点上执行，为了完成某 一特殊目的。 美国a r g o n n e 国家实验室的g r e g o r v o nl a s z e w s k i ”等人认为：网格工作流被定 义为网格活动集合的合成和构架，为了完成一个巨大和复杂的目标。 慕尼黑大学的d i e t e rc y b o k “”认为：网格工作流就是一个网格服务组织，该组织 以定义好的执行顺序去管理这些网格服务。网格工作流可以被看成是网格服务的 合成，为了完成某一特殊目的。 印第安那大学的s r i r a mk r i s h n a n “3 等认为：网格工作流是网格中一个关键部分， 是在异构的方式下合成不同的网格服务，从而组成较大的合成网格服务。 网格工作流带有与网格环境相适应的特征，因此网格工作流中的一些基本概念与 传统工作流的概念虽然相似，但是更多的是带有网格环境的特征。本节在此对网格工 作流中的主要概念作进一步的说明。 网格活动( g r i d a c t i v i t y ) ：网格工作流过程中的一个逻辑处理步骤，是过程执行 的单位实体，可以是人工活动和自动活动，由一定的网格资源和应用程序处理。根据 网格特点和o g s a ，可以认为网格活动对应网格服务。 形式化描述为：网格活动是一个三元组g a ( i d ，r p ，i p ) ，其中i d 是活动的标 识，r p 是活动的资源参数，i p 是活动的约束参数。 网格工作流模型( g r i dw o r k f l o wm o d e l ) ：某个网格应用目标和策略的相关网格 活动的集合，在虚拟组织框架内相关的网格服务为完成某个网格应用，按照某些约束 关系构成的集合。 形式化描述为：网格工作流模型是一个四元组g w f m ( i d ，p - m o d e l ，r p m o d e l ， 1 2 a r g ) ，其r i li d 址h 浒1 。作流模，弘的f ，j i u ! ，p - m o d e l 足刚格l ：作流髓眇过样模型， i t p m o d e l 灶m 1 ： jf 1 ：流模j 眇 _ l f n 资i j ( f 模型，a r g 是网 备工作流模，伽l j n 0 十l i 关参数集 合。 网格实例( g r i di n s t a n c e ) ：阀格l 一作流过程或者网格工作流过程中活动的一次具 体执行。 形式化抖6 述为：网格文例是一个h i 组g i ( w - i d ，a i d ，r p ，s ，a r g ) ，其中 w i d 是网格一l f l - 流的标以，a i d 是网格活动的标识，r p 是活动的资源参数，s 是 活动的状态，a r g 是活动的相关参数集合。 224 网格工作流与传统工作流的异同 网格工作流借鉴了传统： 作流的思想，因此网格工作流和传统工作流有许多相同 点。网格工作流与传统工作流一样包含四个基本要素：工作流模型、工作流运