（计算机系统结构专业论文）网格协同工作流模型、引擎与协同机制的研究及实现.pdf

上海大学坝士学位论文 ! ! ! ! ! ! 生翌! ! 型! ! ! ! ! 堕! ! ! ! ! ! g ! ! ! 婪! ! ! ! ! ! 生 摘要 网格( g r i d ) 技术是把地理位噩上分散资源集成起来的一种基础设施，它为 分= = f | i 式资源与服务的共享和协同工作提供了一个开放的标准平台。随着开放网格 服务体系结构o g s a 和w e b 服务资源框架( w s r f ) 的提出，网格上所有资源 都被抽象为网格服务，网格技术受到越来越多关注，网格应用已深入到科学研究、 环境资源、金融业、制造业等广泛领域。网格协同工作流技术将网格服务组合起 来实现复杂的业务流程，同时融合协同技术，具有能方便快速构建、运行、管理 和监控网格应用的独特优势。 目前网格工作流技术的研究还处于起步阶段，在网格工作流模型、网格工作 流执行语言方面缺乏统标准，传统工作流如何与网格动态性、协同性有机结合 都是当前研究热点，这些工作对网格工作流研究与发展具有非常重要的意义。 本文首先在分析各种工作流模型的基础上，提出了网格协同工作流模型，从 组织资源模型、数据资源模型和过程模型三个方面对模型进行了深入阐述，并在 此基础上给出了网格协同工作流系统架构，体现了网格动态和协同的特性。 其次，结合网格协同工作流模型与网格服务的相关特点，对商业流程执行语 言b p e l ( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o nl a n g u a g e ) 进行扩充，提出了网格工作流执 行语言g w e l ( g r i dw o r k f l o we x e c u t i o nl a n g u a g e ) ，并用该语言实现了对网格 协同工作流应用的定义，同时给出了基于g l o b u st o o l k i t4 网格服务的开发、部 署流程。接着是论文的重要部分：采用面向对象设计方法，运用f a c t o r y 和o b s e r v e r 等设计模式来设计与实现了网格协同工作流引擎，其主要功能包括：解释模型、 应用实例创建和管理、工作流系统运行管理与控制和接口提供，实现了对网格工 作流系统、工作流应用和应用案例的高效管理；针对网格协同工作流运行过程中 应用客户层、工作流应用层和网格服务层发生的动态变化，实现了工作流的动态 管理技术，提高了系统适应动态变化的能力；提出并运用了网格协同上下文的概 念，实现了基于j m s 的协同机制，保证了工作流应用业务流程的高效执行。 最后，在网格协同工作流系统平台上，通过建模、开发、部署和运行等步骤， 实现了银行贷款工作流应用，充分体现了网格协同工作流中资源共享与协同工作 的重要特征。 关键词：网格协同工作流，工作流模型，g w e l ，工作流动态管理，协同机制 上海大学硕一l 学位论义 ! 鉴! ! ! ! g ! ! i ! ! 生! ! 塑! ! 堕! ! ! ! 趾! ! 型! ! ! ! 坚! 型 a b s t r a c t g r i dt e c h n o l o g yi st h eb a s i ce s t a b l i s h m e n tw h i c hp u r p o s ei st o i n t e g r a t e d i s t r i b u t e dr e s o u r c e sf o rc o l l a b o r a t i n gw o r k i tp r o v i d e sa no p e np l a t f o r mo fs h a r i n g a n dc o l l a b o r a t i n gw o r kf o rd i s t r i b u t e dr e s o u r c e sa n ds e r v i c e s g r i dt e c h n o l o g yh a sg o t m u c hm o r ea t t e n t i o na n di th a sb e e na p p l i e di nm a n ya r e a sa f t e rt h eo g s a ( o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) a n dw s r f ( w e bs e r v i c e sr e s o u r c ef r a m e w o r k ) h a sb e e n p r o p o s e d w o r k f l o wt e c h n o l o g yp r o v i d e sas u i t a b l ew a yt oc o m p o s ed i s t r i b u t e dg r i d r e s o u r c e sa n dg r i ds e r v i c e sf o rac o m p l e xt a s kg r i dc o o p e r a t i v ew o r k f l o wc a n c o n v e n i e n t l yc o n s t r u c t ，e x e c u t e ，m a n a g ea n dm o n i t o rg r i da p p l i c a t i o n sb a s e o n i n t e g r a t i o ng r i dt e c h n o l o g y ，w o r k f i o wt e c h n o l o g ya n dc o o p e r a t i v em e c h a n i s m m o d e lo fg r i dw o r k f l o w , g r i dw o r k f l o we x e c u t i o nl a n g u a g e ，t h ei n t e g r a t i o n b e t w e e nt r a d i t i o nw o r k f l o wa n dd y n a m i c ，c o l l a b o r a t i n go fg r i dt e c h n o l o g ya r et h ek e y a r e a sa tt h ep r e s e n tr e s e a r c hi ng r i dw o r k f l o w t h i st h e s i ss t u d i e ss u c ha r e a sw i t h d e e p l yr e s e a r c ha n dt h ed e t a i li sa sf o l l o w i n g ： f i r s to fa l lt h i sp a p e rp r o p o s e sam o d e lo fg r i dw o r k f l o wa c c o r d i n gt ot h e d y n a m i cg r i dt e c h n o l o g ya t t r i b u t e sa n dm o d e lo ft r a d i t i o n a lw o r k f l o wi th a sb e e n d e s c r i b e df r o mt h r e es u b - m o d e l s ：o r g a n i z a t i o nr e s o u r c em o d e l ，i n f o r m a t i o nr e s o u r c e m o d e la n dp r o c e s sm o d e li nd e t a i l a f t e rt h a tt h er e l a t i o n s h i po ft h r e es u b m o d e l sh a s b e e ne x p l a i n e dt h ea r c h i t e c t u r eo fg r i dc o o p e r a t i v ew o r k f l o wh a sb e e nd e s i g nb a s i c o nt h i sm o d e l g w e l ( g r i dw o r k f l o we x e c u t i o nl a n g u a g e ) h a sb e e np r e s e n t e dw h i c hi s b a s e do ne x t e n s i o nb p e la n dg r i dt e c h n o l o g y i ti sb a s e do nx m la n dd e s c r i b e st h e p r o c e s so fg r i dc o o p e r a t i v ew o r k f l o w ag r a p h i ct o o l f o rd e f i n i n gp r o c e s so fg r i d w o r k f l o wh a sb e e nd e s i g n e da n dr e a l i z e db a s e do ne c l i p s ea n dg e fp l u g i n t h ee n g i n ei sc o r eo fg r i dc o o p e r a t i v ew o r k f l o ws y s t e m i t sf u n c t i o ni n c l u d e s p a r s i n gd e f i n e df i l e so fg r i dw o r k f l o wa p p l i c a t i o n s ，m a n a g em a dc o n t r o lw o r k f l o w a p p l i c a t i o n s ，c r e a t e a n dm a n a g ea p p l i c a t i o n s i n s t a n c e sa n dt h em a n a g e m e n to f w o r k f l o w r u n n i n g t i m e a tt h es a m e t i m eat h r e e - t i r e d y n a m i cm a n a g e m e n t m e c h a n i s mh a sb e e nd e s i g n e dw h i c ha i mi st om a n a g et h ec h a n g ei nw o r k f i o w a p p l i c a t i o nl a y e r , g r i ds e r v i c e sl a y e ra n dw o r k f l o wa p p l i c a t i o nl a y e r c o o p e r a t i v e m e c h a n i s mh a sb e e na p p l i e dw i t ht h ep r o p o s i n go fg r i d f l o wc o n t e x ta n dr e a l i z e d b a s eo nt h es u n sj m st e c h n o l o g y b a s e do nt h ew o r ko fa b o v e m e n t i o n e daw o r k f l o wa p p l i c a t i o no fb a n kl o a n s y s t e mi nf i n a n c i a la r e ah a sb e e nd e s i g n e d ，d e v e l o p e da n dd e p l o y e ds u c c e s s f u l l yo n g r i dc o o p e r a t i v ew o r k f l o ws y s t e m a tt h ee n do ft h i sp a p e ra l lw o r k si nt h i st h e s i sa r e s u m m e du pa n dt h e i rf u t u r e sa r ep r o s p e c t e d k e y w o r d s ：g r i dc o o p e r a t i v ew o r k f l o w , w o r k f l o wm o d e l ，g w e l ，d y n a m i c m a n a g e m e n to fw o r k f l o w ，c o o p e r a t i v em e c h a n i s m 第1 1 页 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：避日期趔坠塑 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查i ：q 干p 借阅； 学校可以公布论文的全部或部分内容。 日期：婴生尘 上海大学o i j ：学位论文 ! ! ! ! ：! ! ! g 翌业! 堕! ! ! ! ! ! 堕! ! ! ! g ! ! ! 堕! i ! ! ! 型生 第一章绪论 1 1 网格工作流研究背景 1 1 1 网格技术 网格( g r i d ) 是把地理位罱上分散的资源集成起来的一种基础设施，是继 i n t e r n e t 之后出现的一种新型网络计算平台 1j ，其目的是为用户提供一种全面共 享包括网页在内但并不仅限于网页的各种资源的基础设施，这些资源包括：计算 资源、数据资源、实验仪器、软件、人力资源等。网格特点在于资源全面共享， 统一开放的协议标准，提供分布式有质量的网格服务b 】。 网格是借鉴电力网的概念提出来的，网格最终目的是希望用户在使用网格计 算资源时，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 具体训算设施无关的通用计算能力。下面是一些有代表性的定义和观点： l 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网格：一种新 的计算基础设施蓝图口1 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、致、普遍和不昂贵的接入。 i a nf o s t e r 等人在2 0 0 1 年认为1 9 j ：网格关心的是在动态的、多机构的虚拟组 织中协调资源共享和协同解决问题，核心思想是在一组参与节点( 资源提供者 和消费者) 中协商资源共享管理的能力，利用协商得到的资源池共同解决一些 问题。 中科院计算所的徐志伟认为网格是继万维网之后出现的一种网络新型计算 平台，目的是提供把地理位置上分散的资源( 包括网页、计算资源、数据资 源等在内) 集成起来供用户无缝使用的基础设施。按网格主体分类将网格分 为科学研究网格、游戏网格、制造网格和访问网格：按网格客体分为资源网 格、信息网格和知识网格。 东华大学严隽永教授 t 9 1 认为网格乃是发展中的事物，就其实质而言不是一个 抽象理论问题而是一个工程实践问题：多层面、大规模、协同性的资源共享 和操控是网格计算的核心概念。 研究者从不同的角度和侧重点，对于网格各方面的特点和功能进行了说明， 由于网格是面向问题领域，不同问题的要求和解决方法不一样，因此呈现出各种 各样的定义和观点；同时网格还处于发展阶段，有关的概念也在不断变化和发展 之中，但是从网格的起源和目的看，网格的本质是“资源共享与协同工作”。网 格系统具有分布式的一些特征，网格具有一些重要的特点2 舢 ：异构性、 自治性、动态性等。 第1 页 上海火学城：i ：学位论义 ! 生! ! ! g ! ! ! ! 坠! ! ! 墅! ! 坐! ! ! ! g ! ! ! 堕型：! ! 塑垃一 o g s a ( o p e n g r i ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ，开放网格服务体系) 1 2 1 结合网格 和w e b 服务领域的概念和技术来解决由于通过在分布式异构动态虚拟组织上集 成服务而带来的挑战，使用网络服务描述语言( w s d l 【13 1 ) 实现自描述和可发现 服务，在原来w e bs e r v i c e 服务概念的基础上，提出了“网格服务( g r i ds e r v i c e ) ” 的概念，用于解决服务发现、动态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有 关的问题。o g s a 将整个网格看作是“网格服务”的集合，而且这个集合不是一成 不变的，是可以动态扩展的，这反映了网格的动态特性。 网格技术如图1 1 所示的三个层次，最底层的是网格资源包装成网格服务层， 最高层是网格应用层，处于网格服务和网格应用中间的是网格中间件层。网格中 间件可分为三种：网格服务开发中间件、网格通用服务中间件和网格应用丌发中 间件。本文研究的网格协同工作流技术属于网格中间件中的网格应用开发中间 件，结合网格技术的特点和工作流技术的优势在网格协同工作流模型、网格工作 流执行语言和定义工具、引擎及引擎中动态管理和协同机制上进行了深入的研 究。 网 嬲l 餮囊婴翼l | 工作流支持i b 格安全支持i 格 嬲8 喜耋阱川 中 间 件 网格服多1 服务注册工具 服务部署工具 服务开发工具 开发中问件l 网格资源( 主机，程序，仪器，文件系统，数据库) 包装成网格服务( g r i ds e r v i c e s ) 1 1 2 工作流技术应用 图1 - 1 网格技术屡次结构 工作流是一类能够完全或者部分自动执行的业务过程，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传递与执行。工作流是一种反映业 务流程的计算机化模型，实现组织( 企业) 的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。工作流管理系统是一个软件系统， 完成工作流的定义和管理，并按照预先定义好的工作流逻辑推进工作流实例的执 行【3 】【4 1 。 第2 页 上海大学硕士学位论文 卫! ! ! 出! 型! 坐! ：! 型! 坚墅! ! g 堕! ! ! 坚i 型 工作流管理联n ( w f 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 ) ”j 对工作流的定义 是： 作流是一类能够完全或者部分自动执行的业务过程，根据一系列过程规则， 文档、信息或者任务能够在不同执行者之间进行传递与执行。在工作流中定义了 任务的触发顺序和触发条件。每个任务由一个或者多个软件系统完成，也可以由 一个或者一组人完成，还可以是由一个或者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。 工作流已经被业界广泛应用并在迅速发展，它的主要特点是使过程处理自动 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。工作流的主要 作用包括：提高组织效率、更好的过程控制、增强客户服务、高度适应性、有效 的业务流程管理。工作流技术可以在办公环境( 如保险、学校、银行、法律、行 政管理等) 以及工业和制造业等领域得到广泛应用。 工作流技术关注的是如何缩短流程闲置时间，提高流程各参与者协同能力， 高效完成组织目标，从而提高企业的业务处理能力并使企业能够关注于真正对企 业有意义的增值业务上。工作流通常与过程重组( b p r ，b u s s i n e s sp r o c e s s r e e n g i n e e r i n g ) 联系在一起。b p r 是关于企业( 组织) 核心业务过程的分析、 评估、模拟、定义以及操作实现。尽管不是所有的b p r 都是采用： 作流实现， 但是工作流技术是最佳方法，这是因为工作流技术提供了业务过程逻辑和操作的 分离，从而以后可以修改过程规则来重新定义过程；相反，工作流不一定只有在 b p r 中使用，在现有的业务中也可以使用工作流技术。 1 1 3 计算机支持的协同工作 计算机支持的协同工作( c s c w ，c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) ”峙目地域上分散的一个群体借助计算机及其网络技术，共同协调与协作来完成一 项任务，它包括协同工作系统的建设、群体工作方式的研究和支持群体工作的相 关技术研究、应用系统的开发等部分。通过建立协同工作环境，改善人们信息交 流的方式，消除或减少人们在时间和空间上相互分隔的障碍，节省工作人员的时 间和精力，提高群体工作质量和效率，从而提高企业、机关、团体乃至整个社会 的整体效益和人类的生活质量，如共享文件系统提供的资源共享能力，电子邮件 和多媒体会议系统提供的人与人之间的通信支持功能，工作流和决策支持系统的 组织管理功能等。 c s c w 是一个多学科交叉的研究领域，它将计算机技术、网络通信技术、多 媒体技术以及各种社会科学紧密地结合起来，向人们提供了一种全新的工作环境 和交流方式。因此，它的应用领域相当广泛，如协同编著、电子会议、工业应用、 科学协作、远程教学、工作流管理和远程医疗等。 第3 页 上坶大学坝_ j 学位论文 ! ! ! ! ! ! ! g 璺i ! ! 堕! ! 塑! 121 ! ! ! g ! ! ! 堕! ! ! ! ! ! ! 生 c s c w 的主要研究领域包括：群体工作理论、协调机制、通信机制和多用户 界面等。当前在协同技术的研究热点主要包括：协同技术与具体应用的结合如协 同办公、1 、同设计等领域；协同平台的研究：提供一个协同平台，在协同应用平 台之上构建组织的各种业务应用；协同软件和企业的其他信息化产品实现无缝集 成；如何才能发挥协同技术的优势，提高协同技术的应用效果等领域。 协同软件( c o l l a b o r a t i o ns o f t w a r e ) 是c s c w 当前研究的一个热点。协同软 件是指那些以团队协作为目标的协作软件工具，主要包括群组协作管理，如：工 作流管理、项目管理等等：各种通信软件，如e - m a i l 、即时通信、v o l p ( 传输话 音的独立通信专网) 等。 1 1 4 网格协同工作流 网格技术的出现为解决在地理位置上分布的多个组织单位组成的动态虚拟 组织内进行高效的资源共享和协同工作问题提供了新的更好的机制，工作流技术 在将网格资源和服务组合起来完成较复杂的业务流程方面具有独特的优势。网格 和工作流技术的融合不但能更好的在组织间实现共享资源和协同工作，同时可对 组织的业务流程进行整台，使组织的结构和业务流程更具灵活性，从而达到组织 高效运转，在激烈的竞争中立于不败之地。 协同技术是网格技术的特点之一，利用网格技术平台构建工作流系统，同村 融合协同技术，从而构建高效的完成组织的业务流程平台，本文中称之为网格协 同工作流。 网格协同工作流与传统工作流相比有以下优点：基于虚拟组织的工作方式、 基于网格服务的应用方式、协同机制、网格资源的动态性和标准的开放性等。 1 2 网格工作流国内外研究现状 目前网格工作流研究主要侧重于两个方面：是有关研究组织和联盟提出的 关于网格工作流的规范主要包括： 作流模型和工作流执行语言等：二是在实际的 网格项目和系统中采用网格工作流技术或者具有工作流特征的服务来构建、管理 复杂的网格应用。 g s f l ( g r i ds e r v i c e sf l o wl a n g u a g e ，网格服务流语言) i “l 现有的网络服务技术尽管提供了一些很好的可以利用的特性，但还无法解决 网格平台的某些需求，如对等服务交互和在服务中应用生命周期管理。 美国阿岗实验室的s r i r a mk r i s h n a n l 在研究现有的处理网络服务工作流的技 术基础上提出了基于网格平台的工作流框架，在x m l 的基础上提出了g s f l 来 描述o g s i 框架下的网格服务定义语言，g s f l 使用x m ls c h e m a s 定义，支持在 o g s a 架构下的网格服务的工作流描述规范，同时允许各网格服务间进行通讯。 第4 页 ：海人学坝：i ：学位论文 ! ! ! ! ! ! ! g ! ! ! ! ! ! ! ! ! 型! 堕! ! ! ! g 堕业! ! 堕! 驻 g s f l 网格服务间进行通讯机制如图1 2 所示： 圈1 - 2g s f l 网格服务间进行通讯机制 g s f l 在服务提供者、活动模型、组合模型生命周期方面进行了初步的定义： 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r s ) ，参与工作流的服务： 活动模型( a c t i v i t ym o d e l ) ，描述工作流中重要的活动： 组合模型( c o m p o s i t i o nm o d e l ) ，描述各服务间的交互； 生命周期模型( l i f e c y c l em o d e l ) ，描述参与工作流的各种活动和服务的生命 周期。 上海网格中的工作流应用i ”i 上海网格( s h a n 曲a ig r i d ) 是一个信息网格及其典型应用的研究项目，上海 网格重点研究信息网格以及其体系结构，开发出一套信息网格系统软件、应用开 发环境利虚拟研究平台，通过对虚拟组织中的计算、数据、软件等各种信息的共 享和协同，建立具有上海特色的信息网格并初步实现交通信息网格的典型应用。 上海网格平台工作流管理系统的体系结构如图1 3 所示，平台提供的工作流管理 系统包括：工作流客户工具( w c t ，w o r k f l o wc l i e n tt o o l s ) 、工作流仓库服务 ( w r s ，w o r k f l o w r e p o s i t o r ys e r v i c e s ) 、工作流监视服务( w m s ，w o r k f l o wm o n i t o r s e r v i c e s ) 、工作流引擎服务( w e s ，w o r k f l o we n g i n es e r v i c e s ) 。在传统的工作流 系统中的功能都被包装成劂格服务从而可以被系统或应用调用。 图1 3 上海网格中工作流管理系统的体系结构 第5 贝 1 缚大学帧i 竿位论义 ! ! ! ! ! ! 生璺i ! ! 生! ! ! ! ! ! 堕! ! ! ! g ! ! 型堕! ! ! ! ! ! ! 生 上海网格的网格计算环境( g c e ，g r i dc o m p u t i n ge n v i r o m e n t ) 平台上提出 了工作流服务的中间件模型，将网格工作流服务分为服务端工作流( s e r v e r - s i d e w o r k f l o w ) 和用户自定义工作流( u s e r d e f i n e dw o r k f l o w ，c l i e n t s i d ew o r k f l o w ) 。 服务端工作流是指已经开发并且部署在服务器上的网格工作流。数据网格和 计算网格是上海网格的底层框架，g s f l 可以用来处理工作流，此种情况下的网 格工作流对用户是透明的且具有静态性和一致性：开发人员可以在网格环境下设 计和实现网格工作流。 商业环境中将网格服务组合成一个商业业务流程变得越来越重要，在上海网 格计算环境平台上用户可以很方便实现和发布网格服务，用户自定义工作流指用 户可以通过将可得的网格服务组合成一个符合自己需要的流程来完成自己的业 务或者作为一个新的网格服务发布。客户自定义工作流管理系统须具有这样一些 特点：网格事务的支持、网格服务发现、图形化界面和角色支持的工作流。 c o g ( c o m m o d i t yg r i d ) 中的k a r a j a n 工作流项目1 2 7 l c o m m o d i t yg r i d ( c o g ) k i t 为g l o b u st o o l k i t 提供广泛的功能性的扩展，网 格用户、开发人员和管理员能够方便快速的设计出集成的模块化的系统，使用熟 悉的开发高级语言或模式来完成网格项目的开发，简单化的网格运行状态的监控 和管理；c o g 有许多项目组成，其中j a v a c o g k i t 己经提供了对工作流的支持： 包括提供了3 种不同的方式来定义工作流；同时提供了k a r a j a n 工作流引擎；支 持x m l 语言：提取了工作流接口和直接使用语言定义工作流的功能。 k a r a j a n 是c o g 的一个分支项目，包括一个k a r a j a n 工作流语言和k a r a j a n 工作流引擎：目的在于在科学计算领域提供个便于使用的可扩展的定义复杂科 学计算的工作流程的工具，同时提供一些高级功能包括：错误处理、断点的引入、 动态工作流和分布式流程的功能。目前己发布的j a v ac o gk i t4 生成支持所有 c o g 的功能包括集成的调度、良好的扩展性。在k a r a j a n 中的工作流定义语言是 一个基于x m l 的过程化语言，同时可以被j a 、，a 扩展，其基本构建块是e l e m e n t ， e l e m e n t 可以被松散的转换成一个x m le l e m e n t c o n t a i n e r ，这些e l e m e n t s 的类型 包括：e l e m e n t sf o rp a r a l l e lp r o c e s s i n g 、p a r a l l e li t e r a t o r s ，a n dg r i de l e m e n t s ( 例如任 务提交和文件转换) 。k a r a j a n 引入了模板的概念，对于常用的流程k a r a j a n 提供 了已经定义好的流程，用户可以在异地直接修改后使用。 k a r a j a n 中的执行引擎采用了事件模型( e v e n tm o d e l ) ，事件模型将： 作流 的定义和运行时状态有效的分开。e l e m e n t s 响应其它e l e m e n t s 的事件，同时也 可以产生事件，这些事件( e v e n t ) 提供了状态改变的通知机制，因此可以被用 来控制e l e m e n t s 的执行；由于所有的运行状态都包含在事件的信息中，e l e m e n t s 可以存在于不同的资源节点；这种机制也提供了可以外部通过控制事件来对系统 和工作流应用进行管理；用户可以工作流运行时在特定层次上对e l e m e n t s 进行 修改、控制而不影响工作流系统的运行。 第6 页 j 二海犬学碗= b 学位论义 ! 坐坠! 监! ! ! 坐! ! 塑! ! ! ! ! ! ! g ! j ! 坐! 堡! 竖 网格工作流中有待研究的课题 目前基于网格工作流研究大多是把传统的工作流结构移植到网格平台，与具 体的项目联系比较紧密，由于网格资源的动态、分布式特点和工作流的过程化、 耦合较紧密的特点，网格工作流仍有很多待解决的领域： 1 缺少统一的普遍遵循的标准：网格、网格工作流是正在飞速发展的技术， 在网格工作流参考模型、系统架构上缺乏统一的标准，导致底层开发平 台和系统架构不一致，基于各不同网格平台的工作流实现系统川相互独 立： 2 网格动态性和协同性在工作流技术中的结合：在网格工作流中既能继承 传统工作流中对于结构性的业务流程，又能体现网格技术的动态性和协 同性： 3 网格工作流业务流程定义语言：至今还没有形成被广泛接受的基于网格 技术的工作流定义、执行语言； 4 网格工作流的应用范围有限，工作流应用实现的相当复杂：网格协同工 作流离全方位支持企业的关键业务流程还有很大的距离；在企业内部或 企业间应用工作流管理系统是一个相当复杂的过程，从过程的定义到丌 发网格服务，搭建网格工作流运行平台，设计用户界面，制定相应的管 理规程和规章制度等；目前普通工作流系统对这些的支持都很有限，网 格工作流系统在这一方面还有很长的路要走。 1 3 课题研究内容及意义 在分析、研究网格平台的优势、工作流技术的特点和协同技术的基础上，课 题主要工作侧重于以下四点： 1 提出了网格协同工作流模型，并从组织资源模型、数据资源模型、工作 流过程模型三个方面对这个模型进行了详细的描述； 2 根据网格服务的特点，在扩充b p e l 的基础上，对网格协同工作流执行 语言进行了研究，提出了网格工作流执行语言g w e l ( g r i d w o r k f l o w e x e c u t i o n l a n g u a g e ) ，并实现了支持该语言的网格工作流图形化定义工具； 3 网格协同工作流系统的设计与实现，着重在网格协同工作流引擎、动态 管理和协同机制上进行了深入的研究； 4 探讨了网格技术在金融领域的应用，在网格协同工作流平台上部署并实 现了一个银行贷款的工作流应用。 综上，课题在网格协同工作流模型、工作流执行语言、工作流引擎与动态管 理和协同机制上进行了深入的研究，其研究工作既有一定的理论意义，又有重要 的应用价值。 第7 页 上海大学硕：仁学位论文 ! ! ! 堕! ! g 翌业堂! ! ! 塑竖! ! ! ! 塑g ! 坐堕! ! ! ! ! ! i 垒 1 4 本文组织结构 本文的组织结构如下： 第一章介绍了网格协同工作流开发的技术背景。根据网格、工作流技术和 协同技术的特点，介绍了国内外网格工作流的研究现状，探讨了网格协同工作流 研究的主要问题以及意义，最后概括了本文的组织结构。 第二章提出了网格协同工作流的模型，并从组织资源模型、数据资源模型、 过程模型三个方面对这个模型进行了深入的阐述，在此基础上设计了网格协同工 作流的系统架构。 第三章在扩充b p e l 的基础上提出了网格服务执行语言( g r i dw o r k f l o w e x e c u t i o nl a n g u a g e ) ，同时在e c l i p s e 平台上使用插件开发技术实现了网格工作 流应用的定义工具，最后介绍了在g l o b u st o o l k i t4 平台上开发网格服务的详细 步骤。 第四章在分析网格协同工作流应用和应用实例状态的基础上，设计和实现 了网格协同工作流引擎，针对网格工作流应用层、工作流应用用户层和网格服务 层发生的动态变化，实现了工作流动态管理技术。 第五章分析了网格协同工作流中协同机制，提出了网格协同上下文的概念， 运用j m s 技术实现了网格协同工作流系统中网格服务间的协同机制。 第六章给出了在网格协同工作流系统上部署一个银行贷款工作流应用的过 程，包括对浚应用的业务分析建模、相关网格服务的开发、工作流应用的部署和 工作流应用运行等步骤，并对该工作流应用系统进行了分析。 最后对本文所做工作进行了总结，并分析了课题进一步的研究方向。 第8 页 上海大学顺二卜学位论文 坠! ! ! 盥翌! ! 坐! ! 型! ! ! 坠! ! g ! ! i 业监型z 第二章网格协同工作流模型及系统架构 网格m 同工作流模型是对网格环境下工作流的抽象表示，也是对工作流运 行过程中各种状态的抽象表示，建立统一的网格工作流模型有着很重要的意义。 网格的目标是协同和共享，因此在模型中需要引八协同机制。为了实现工作流管 理功能，将业务过程从现实世界中抽象出来，并提供一种形式化方法对其进行描 述，同时模型应提供相应机制保证各参与者能协同高效的完成组织的业务流程。 2 1 网格协同工作流模型 2 1 1 网格协同工作流中几个概念 网格协同工作流系统中参与者众多，各角色承担的功能不同，为清楚阐明本 文内容，首先定义一些与网格协同工作流相关的基本概念： 网格协同工作流：在网格技术平台构建的工作流系统，同时融合协同技术， 从而成为高效完成组织业务流程的平台。 网格协同工作流参考模型：为实现在不同网格协同工作流系统间的互操作， 方便与其它应用系统集成，定义了网格协同工作流管理系统体系结构及其与 应用、管理工具和与其它工作流系统之间的应用编程接口。论文分别从组织 资源模型、数据资源模型、过程模型对其进行了详细阐述。 网格协同工作流定义语言：以x r n l 为基础形式化的描述工作流应用模型执行 过程的语言；工作流定义文件是通过工作流定义工具对网格协同工作流应用 进行计算机建模形成的使用工作流定义语言描述的文档，来描述工作流应用 的执行流程。 网格协同工作流应用：部署在网格协同工作流系统上具体的业务流程，通过 应用业务流程的执行来实现组织的目标。 网格协同工作流应用实例：部署在工作流系统上工作流应用的一个完整执行 过程，处理应用实例是工作流系统的基本功能；工作流引擎根据工作流应用 定义文件生成工作流应用用户的应用实例文件。实例一般由应用的客户触 发，在流程的各参与者的协同工作下完成。 网格协同工作流系统管理员：系统管理员负责管理网格协同工作流系统以及 工作流应用的启动、暂停、中止操作，监控部署在系统上应用的执行状况， 各网格服务节点的状态以及系统的运行状况。 网格协同工作流应用管理员：应用管理员负责该部署在系统上应用的运行控 制包括启动、中止、暂停等；负责该应用实例的运行状态的管理。 销9 页 上海大学硕= l 学位论文 一一 ! 生! ! 蝗! ! ! ! ! ! ! ! ! 塑姿! ! i j ! ! g b 型堕! i ! ! ! ! l 壁 网格协同工作流服务提供商：网格协同工作流中网格服务是组成网格胁侗工 作流流程的基本单位，能实现定的功能，完成提交到本节点应用实例的任 务； 网格协同工作流应用客户：网格协同工作流应用的服务对象，通过提交请求 来触发应用实例，在需要的情况下参与流程的某些节点的执行，最后获得应 用实例的执行结果。 任务：任务是工作的一个逻辑单元，由网格服务提供者提供的网格服务执行。 工作流应用由两个或两个以上的任务组成。 任务项：任务项是工作流应用实例和将要执行的任务的结合体，一个实例由 两个或两个以上的任务项组成。 活动：应用实例的一个任务项在网格服务提供节点的实际执行。 过程和路由：某种类型实例的执行方式与相关的过程描述，过程指出哪些任 务需要被执行，以何种方式被执行；过程决定了实例的生命周期，称之为“路 由”【jj 。四种基本的路由包括顺序路由、并行路由、选择路由和循环路由。 2 1 2 网格协同工作流模型 在分析工作流联盟( w f m c ) 提出的工作流参考模型基础上，结合网格平台 的特点，对其进行了扩展，给出了网格曲同工作流模型，如图2 1 所示。模型 主要包括网格协同工作流引擎、工作流定义工具、网格工作流协同管理工具、 g r i ds e r v i c e s 、工作流数据仓库和外部工作流( 应用) 引擎等六大模块。 网格工作流定义工具 口1 网格协同工作流引擎l 广- 歹f 丽： 0 接口4 翮 图2 - 1 网格协同工作流系统参考模型 网格协同工作流引擎：工作流管理系统的核心部分。其主要功能是使工作流 应用实例按照预先定义的应用流程严格运转；负责网格工作流应用定义文件的解 释、网格工作流应用实例的创建和管理、工作流系统运行时管理控制、提供接口 供网格工作流管理工具和其他应用进行调用等。 网格工作流协同管理模块：提供简单易用的界面供系统管理员和应用管理员 第1 0 页 上簿大学坝一b 掌位论义 些! ! ! ! g 翌! ! ! 生! ! ! 墅! 坐! ! 垫g ! 型堕! ! ! ! ! ! ! 啦 进行管理；管理功能主要是：运行时对工作流系统管理包括系统的启动、停止； 网格服务、部署的工作流应用等的运行状态显示、管理；动态、协同的管理工作 流应用业务及工作流应用实例包括启动、暂停、终止等功能。它是通过接口2 来 阔用工作流引擎提供的接口实现上述功能。 工作流定义工具：为用户提供了对实际业务过程进行分析建模的工具，生成 工作流业务过程的可被计算机处理的形式化描述并保存为网格工作流应用定义 文件，工作流引擎通过接口1 对其解释并执行。 网格服务( g r i ds e r v i c e s ) ：组成网格工作流流程的基本单位，能完成一定 的业务功能；g r i ds e r v i c e s 可以是为特定应用直接，1 二发的网格服务，或者由已有 系统中的外部应用包装而成，也可由两个或多个g r i ds e r v i c e s 组成的子流程组成。 g r i ds e r v i c e s 通过接口3 与工作流引擎交互，同时可以通过接口5 与数据仓库模 块中的应用数据进行直接交互。 数据仓库模块：保存工作流管理系统的系统数据和应用数据。接口4 是工作 流引擎与数据工作流数据仓库模块交换接口，接口5 是工作流数据仓库模块与 g r i ds e r v i c e s 交换数据的接口。 外部工作流引擎( 应用) ：工作流应用需要与其它的工作流系统发生交互， 网格协同工作流系统提供了接口6 供其他工作流引擎( 应用) 交互操作；网格协 同工作流系统上部署的应用可被外部系统通过工作流引擎提供的接口调用，亦可 被包装成一个网格服务来供其他应用调用，这样保证了系统良好的可扩展性。 2 1 3 网格协同工作流模型中协同机制 协同性是网格的重要特点之一。网格协同工作流模型中协同机制体现在系统 层次和应用层次。网格工作流模型中的协同机制包括两个层次：网格系统层和网 格应用层。网格系统层的协同是指通过引擎提供的协同机制来保证网格服务节点 问高效的