（计算机应用技术专业论文）智能型网站多agent组织与协同技术的研究.pdf

长存t 业人学硕i 学位论文 摘要 网站通过多a g e n t 协同合作为用户提供智能化、个性化的服务，它能够满 足用户多样化的需求，因此在实践中得到了广泛的应用。本文运用基于工作流的 多a g e n t 调度技术，提高了网站的运行效率，增强了网站的可维护性和扩展性： 并用元数据的技术设计了资源a g e n t 问共享数据的接口。此外，用多a g e n t 技术 实现了网站调度系统的核心工作流引擎，且工作流引擎中各a g e n t 之间利用 线程技术实现了并行工作。工作流引擎遵循优先级高优先执行的原则和优先级相 同先到先服务的原则，实现对以步骤子任务为执行单位的众多并行任务的执行顺 序良好的调度，充分利用了系统的资源。 本文首先介绍了相关技术，包括工作流技术、a g e n t 技术、元数据技术以及 线程技术。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 程所需要用的各种参数。这些参数包括对过程中每一个单独步骤的定义、步骤| 自j 的执行顺序、条件以及数据漉的建立、每一步骤由谁负责以及每个活动所需要的 应用程序。a g e n t 则具有自主性、社会性、反应性和能动性等基本特性。元数据 是用于提供某种资源的有关信息的结构数据，或者是描述其他数据的数据( d a t a a b o u to t h e rd a t a ) 。线程是实现并行工作的技术它的优势主要在于运行速度、共 享内存和资源、更有效的使用硬件、远程服务和简化程序设计等。 其次介绍了基于工作流的多a g e n t 网站调度系统的体系架构，该体系架构包 括调度层、资源层和数据库层。给出了调度系统的数据库的详细设计，a g e n tj 日j 信息共享的数据接口以及系统的扩展步骤。 给出了网站调度系统的核心一工作流引擎的设计和实现。本文中工作流引 擎的设计遵循了两条基本调度原则：一是遵循优先级高优先执行的原则；二是在 各任务优先级相同的情况下，遵循先到先服务的原则。本文中的工作流引擎由四 类a g e n t 实现：任务管理a g e n t 工作流a g e n t 调度a g e n t 和资源管理a g e n t ， j 下是这些a g e n t 相互配合协作共同完成系统中众多并行任务的工作。此外，工作 流引擎的工作过程也在本文中得到体现。 最后，本文用实验测试工作流引擎的调度性能。通过血个实验，从两个方面 验证了本文所设计的工作流引擎较好地实现了预期纠的。五个实验被分成两个部 分，第一部分测试众多任务在几乎同时到达系统时，工作流引擎在集中时r j 段内 对这些并行任务进行调度的性能。任务下派刮系统f n 时川精确到毫秒。第二部分 测试，l ：系统随机产，匕下派f t 务u , t o lj 的情况卜，r 住流引笮对 e 务的硐瞍性能。薛 楸矗川0 试结果总结 ：影1 1 日f 【务州度n 0 豢示_ ! n ! 今后的if 1 - f ，能充分f 内利川这 长春t 业人学预j 等位论文 些因素，提高系统的调度性能。 关键词：工作流；工作流引擎；a g e n t ；元数据 长春丁业大学硕l 。学位论文 a b s t r a c t m a n yw e b s i t e sp r o v i d es e r v i c e st ou s e r sb yc o o r d i n a t i n gm u l t ia g e n t s ，m a dt h u s v a r i a b l eu s e rd e m a n d sc a nb ef u l f i l l e ds ot h a tt h e ya r ea p p l i e di np r a c t i c e t h i sp a p e r , u s i n gm u l t i a g e n ts c h e d u l i n gt e c h n o l o g yb a s e do nw o r k f l o wt oi m p r o v ew e b s i t e w o r k i n ge f f i c i e n c ya n dm h a l l c em a i n t a i n a b i l i t ya n de x p a n d a b i l i t yo fw e b s i t e s i n a d d i t i o n , w o r k f l o we 】g j n e , a st h ec o r eo fs c h e d u l i n gi nt h i ss y s t e m , i sm a t e r i a l i z e d u s i n gm u l t i a g e n tt e c h n o l o g y , a n da l lt h ea g e n t si nw o r k f l o wc a l lw o r ka ts a l n et i m e t h ew o r k n o wo p e r a t e su n d e rt w op r i n c i p l e s ，t h a ti sh i g h e rp r i o r i t y , e x e c u t e de a r l i e r a n de n t e r e de a r l i e r , e x e c u t e de a r l i e r s oo p t i m a l s c h e d u l i n ga m o n gm u l t ia g e n t s ， w h i c ht a k e ss t e ps u b t a s k sa si t su n i t s ，c a nb ea c h i e v e da n ds y s t e mr e s o u r c e sc a na l s o b ef u l l yu t i l i z e d t h ek e yt e c h n o l o g i e sa r ei n t r o d u c e df i r s t i n c l u d i n gw o r k f l o wt e c h n o l o g y , a g e n t t e c h n o l o g y ，m e t a d a t at e c h n o l o g ya n dt h r e a dt e c h n o l o g y w o r k f l o wi sr e p r e s e n t a t i o n m o d e li nc o m p u t e r , w h i c hd e f i n e sa l lt h ep a r a m e t e r sn e e d e d 幻c o m p l e t ea l lt h e p r o c e s s t h ep a r a m e t e r sc o n c l u d et h ed e f i n i t i o no fe a c hs i n g l es t e p ，t h eo r d e ra n dt h e c o n d i t i o no fe x e c u t m g ，t h ec r e a t i o no fd a t as t r e a m , w h oa t er e s p o n s i b l ef o re a c hs t e p ， a n dt h ea p p l i c a t i o n sn e e d e df o re v e r ya c t i o n a g e n t sa t es e l f - h e l p i n g ，s o c i a l ，r e a c t i v e a n da c t i v e m e t a d a t ai ss t r u c t u r ed a t at h a tp r o v i d e sr e l a t i v ei n f o r m a t i o na b o u ts o m e r e s o u r c e s ，o rd e s c r i b e sd a t a t h r e a d sr e a l i z ep a r a l l e lw o r k , w h o s ea d v a n t a g e sa r ei t s r u n n i n gs p e e d , s h a r i n gm e m o r ya n dr e s o u r c e s ，b e t t e ru t i l i z i n gh a r d w a r ea n dr e m o t e s e r v i c ea n dm a k i n gp r o g r a m m i n gs i m p l e r t h es t r u c t u r eo ft h es c h e d u l i n gs y s t e mb a s e do nm u l t i a g e n tw e b s i t e si sa l s o i n t r o d u c e d , i n c l u d i n gu s e rl e v e l ，s c h e d u l i n gl e v e l ，r e s o u r c el e v e la n dd a t a b a s el e v e l ， a sw e l l d e t a i l e dd e s i g no fd a t a b a s e d a t a - s h a r i n gi n t e r f a c ea n dt h es y s t e m e x p a n d i n gs t e p s d e t a i l e dd e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ew o r k f l o we n g i n e ，w h i c hi st h ec o r eo ft h e w e b s i t es c h e d u l i n gs y s t e ma r ep r e s e n t e d t h ew o r k f l o wi nt h i sp a p e r o p e r a t e su n d e r t w op r i n c i p l e s ，t h a ti s ，h j 【g h e rp r i o r i t y , e x e c u t e de a r l i e ra n de n t e r e de a r l i e r , e x e c u t e d e a r l i e r t h ew o r k f l o wi n t h i sp a p e ri sr e a l i z e db yf o u ra g e n t s ：t a s km a n a g e ra g e n t s ， w o r k f l o wa g e n t s ，s c h e d u l i n ga g e n t sa n dr e s o u r c em a n a g e ra g e n t s ，w h i c hc o o r d i n a t et o c o m p l e t ea l lt h et a s k s i na d d i t i o n , t h ew o r k i n gp r o c e d u r eo fw o r k f l o wi sa l s o p r e s e n t e di nt h ep a p e r 长春丁业人学硕 j 学位论文 a tl a s t ，e x p e r i m e n t sa r eo r g a n i z e dt ot e s tt h es c h e d u l i n ga b i l i t yo fw o r k f l o w t h r o u g ha l lf i v ee x p e r i m e n t s ，t h ew o r k f l o wd e s i g n e di nt h i sp a p e ra c h i e v e st h eg o a l p e r f e c t l y t h e s ef i v ee x p e r i m e n t sr l eg r o u p e di n t ot w oc a t e g o r i e s t h ef i r s tt e s t st h e s c h e d u l i n gp e r f o r m a n c eo ft h ew o r k f l o wi nr e l a t i v es h o r tt i m ew h e nm u l t i - t a s k sr e a c h t h e s y s t e ms i m u l t a n e o u s l y t h es e c o n dt e s t st h es c h e d u l i n gp e r f o r n l a n c eo ft h e w o r k f l o ww h e ns y s t e mg e t sr a n d o mt a s k s k e y w o r d s ：w o r k f l o w , w o r k f l o we n g i n e ，a g e n t , m e t a d a t a k 存t 业人学碳f + 学位论 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行 研究工作取得的成果。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作品成果。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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日 搬舟 期：7 年3 月弓】日 长存t 业人学硕1 ：学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 中国入世后，中国企业面临着诸多的机遇。同时也面临着严峻的挑战。企业间的 竞争日益加剧，营销成本也在不断攀升，企业面临着营销传播创新的难彤”。 当今时代，我们正处于信息技术高速发展的时代，因特网已遍布全球各个角落。 它具有速度快，覆盖面广，信息量大，表现形式丰富，成本低等其他媒体所不可能替 代的优势。因此，一个企业只有在因特网上建立了网站，才能够更有效地将企业推向 世界，这是因为： ( 1 ) 经济的迅速发展，使得企业网站成为企业参与市场竞争、消费者获得信息和进 行购买活动的又一个重要平台。企业网站对于企业和消费者的重要性都日益突出。由于 企业网站起到了沟通企业和消费者的作用，1 9 9 4 年全球电子商务销售额仅为1 2 亿美元，1 9 9 7 年即达到2 6 亿美元，2 0 0 3 年则达到了1 5 万亿美元。 ( 2 ) 企业网站对于企业和消费者的价值和作用已得到公认。网络时代是一个新的经 济时代，无论是消费者的购买行为还是企业竞争的游戏规则，都与以前的工业经济时 代相比呈现出显著的差别，因此。传统的企业营销策略已经不能适应网络经济的需要。 建立企业网站，打造网络品牌，是企业在网络经济时代得以生存和发展的必由之路。 ( 3 ) 网站的双向沟通性可以使企业实现更加精确地定位消费者的需求，更加有效地 宣传其商品。再次，网络的多媒体工具可以使企业更加生动形象地向消费者展示其商 品；可以实现信息地低成本、高速度、大范围地传播，有助于企业进行低成本、大范 围的品牌宣传。 ( 4 ) 精品企业网站可以吸引和留住消费者。美国一家权威调研机构对1 0 0 0 0 名网民 的调查表明，有1 2 的网民购买书籍首先想到的是a m a z o n 网站；有l ，3 的网民购买电 脑软件的首选是m i c r o s o f t 网站：有l ，5 的网民在购买电脑硬件时首先想到的是d e l l 网 站。由此可见，精品企业网站能够吸引消费者并建立自己的品牌忠诚。 ( 5 ) 企业网站作为因特网时代企业对外的窗口，起着宣传企业和提高企业知名度， 展示和提升企业形象、推广产品，扩大影响力等重要作用。同时，利用企业网站可以 对目标消费者、经销商等群体进行日常信息沟通。不仅如此。企业网站还具有网络媒 体传播不受时间和空间限制的特性，可以打破传统的营销方式，2 4 小时随时随地的提 供全球性的营销服务。受众可以根据自身需求，利用搜索引擎，查询所需信息。同时 企业网站还能够根据市场和受众需求，及时更新包括新产品介绍、价格调整等在内的 相关网站信息。而且还可以通过留言，发送e m a i l 等在线服务方式，不断加强企业和 长眷t 业大学硕卜学位论文 经销商、消费者的实时信息沟通，高效率的完成信息交换和商品流通【2 】。 由此看来，拥有一个网站对一个企业的发展来说是至关重要的。然而，网络虚拟 市场是一个全球化的大市场，目前在网上安家落户的企业已经超过上千万，众多网站 内容和服务的同质化更激化了企业之间的竞争，因此企业需要打造一个综合的、功能 全面的智能型网站来形成自己的独特优势。 智能型网站的建设目前正在探索之中，是网络经济迅猛发展的必然产物。这是一 套集水平链接( 相配套的站点之间连通) 和垂直链接( 网络与使用者之间的连通) 高 度配合与灵活运作的交易性网站。 智能型网站能够面对市场变化做出更快的反映和更好的决策，通过发现和创造销 售机会来增加企业的收益，进一步提升企业的竞争力。这类网站凭借完善的商务智能 平台可为客户提供自助式决策支持，客户只须输入相关数据就能进行追踪性的分析搜 索，网站还为客户提供多种可行的方案供选择，实现对一的销售服务。智能型网 站建立的客户信息库，保存着客户们以前消费的详细资料，能根据客户需求的变化， 在恰当的时候提供恰当的引导服务。同时智能型网站允许消费者自行设计自己中意的 网页，在最大程度上体现了“顾客至上”的营销理念。这种看似为一个消费者服务，实 际服务于数以万计的消费者的智能型网站的开发与使用，真正实现了优质高效的服务 功能，越来越受到客户的青睐，颇具发展潜力p j 。 1 2 研究内容及意义 一个企业网站要想牢牢的抓住用户，它所具备的功能应是多种多样的，除具有信 息搜索、电子商务、网络查询等功能外，还应具备跟踪客户需求，主动进行信息推送， 为企业发现和创造销售机会，增加企业收益、为客户提供多种可行性方案，实现“一对 一”的销售服务等在内的许多功能。 既然网站的功能是多种多样的，那么就不可避免的会发生众多任务同时要求系统 完成工作的情况( 在系统中，一个功能的实现对应为一个任务) 。因此，网站应具备一 个良好的调度系统，使得在有众多任务同时到达系统时，系统可以很好的协调各个任 务间的执行顺序，以期达到合理分配使用资源以及各任务完成情况良好的目的。由于 任务的完成分为若干个步骤，而工作流技术可以有效的描述步骤间的执行顺序、条件 以及数据流的建立、每一步骤由谁负责乃至每个活动所需要的应用程序。而a g e n t 具 有智能性、自治性、主动性。因此，用工作流和多a g e n t 技术设计并实现网站的调度 系统，可以使得网站具有智能性、自治性、主动性等特点，还可以更好的利用系统资 源以期达到合理完成众多任务的目的。因此，本文用基于工作流的多a g e n t 技术设计 并实现网站的调度系统。 此外，随着社会不断的发展，人们的思想将不断进步，进而使得人们很快就会对 2 长存工业人学硕1 学位论文 网站提出更多，更高、更复杂的要求。因此，要求网站具有良好的系统扩展能力。本 文深入研究了系统扩展方面的工作，设计了基于元数据的系统扩展方法，并给出了系 统扩展的步骤。 1 3 论文章节及内容安排 本文的主要工作是完成网站多a g e n t 组织与协同技术的研究。 本文内容的章节安排如下； 第二章介绍了本文所用的相关技术，即工作流，a g e n t ，元数据以及线程的基本概 念及特点，论述了工作流和a g e n t 技术相结合所带来的好处。 第三章设计了基于工作流的多a g e n t 网站调度系统整体架构。简要介绍了网站调 度工作的工作流引擎的设计，给出了组成工作流引擎的四类a g e n t 。然后设计了本系统 的数据库以及各个资源a g e n t 之间实现数据共享的数据接口。详细地研究了系统扩展 的问题，并给出了基于元数据的系统扩展步骤。 第四章介绍了网站工作流引擎的工作原理、设计与实现及组成工作流引擎的四类 a g e n t 的功能与实现技术。给出了工作流引擎执行单个任务的工作过程和执行并行工作 的工作过程。 第五章实验，测试本工作流引擎对任务的调度工作是否按照系统的设计要求进行 以及工作流引擎的调度性能。 第六章总结了本文的研究工作并指出了需要进一步改进的方面。 k 奋t 业大学顾十学位论文 2 1 工作流 2 1 1 工作流的定义 第二章相关技术介绍 多年以来不同的研究者对工作流分别提出了不同的定义。到目前为止，对于工作 流仍然没有能够为大多数人所接受的定义。下面是几个具有代表性的定义，从不同角 度对工作流的概念进行了描述： 1 工作流管理联盟的定义工作流是一类能够完全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传递、执行【4 】。 2 m ma l m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义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要用的各种参数。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 以及每个活动所需要的应用程序【5 】。 3 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，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 0 3 。 4 w m e v a n d e r a a l s t 的定义工作流是一系列工作的偏序集。工作的序列可以 有多种方式，比如工作x 与y 满足y 乏y 当且仅当x 在y 开始之前就己经就绪【7 】。 这些工作流的定义都反映了经营过程的几个方面的问题，即经营是由哪些活动， 任务完成，怎么做，由谁做，结果如何。 2 1 2 工作流管理系统 工作流管理系统是支持企业经营过程高效执行并监控其执行过程的计算机软件系 统嘲。 通常而言，工作流管理系统的主要组成模块有两个：业务流程建模模块和工作流 执行控制模块。在业务流程建模阶段，工作流管理人员使用过程建模工具对实际业务 流程进行分析、建模，将业务流程表示为计算机可处理的形式化表示，称为过程定义 或过程模型。t 4 t 作流执行控制模块为过程定义的执行提供一个运行环境。当启动一个 4 长存t 业人学顾1 。学位论文 工作流时，工作流执行服务创建一个或多个工作流引擎，它负责解释过程定义并创建 过程实例、调度各个活动步骤、为用户完成工作项及监控工作流的执行等等。 工作流管理系统的体系结构可以是集中式，也可以是分布式。集中式工作流控制 结构主要是由一个工作流引擎和多个客户应用组成，另外还有其他部件如建模工具、 管理和监控工具，如图2 - 1 ( a ) 所示。这种控制结构较为简单，适用于小规模的群体协作 活动。分布式工作流控制结构是由分布在不同站点的多个工作流引擎组成，多个工作 流引擎共同解释执行一个过程定义，如图2 1 m ) 所示。这种控制结构比较复杂，工作流 引擎之间在执行过程中要交换应用数据和控制信息，当数据分布地存储于不同地点时 涉及到数据表示和数据一致性维护等问题【9 】。 ( a ) 集中式控制结构 2 1 - 3t 作流引擎 图2 - 1 工作流控制结构 ( b ) 分布式控制 在工作流管理联盟( w 伽c ) 给出的工作流参考模型中，工作流引擎处于核心地 位，是个为工作流实例提供运行时期的执行环境的软件服务器。 它负责解释工作流流程定义，创建并初始化流程实例，控制流程流动的路径，记 录流程运行状态，挂起或唤醒流程，终止正在运行的流程，与其他引擎之间通讯等等 许多工作。w i m c 没有针对引擎的实现提供具体的标准，因为对引擎做过多的约束并 没有多大的现实意义【”】。 2 2a g e n t 2 2 1a g e n t 的定义 a g e n t 在计算机领域的研究和应用起源于2 0 世纪7 0 年代美国麻省理工学院研究人 员开展的一系列关于分布式人工智能的研究。由于a g e n t 的研究还没有完全成熟，因 5 长存工业夫学顽i 。学位论文 此学术界并没有统一的定义。 1 9 9 5 年著名a g e n t 理论研究学者w o o l d r i d g e 博士等在讨论a g e n t 时，提出“弱定 义”和“强定义”两种定义方法【1 1 】： 1 弱定义：a g e n t 是具有自主性、社会性、反应性和能动性等基本特性的a g e n t 。 2 强定义：a g e n t 指不仅具有弱定义中的基本特性，而且具有移动性，通信能力， 理性等与特定领域有关的特性。 2 2 2 多a g e n t 系统 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是一些自主的a g e n t 通过协作完成某项任 务或达到某些目标而构成的系统。单个a g e n t 的智能是有限的，但可以通过适当的体 系结构把a g e n t 组织起来，从而弥补各个a g e n t 的不足，使得整个系统的能力超过任 何单个a g e n t 的能力。这些a g e n t 在物理上或逻辑上是分散的，其行为是自治的，它 们为了共同完成某个任务，或达到某些目标遵守某种协议连接起来，通过交互与合作 解决超出单个a g e n t 能力或知识的问题。多a g e n t 系统具有如下主要特点【1 2 】： ( 1 ) 自治性。每个a g e n t 可以解决自己局部子系统的问题，可以动态地响应外界环 境的变化，并且可以实现同其它a g e n t 之间的协调。 ( 2 ) 交互性。a g e n t 之间利用a g e n t 通信原语可以相互通信，获得自己所需的信息， 进而有效的与其它a g e n t 相互协作以解决自己局部无法解决的问题。 ( 3 ) 高度柔性。可以动态的重组以适应不同的需求，可以通过添加和删除来更新系 统。 ( 4 ) 智能性。a g e n t 具有知识，根据局部的知识解决问题。 多a g e n t 技术是目前分布式人工智能的研究热点。由于m a s 对开放、动态的现实环 境具有良好的灵活性和适应性，因此m a s 理论受到重视并得到迅速发展，并且在众多 领域( 如车间资源配置、生产调度与控制、生产管理决策等) 获得越来越多的应用。研究 者注意到，虽然m a s 被应用到众多的领域，但目前尚没有研究人员把m a s 应用到智能 型网站的构建上。 一个企业网站具备的功能应是多种多样的，例如，信息搜索功能、信息推送功能、 电子商务功能、个性化服务等许多功能。每个功能的实现又划分为若干个子任务。各 子任务相互组织协作完成企业网站的一个功能。把m a s 应用到智能型网站的构建上， 通过a g e n t 之间的组织协作可以更好更合理的分配系统资源，从而达到快速响应用户请 求的目的，使得用户可以更方便快捷的使用本网站。 6 k 眷t 业人学硕 学位论文 2 3a g e n t 与工作流的结合 在工作流系统使用中，经常需要增加、修改或删除任务和资源，这要求工作流系统 形式上易于表达，结构上具有灵活性。但目前的工作流系统存在着重构困难，对意外 情况反应能力差，缺乏动态的自适应能力，与企业原有资源难以集成等问题。鉴于此， 具有自组织、自学习和协同工作能力的智能工作流系统使未来的发展趋势。 通过上面对a g e m 的介绍，我们知道，由于a g e n t 具有自治性、交互性、主动性等 智能特点，因此将a g e n t 技术结合到工作流管理中，可以有效地解决原有工作流管理 系统的下列闯题【1 习： 1 工作流系统中的资源冲突问题。一个工作流的两个并行的活动或是两个工作流 之间可能会由于竞争同一资源而发生冲突，利用m u l t i - a g e n t 的协商技术可以有效地解 决这个问题。 2 缺乏灵活性的问题。a g e n t 的特性之一是具有智能性。a g e n t 具有相关的知识， 能够进行相关的推理或智能计算；a g e n t 还可以从经验中不断学习，以提高自身处理问 题的能力。利用a g e n t 的这一特点，通过为a g e n t 建立知识库及推理规则，可以提高 工作流管理系统的灵活性。 3 缺乏自治性的问题：按照w f m c 的定义，工作流就是实现一个业务过程部分 或全部的用计算机自动执行，而工作流管理系统就是完全定义、管理和执行工作流的 系统。从定义中我们可以看出工作流管理系统必须体现出“自动”的特点，这一点在传 统的工作流管理系统中已经得到实现。a g e n t 技术的一个典型特性就是具有自治性，将 其应用到工作流管理系统中可以将这一特性充分的体现出来。a g e n t 是一个智能化的独 立主体，它可以在较少外界干预的情况下完成任务，这就提高了工作流管理系统的“自 动”性，从而提高了其性能。 因此，基于a g e n t 的工作流管理系统是工作流技术的一个重要发展方向，已经受 到越来越多的关注。 2 4 元数据 2 4 1 元数据的定义 元数据( m e t a d a t a ) 是用于提供某种资源的有关信息的结构数据( s t r u c t u r e dd a t a ) ，或 者是描述其他数据的数据( d a t aa b o u to t h e rd a t a ) 。元数据是描述信息资源或数据的对象 的数据，其使用目的在于：识别资源、评价资源、追踪资源在使用过程中的变化，实 现简单高校的管理大量网络化数据，实现信息资源的有效发现、查找、一体化组织和 对使用资源的有效管理。 7 长备t 业，：学硕1 学位论文 元数据分为描述元数据、语义元数据、控制元数据和结构元数据。在内容管理中， 通常是元数据越复杂，内容提升价值的潜力就越大。元数据旦从原始内容中提取出 来，就可以把它与原始的内容分开，单独对它进行处理，从而大大简化了对内容的操 作过程。另外，语义元数据与结构元数据还可以用于内容的检索和挖掘【1 4 1 。 2 4 2 元数据的种类 对于元数据有很多不同的分类方式。按照比较普遍的分类方式，下面列举几种【1 5 】： 1 描述性元数据：用于描述一个文献资源的内容及其与其它资源的关系的元数据。 总体来说，可以认为元数据都是描述性的，但其中直接描述资源对象固有属性的一些 元素，常称为描述性元数据。例如资源的名称、主题、类型等。 2 结构性元数据：用于定义一个复杂的资源对象的物理结构，以利于导航、信息检 索和显示。例如描述各个组成部分是怎样组织到一起的元素。 3 存取控制性元数据：以保存资源对象为信息系统的开发目的，特别注重资源对象 长期保存有关的属性。 4 管理性元数据：以管理资源对象为目的的属性元素，通常称为管理型元数据，包 括资源对象的显示、注解、使用、长期管理等方面的内容，例如：所有权权限的管理， 产生制作时间和方式，文件类型，其它技术方面的信息，使用或获取方面的权限管理。 2 4 3 元数据的应用 在软件开发过程中，对数据的处理是必不可少的。不管采用什么样的开发工具， 无论是传统的面向过程的开发语言，还是后来的面向对象的开发语言，都离不开对各 种各样的数据的处理。由于很多数据处理的过程有一定的相似性，但是在具体处理的 时候还有很多的差异，不能简单地用一个程序模块来完成，只能由开发人员根据不同 的情况做出不同的处理。这就使开发人员经常处于一种低效率的工作状态之中，甚至 会经常周而复始地做着类似的工作。 为了改善这种状况，很多软件设计者把元数据的概念引入到软件的设计和开发的 过程中来。简单地说，元数据在程序中是不被处理的数据。在程序的执行过程中，元 数据起到“解释”的作用，软件开发人员可以通过改变元数据的值来改变程序的运行方 式。不同的元数据值可以让同一段程序有不同的运行结果。 另外，在电子资源管理中，元数据还可以帮助人们检索和确认所需要的资源，数 据元素往往限于作者、标题、主题、位置等简单信息。它还可以用于著录的描述，对 数据单元进行详细、全面的著录描述。数据元素囊括内容、载体、位置与获取方式、 制作与利用方法、甚至相关数据单元方面等。元数据还可以进行资源管理，支持资源 8 长春t 业人学硕j ：学位论文 的存储和使用管理，数据元素除比较全面的著录描述信息外，还往往包括权力管理， 电子签名，资源评鉴，使用管理，支付审计等方面的信息。还可以对资源进行保护与 长期的保存【旧。 2 5 线程 2 5 1 线程的概念及特点 线程( t h r e a d ) 是指程序中的一个控制流程或执行情景( e x e c u t i o nc o n t c x o 。【1 7 】从操作 系统的并行性观点来看，它属于一种较为简单的进程( p r o c e s s ) 。线程尽管有自己独立资 源作为执行情景，如程序计数器、通用寄存器、和执行堆栈，但是同一程序中的所有 线程仍然共享着大量资源，如内存空间或已经打开的文件。由于线程比进程涉及的资 源管理更少，而且比进程更容易生成和撤销，因此线程也称为轻量级进程( 1 i g h t w e i g h t p f o c 舔s ) 。一个程序的执行时间大多是花在等待上的，如果将其设计成单线程的，即只 有一条执行线索，那么程序的执行就会因为某种等待而受阻。例如为了等待某个i o 操作的完成，其它部分的程序无法运行，或者某个动画程序一旦开始就没有办法让其 停止。如果将程序内部的各个相互等待的任务分解为若干个并发执行的程序段，那么 程序的运行就是多线程的( m u l t i t h r e m m g ) ，即有多个执行线索。按计算机并行性的等级 来划分，多线程属于任务级或过程级上的运行，其并行性的主要技术途径是资源共享 ( r e s o i f f c c s h a _ r i e l 曲，即利用软件的方法将多个线程在时间上相互错开，按顺序轮流使用 同一套硬件设备( 如c p u ) 。虽然从内部看各线程是串行执行的，但由于操作系统可以 自动切换，因而给人一种同时执行的假象。程序采用多线程方式以后，用户就不必再 等待了。 2 5 2 多线程的优势 相对于进程，线程的优势主要在于运行速度、共享内存和资源、更有效的使用硬 件、远程服务和简化程序设计掣。 1 运行速度 因为进程的创建往往需要初始化进程表、虚拟地址空间、文件描述符等，因此创 建的速度较慢；进程之间的切换也需要较大的开销。而线程的创建、切换只牵扯到很 少量的上下文( c o n t e x 0 ，多线程共享地址空间，因此需要较少开销。所以多线程的并发 程序具有比多进程的程序更快的速度。 2 共享内存和资源 在同一进程内线程共享地址空间和资源，因此线程之间的通信可以通过公共内存 9 长春丁业人学硕f 。学位论文 来实现，而无需像进程间要通过操作系统的干预来实现；同样，资源可以在线程之间 共享。所以线程之间的信息交换和资源共享具有更高的效率。 3 更有效的使用硬件 多线程为提高i ，0 的效率和计算的并行性提供了可能性，从而更有效地使用计算 机的硬件资源( 如c p u 、硬盘和其它外围设备) 。例如，数据库服务器可以使用多线程 在向事务日志盘中写数据的同时处理用户的查询或其它事务。如果使用多c p u ，多线 程可以实现真正的并行运行，同一进程可以允许多个处理器同时运行。 4 远程服务 在分布式计算环境中使用单线程，如果使用同步机制( 如r p c ) ，客户端发出后只好 等待结果：如果使用异步机制，客户端要不断查询看是否有结果返回。使用多线程机 制( 一个发送另一个接收) 客户端在发出远程请求后可以继续处理其它的工作，从而得到 了前面两者的好处，即灵活性及好的性能。 5 并发程序抽象 设计者可以将大型程序简单地划分为多个相对独立的线程( 当然需要必要的同步) ， 特别是结合面向对象的思想将单个线程简化为操作同一个对象( o b e c t ) ，几多线程机制 使得大型程序( 如操作系统) 设计简单化。 j a v a 提供了对多线程的支持，基于多线程机制，可以使用浏览器同时浏览多个 w e b s i t e s ，同时下载多个文件。 2 5 3 线程的控制方法 在j a v a 中控制线程运行的常用方法主要包括以下几种： s t a r t ( ) ：用于开始执行r u n ( ) 方法中的线程体： s t o p ( ) ：无条件强制停止线程执行，将线程的状态清零并放弃所占有的资源； s u s p e n d ( ) ：暂停线程的执行，线程的所有的状态和资源仍保持不变。处于该状态 的线程可以通过调用r e s u m e ( ) 方法来重新启动 r e s u m e ( ) ：恢复暂停的线程。如果剐刚被恢复的线程优先级比运行线程低，则该线 程会在队列中等待，否则立即恢复线程的运行。 s l e e p ( s l e e p t i m e ) ：指定调用线程的睡眠时间，其中参数s l e e p t i m e 为以毫秒为单位 的长整型值。 w a i t ( w a i t t i m e ) ：使调用的线程等待，直到发出超时或另一线程调用n o t i 趴) 方法。 n o t i f y ( ) ：唤醒一个由w a i t ( ) 引起的等待线程。 j o i n ( ) ：用于调用线程并等待本线程的结束，例如，执行到r u n ( ) 方法的末尾； y i e d o ：暂时停止调用线程并将其放在队列末尾，等待另一轮执行； g e t n a m e o ：返回当前线程名； 1 0 长春t 业人学硕十学位论文 c u r r e n t t h r e a d o ：返回调用者线程的类方法； g e t p r i o r i t y ( ) ：返回线程的当前优先级； i s e l l i v e ( ) 返回t r u e 表示线程运行尚未停止，当前处于可运行或暂停状态。 2 5 4 线程的状态 每个线程在生成后到消失之前总是处于以下四种状态之一，如图2 2 所示。 n e w 语句 s u s p e n d 0 w a i t ( ) s t e e p ( ) i ，o 受阻 图2 - 2 线程的状态 ( 1 ) 创建状态( n e w ) 在执行生成线程的n e w 语句之后，立即进人创建状态。这种状态下分配和初始化 局部数据成员。 ( 2 ) 可运行状态( r u n n a b l e ) 调用s t a r t ( ) 方法后，产生了运行这个线程所需的系统资源，线程进入可运行状态。 这种状态可以细分为两个子状态：运行状态和排队状态。线程处于运行状态时，取得 c p u 周期并实际运行；处于排队状态时，排队等待并争取使用c p u 。这两种子态之间 的过渡是由运行调度器来控制的。但是，线程可以调用y i e l d ( ) 方法自动从运行状态让 位到排队状态。 ( 3 ) 不可运行状态( n o t r u n n a b l e ) 当下面四种情况发生时，线程就进入不可运行状态 线程本身调用了s l e e p ( ) 方法 线程本身或另一线程调用了s u s p e n d ( ) 方法 1 1 长存t 业人学硕f 。学位论文 为等候某一条件变量，线程调用w a i t ( ) 方法 输人输出流中发生线程堵塞 死亡状态( d e a d ) 线程的死亡一般可以通过两种方法实现：自然撤消或者被停止自然撤消是指从线 程的眦0 方法中正常退出，调用s t o p ( ) 方法也可以停止当前线型1 9 1 。 长存工业人学硕i 学位论文 第三章网站调度系统的设计和数据接口 3 1 基于工作流的多a g e n t 网站调度系统概述 实现网站自动化应答用户请求并不困难，但是最大限度地利用系统资源、尽快响 应用户请求却是网站调度系统设计的难点。其原因在于网站在运行过程中会不断地接 受用户请求，如果网站仅仅是按照先后顺序按部就班地执行队列中的请求，那么很容 易造成漫长的等待时间。例如，编号为t - ，t 2 ，t - o 的十个任务等待执行，所需占 用系统资源的时间分别为1 ，2 ，1 0 个时间单位1 。这种情况下，最短的整体等 待时间是1 + 2 + + 1 0 = 5 5 。然而，由于任务到达系统的时间是随机的，导致整体的等 待时间只能以极低的概率达到最优。一个运行在i n t e m e t 上的网站所需执行的任务远远 超过1 0 ，因此白白耗费的等待时间难以数计。 尽管可以采用随时调整各任务之间执行顺序的机制，但是也未必会真正解决问题。 如果网站在每次接受到新任务之后都调整所有任务的执行顺序，使系统始终最先执行 耗时最短的任务，那么那些耗时较长的任务可能永远也不能得到执行，这显然不是一 个合理的结果。更重要的是，这种机制同样也不能保证系统资源得到了最大程度的利 用。通常而言，任何一个任务得到执行的时候都不会用尽系统全部资源，这就意味着 即便系统以最优的顺序执行众多的任务，这个过程中仍然会有部分系统资源处于闲置 状态，如果能将这些资源利用起来，对于提高系统效率能够起到的作用是不言而喻的。 但是，在系统以任务为调度单位的情况下，这种思路是难以实现的。 因此，我们需要适用第二章介绍的工作流技术，将任务细化为子任务，并合理的 设计系统，使之能够根据各子任务之间的关系以及所占用资源的情况进行适宜的规划， 包括给