（计算机软件与理论专业论文）一种基于带条件的轨迹的wscdl形式化模型研究.pdf

西南大学硕士学位论文摘要 1 i m mmm m mm m m 曼皇寡曼曼皇皇曼鼍曼皇曼鼍皇! 曼曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼! 曼! 曼 一种基于带条件的轨迹的w s c d l 形式化 模型研究 计算机软件与理论专业硕士研究生梁智远 指导教师张为群教授 摘要 随着因特网的不断发展，w e b 服务已成为了人们日益关注的焦点。然而，功能单一的 w e b 服务已经不能胜任企业的应用。w e b 服务组合研究如何将众多相关的w e b 服务有机集成， 形成功能强大的企业级服务，以完成商业目标。 目前，关于w e b 服务组合方法有一种全新的观点叫做编排，用于从更高的层次描述一些 参与方的点对点协作。关于编排的规范是w s - c d l ，它以全局的视角描述了基于交互的各个 服务之间的组合方式，定义了公共和互补的可观察行为。以及具有一致见解的顺序规则。但 是w s - c d l 没有形式化的模型，也没有定义执行过程。当今很多对w s c d l 进行形式化的 建模研究都不完善，或是建模之后没有讨论执行过程以及一致性问题。因此完善对w s - c d l 的模型化相关工作具有十分重要的意义。 本文总结并扩展了已有的建模方法，提出了一种带条件的轨迹的概念，并在此基础之上 为w s c d l 规范建立了一种语法和语义规则( 又称作全局模型) 。为了讨论编排的执行过程， 本文在每一个角色上为w s c d l 规范建立了语法和语义规则( 又称作局部模型) ，并给出了从 全局模型到局部模型的映射过程，然后严格定义了编排的执行过程，并给出了一种在各角色 之间执行编排的算法，接着讨论了在该模型下编排执行的一致性问题。最后，列出了实现这 些算法的数据结构和程序代码，论证了算法的有效性。 关键词：w e b 服务组合w e b 服务编排描述语言形式化模型带条件的轨迹执行 过程 西南大学硕七学位论文a b s t r a c t r e s e a r c ho ff o r r 1 a l o d e l r e s eho tao r m a lm o d e li o rw s c d lws c d l 1 rn 一、 1 1 5 a s e d0 n1r a c ew l t nu o n d l t l o n s m a jo r ：c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y s p e c i a l t y ：s o f t w a r ee n g i n e e r i n g 一 s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gw e i q u n a u t h o r ：l i a n gz h i y u a n a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e t , p e o p l ep a i dm o r ea t t e n t i o nt ot h et e c h n o l o g yo f w e bs e r v i c e b u t ，w e bs e r v i c ew i t has i n g l ef u n c t i o ni sn om o r ea d e q u a t et oe n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n s w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o ni sar e s e a r c ha b o u th o wt om a k et h eo r g a n i ci n t e g r a t i o no fk i n d so f i n t e r r e l a t e dw e bs e r v i c e s ，a n dh o wt of o r mp o w e r f u le n t e r p r i s el e v e ls e r v i c e si no r d e rt o a c c o m p l i s hb u s i n e s sg o a l n o w , t h e r ei saw h o l en e wm e t h o df o rw e bs e r v i c ec o m p o s i t i o nc a l l e dc h o r e o g r a p h y , w h i c hi s u s e dt od e s c r i b ep e e r - t o - p e e rc o l l a b o r a t i o n so fs o m e p a r t i c i p a n t sa tak 龃l e v e l t h es p e c i f i c a t i o n o fc h o r e o g r a p h yi sw e bs e r v i c e sc h o r e o g r a p h yd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ( w s c d l ) ，w h i c hf r o ma g l o b a lv i e w p o i n td e s c r i b e st h ec o m p o s i t i o no fs o i t i es e r v i c e st h a ta l eb a s e do r li n t e t a c t i o n , t h e c o i l i i n o na n dc o m p l e m e n t a r yo b s e r v a b l eb e h a v i o r , a n dt h ej o i n t l ya g r e e d o r d e r i n gr u l e s b u t , w s - c d ll a c k so ff o r m a lm o d e l ，a n dl a c k so ft h ed e f m i t i o no fi m p l e m e n t a t i o n a tp r e s e n t , m a n y r e s e a r c hw o r k so nf o r m a lm o d e lo fw s - c d la i n c o m p l e t ei nm a n yw a y s o rd o n ti n v o l v et h e i s s u e sa b o u ti m p l e m e n t a t i o na n dc o n f o r m a n c e t h e r e f o r e ，t oi m p r o v et h em o d e l i n g - r e l a t e dw o r k0 1 1 w s - c d lh a sg r e a ts i g n i f i c a n c e s u m m a r i z i n ga n de x t e n d i n gt h ee x i s t i n gm o d e l i n gm e t h o d s ，w ep r o p o s eac o n c e p tc a l l e dt r a c e w i t hc o n d i t i o n s ，u n d e rw h i c hw ed e f i n eas y n t a xa n ds e m a n t i cr u l ef o rw s - c d l s p e c i f i c a t i o n ，a s k n o w na sg l o b a lm o d e l 。i no r d e rt od i s c u s si m p l e m e n t a t i o n , w ed e f i n eas y n t a xa n ds e m a n t i cr u l e f o rw s - c d ls p e c i f i c a t i o ni ne v e r y - s i n g l er o l e ，a sk n o w na sl o c a lm o d e l ，a n dg i v et h em a p p i n g p r o c e s sf r o mg l o b a lm o d e lt ol o c a lm o d e l 。t h e n , w er i g o r o u s l yd e f i n et h ei m p l e m e n t a t i o n , a n dg i v e 锄a l g o r i t h mt oi m p l e m e n tt h ec h o r e o g r a p h yb e t w e e na l lr o l e s a n dw ea l s od i s c u s st h e 1 1 西南大学硕士学位论文a b s t r a c t 曼苎曼曼曼! 曼曼寰蔓曼! 皇曼曼鼍i i i m i i = - - - - i n - - i 曼曼曼曼曼曼 c o n f o r m a n c ep r o b l e mu n d e rt h em o d e la b o v e a tl a s t , w el i s tt h ed a t as t r u c t u r ea n dp a r to ft h ec o d e t oi l l u s t r a t et h ea l g o r i t h m , a n dd e m o n s t r a t et h ev a l i d i t y k e yw o r d s ：w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o n ，w e bs e r v i c ec h o r e o g r a p h yd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ，f o r m a lm o d e l ，t r a c ew i t hc o n d i t i o n s ，i m p l e m e n t a t i o n ，1 i i 独创性声明 学位论文题目：二盘基王萱釜佳鲍孰迹鲍坠= g 望坠理叁毡搓型珏宜 。本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加 了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同 仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：冀他 签字魄彳年歹胪l 县 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 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 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：囱不保密， 口保密期限至年月止) 、 学位论文作者签名：辱帮毛 导师签名： 签字日期：加矽7 午歹月2 日 签字日期： 幻产厂月7 l 日 西南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 随着i n t e r n e t 的不断发展，基于w e b 的应用也在不断发展和变化。再加上经 济全球化和市场竞争的日趋激烈，几乎所有商家和企业都转向将电子商务作为其 占领全球化市场的手段。但是r r 行业很快意识到，互联网是一个异构、动态、松 散耦合的分布式计算环境，i n t e r n e t 上充斥着各种各样庞杂的应用，它们分别基于 各种各样互不兼容的平台，要使它们之间进行相互操作并不容易，更不用说各企 业间的数据共享和业务协作了。并且由于传统的分布式对象技术和中间件技术都 需要维护相互独立的体系结构和协议以及客户端和服务器端的紧耦合，使得它们 不能适应动态、松散耦合环境下的业务协作，所以就需要一种新的技术来解决这 些问题。现在越来越流行的w e b 服务就是针对这一需求应运而生的。当前w e b 服务得到了广泛的关注和契机，许多软件厂商都声称已经启动和采用了w e b 服 务，许多机构都参与w e b 服务标准的细化工作。 在日益发展的w e b 服务研究领域中，传统的w e b 服务研究对象是单个服务 的描述、发现以及调用( w s d l 、s o a p 、u d d i 等) ，但是功能单一的w e b 服务已 经不能胜任企业的应用。如何将众多相关的w e b 服务有机地集成，形成功能强大 的企业级服务，以完成商业目标，成为了目前大家所关注的焦点，这就是w e b 服 务组合的研究内容。近几年来，关于w e b 服务组合方法有一种全新的观点叫做编 排( c h o r e o g r a p h y ) ，用于从全局的视角描述一些参与方的点对点协作( p 2 p c o l l a b o r a t i o n s ) 。 w e b 服务编排描述语言w s - c d l 1 ( w e bs e r v i c ec h o r e o g r a p h yd e s c r i p t i o n l a n g u a g e ) 是w 3 c 制定的关于编排的协议，最新版本是0 5 年1 1 月作为w 3 c 候选 建议书发布的。w s c d l 是一种基于x m l 的语言，所用的方式是，从全局的角 度描述各个参与方的可见的公共或互补行为，通过具有特定顺序的消息交换完成 某一公共的业务目标，侧重于消息和交互。 w s c d l 所描述的组合方式与传统的方式( c s p 、c c s 或b p e l 【z j 、w s f l 引、 b p m l 4 1 1 有本质不同，它是站在更高的视角来看问题，统筹全局。这种方式典型 的应用例如：各个公司希望基于应用而集成它们的w e b 服务，在系统分析阶段， 各自的业务分析师就合作中涉及的服务、交互、公共顺序以及约束规则达成共识， 并用w s c d l 描述。 但是w s c d l 并不是一个形式化系统【5 】1 6 1 ，即：1 ) 缺乏可理解的形式化基础 ( 1 a c ko fc o m p r e h e n s i v ef o r m a lg r o u n d i n g ) ：2 ) 没有将元模型和语法分离( 1 a c ko f 西南大学硕士学位论文 第一章绪论 i-t_ ,mm ,m, =。 - i a 量皇曼曼曼皇! 曼曼曼曼曼曼皇曼! 蔓 s e p a r a t i o nb e t w e e nm e t a m o d e l & s y n t a x ) 。另外，w s c d l 仅仅描述了各参与方之 间为了编排而达成的合约，并没有描述编排的执行过程。因为执行过程要求参与 方各自独立地运行，因此需要把全局视角映射到局部视角，这样才能模拟编排的 执行。执行过程要保证一致性( c o n f o r m a n c e ) ，即转化后的语义要与原语义保持一 致。显然，各个参与方是相互独立而且异步地执行的，因此会有不一致的情况出 现。这就需要引入同步( s y n c h r o n i z a t i o n ) 和校准( a l i g n m e n t ) 机制【7 1 。 因此，将w s c d l 模型化，在其上建立推导规则，探讨编排的执行过程，保 证执行的编排能够满足w s c d l 描述，最后用模型检测工具对模型进行验证等一 系列工作成为了现在研究的热点。 w s c d l 是w e b 服务编排标准化领域里面最新的成果。但是这个标准出来得 “太早 【5 】，还有很多尚未解决的问题等待着学术界进行研究。目前很多建模研 究都只停留在w s c d l 中三种最基本的控制结构( 顺序、无条件选择、并行) ，没 有考虑到条件选择和循环结构；抑或是建模之后没有讨论执行过程以及一致性问 题。因此完善对w s c d l 的模型化相关工作具有十分重要的意义。 1 2 研究现状 目前，对于w e b 服务编排和w s c d l 的研究尚处于很初步的阶段，很多问 题没有得到很好的解决。近年来，很多专家和学者从形式化模型方面对w s c d l 进行了探索和研究： ， 1 d e c k e r 等人【8 】【9 】【1 0 】建立一个图形化的小语言l e t s d a n c e 作为编排的元模 型，用兀c a l c u l u s 描述它的语义。通过一个映射将其转化为局部视角， 并定义了编排的可执行过程。特点是，图形化的语言便于直观的理解， 但推导过程比较复杂，不利于自动化； 2 辜希武【等人建立自己的模型包含了w s c d l 中所有的控制结构，也讨 论了全局与局部的转化问题，但是没有提及一致性； 3 f o s t e r t l 2 】等人讨论了基于模型的方法对w e b 服务组合进行验证，并且开 发了一套工具l t s a ，将w s c d l 描述转化为有限状态进程( f i n i t es t a t e p r o c e s s ，f s p ) 模型； 4 g o m e r i 1 3 】 1 4 】等人建立了自己的模型c 乙，该模型将r e q u e s t 与r e s p o n d 分 离，并讨论与原子的r e q u e s t r e s p o n d 结构之间的区别，并且讨论了校准 结构( a l i g n m e n t ) ； 5 k a z h a m i a k i n 和p i s t o r e t 悸】i q 建立了自己的模型，着重讨论了一致性的问 西南大学硕士学位论文第一章绪论 题： 6 北京大学的裘宗燕教授及其团队【1 7 】【1 8 】【1 9 】【2 0 】【2 1 1 近两年对编排进行了深入 的研究：建立一个小语言a d ，作为元模型，建立语法和语义推导规则： 通过手工推导或者模型检测工具s p i n 自动推导，得出一些性质；探讨 w s c d l 的执行过程，方法是引入轨迹语义，通过将全局模型映射为局 部模型来比较两者轨迹，讨论转化的一致性；对上述模型进行扩充，加 入对于w s c d l 的例外情况处理和事务处理特性。 1 3 论文所做的工作 目前大多数的研究都只是基于简化的w s c d l 模型( 基本活动和顺序、选择、 并行等基本控制结构) ，及其执行过程，并且没有系统地定义或描述执行过程以及 一致性问题，这让我们无法深刻而透彻地理解w s c d l 规范的本质，也使得在 w s c d l 规范的订制和执行之间产生了难以逾越的鸿沟。有鉴于此，本文的目标 侧重于分析w s c d l 规范的核心思想，整合和挖掘现有的形式化建模理论，为 w s c d l 研究并总结一套相对完整的形式化模型，为探讨编排的执行过程奠定基 础。 本文的研究内容包括： 一1 分析编排的本质，研究w s c d l 规范是如何描述编排的： 2 扩展已有的模型，提出了一种带条件的轨迹的概念，并在此基础上为 w s c d l 规范建立了一种语法和语义规则( 称作全局模型) ，着重定义带条 件的轨迹语义； 3 分别站在每一个角色的立场上看编排的过程，亦即在每一个角色上为 w s c d l 规范建立语法和语义规贝u ( e p 建立了局部模型) ，并给出了从全局 模型到局部模型的映射过程； 4 对编排的执行过程进行严格定义，并给出了执行编排的具体算法； 5 探讨一致性问题。 在每一个部分，都配以详尽的公式、定义、算法、证明，以及列举了大量而 较为全面的实例来阐明作者的观点。 1 4 论文内容的安排 本文的章节结构如下： 第一章，绪论。本章介绍了本文的研究背景、意义以及国内外研究现状。 西南大学硕士学位论文第一章绪论 第二章，w e b 服务和w e b 服务组合的基础知识。本章介绍了w e b 服务和w e b 服务组合的基本概念，编排的基本思想以及w s c d l 规范的基本元素。 第三章，形式化w s c d l 。本章首先从两个方面来建立编排c 的语法规则， 即编排的角色和编排的活动，然后引入带条件的轨迹，定义轨迹的几种运算法则， 在轨迹和轨迹的运算法则的基础之上定义编排的语义。 第四章，执行过程与一致性问题。本章首先讨论了全局模型和局部模型的联 系与区别，仿照第三章，在每个角色上建立语法和语义规则，然后定义从全局模 型到局部模型的映射过程，讨论相应的映射算法，接着给出编排的全局执行的严 格定义，讨论相应的执行算法，最后讨论执行过程的一致性问题。 第五章，算法实现，为了论证执行编排的算法的有效性，给出了一个实现算 法的j a v a 程序。 第六章，总结与展望。 西南大学硕士学位论文第二章w e b 服务组合与w s c d l 的基础知识 第二章w e b 服务组合与w s - c d l 的基础知识 2 1 引言 w e b 服务是一类平台独立的、自描述的、分布式的软件组件，w e b 服务组合 是在面向服务的体系结构下实现业务流程的松耦合的软件架构方法，而编排则是 一种高层次的、全局性的、侧重于消息传递和交互的w e b 服务组合思想。本章介 绍了w e b 服务、w e b 服务组合方法以及编排，引入了w e b 服务编排描述语言 w s c d l 的基本知识，并对w s c d l 的优缺点做了详细分析。 2 2 w e b 服务 2 2 1 w e b 服务的定义 w e b 服务的概念是在面向服务的体系结构( s o a ) _ k 发展起来的。s o a 的核心 思想是将w e b 上所有的软件或者是应用实体看作服务，供其客户使用。服务是自 描述、自包含、平台无关的自治单元纠，是构成s o a 的基本组成元素。 目前关于w e b 服务，有广泛的、一致的认识，但是没有单一的、严格的定义。 我们总结一下，可将w e b 服务描述为一组应用逻辑或构件，可以被发现、组合和 重用，通过w e b 调用，解决用户的问题或要求。 2 2 2 w e b 服务的体系结构 任何一个w e b 服务都包含三个角色：服务提供者、服务请求者和服务注册处。 其中： ( 1 ) 服务提供者( s e r v i c ep r o v i d e r ) 。负责创建服务描述，将服务描述发布到一 个或多个服务注册处，并接受来自一个或多个服务请求者的w e b 服务调 用信息。一般来说，它是任何一个可通过网络寻址的实体，这些实体是 一些可通过网络访问的w e b 服务的宿主。 ( 2 ) 服务请求者( s e r v i c er e q u e s t 神，或者称作服务用户( s e r v i c eu s e r ) 。负责查 找发布在一个或多个服务注册处的服务描述，并负责利用服务描述，绑 定或调用由服务提供者提供的w e b 服务。一般来说，它是一个应用程序、 一个软件模块或是需要服务的另一个服务。它与服务提供者形成了一种 自然的“客户机服务器 关系。 ( 3 ) 服务注册处( s e r v i c er e g i s t r y ) 。维护服务提供者发布的服务描述，并为其 宣传，允许服务请求者搜索服务注册处所包含的服务描述集合。一般来 两南大学硕士学位论文第二章w e b 服务组合与w s c d l 的基础知识 ，说它是一个存储了可用服务的仓库。在“客户机服务器”的关系中，它 仅仅充当着中介的角色，与服务调用并不发生直接的联系。 任何程序或网络节点都可以承担某一种角色，在某些情况下单一程序可以充 当多个角色。在这三种角色之间由三种互操作，即发布、查找和绑定： ( 1 ) 发布( p u b l i s h ) 是服务提供者定义w e b 服务的描述并把它注册到服务注册 处的过程。当服务提供者在服务注册处发布其w e b 服务描述后，服务注 册处就将此w e b 服务的详情告诉w e b 服务请求者，以便其查找。 ( 2 ) 查找( r i n d ) 是服务请求者根据服务注册处提供的规范接口发出查询请求， 以获取绑定服务所需的相关信息的过程。查找的标准一般是服务的类型、 服务的质量以及服务的其他各方面因素等等。 ( 3 ) 绑定和调用( b i n d & i n v o k e ) 是服务请求方通过分析从注册服务器中得到 的服务描述信息，然后使用服务描述与服务提供者进行挂接并调用w e b 服务实现或同它交互的过程。 w e b 服务的三种角色和三种互操作之间的关系如图2 1 所示。 图2 1w e b 服务的体系结构 近年来，w e b 服务技术得到了长足的发展，形成了如图2 2 所示的以服务通 信、服务描述、服务质量和业务流程为主体的w e b 服务协议栈【2 3 1 。 纵观w e b 服务协议的发展过程，我们可以将w e b 服务的发展历程分成两个 阶段w 曲服务基础协议发展阶段和w e b 服务高层协议发展阶段。第一阶段主 要形成了w s d l 2 4 | 、s o a p l 2 s 】和u d d i 2 6 】基础协议( 将在2 3 节作简要介绍) ，而在 这个发展阶段中，w e b 服务技术的研究主要关注单个服务的开发、测试和调用等 基础问题。第二阶段主要形成了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 ) 、 w s c d l ( w e bs e r v i c ec h o r e o g r a p h yl a n g u a g e ) 和w s c i ( w e bs e r v i c ec h o r e o g r a p h yi n t e r f a c e ) 等高层协议( 将在2 4 节和2 5 节作简要介绍) 。在这个发展阶段中， w e b 服务技术的研究主要侧重于服务之间的交互与协作，关注基于服务组合的业 西南大学硕士学位论文第二章w e b 服务组合与w s c d l 的基础知识 务流程的安全和事务等方面。当前正处于w e b 服务发展的第二阶段，而服务组合、 服务流程、服务交互等问题成为当前w e b 服务技术发展的关键问题。特别是随着 s o a 概念的蓬勃兴起，由于w e b 服务与s o a 中倡导的服务概念完全吻合，使得 w e b 服务技术被公认为实现s o a 的最佳技术方案，因此w e b 服务组合问题成为 w e b 服务技术与s o a 共同关注的焦点。 2 3 w s d l 、s o a p 和u d d i 本节将介绍w e b 服务最基本的三个协议。 w e b 服务描述语言( w e bs e r v i c ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s d l ) 是一种用来描 述w e b 服务的基于x 池的规范模式。与传统的分布式对象技术c o r b a 和d c o m 类似，w e b 服务采用w s d l 作为描述服务接口描述语言的标准方法。w s d l 定义 了描述w e b 服务接口及其实现特征的x m l 语法，即w s d l 提供了一个抽象的语 言以利用服务各自的参数和数据类型来定义被发布的操作，该语言同时涉及服务 的定位和绑定细节的定义。 简单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，s o a p ) 是一种轻量级、基于 x m l 的简单协议，其设计目标是在w e b 上交换结构化和规范化信息。正如它的 名字所透露的含义，s o a p 定义的是一种简单的机制，即通过提供一个有标准组 件的包模型和在模块中编码数据的机制，定义了一个简单的表示应用程序语义的 机制。这使得s o a p 能被用于从消息传递到r p c 的各种系统。 西南大学硕十学位论文第二章w e b 服务组合与w s c d l 的基础知识 通用描述、发现和集成( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r y & i n t e g r a t i o n ，u d d i ) 注册中心包含了通过程序手段可访问到的对企业和企业支持的服务所做的描述。 此外还包含对w 曲服务所支持的因行业而异的规范、分类法定义( 用于对于企业 和服务很重要的类别) 以及标识系统( 用于对于企业很重要的标识) 的引用。u d d i 提供了一种编程模型和模式，它定义与注册中心通信的规则。u d d i 规范中所有 a p i 都用x m l 来定义，包装在s o a p 信封中，在h t t p 上传输。 2 4 w e b 服务组合 文献【2 7 】认为w 曲服务组合是关于如何把多个基本服务( 可能被不同公司提 供) 组合成可以满足用户需求的增值服务的问题。而更明确地说，我们可以把w e b 服务组合理解为，利用i n t e m e t 上分布的现有w e b 服务，根据用户( 最终用户或增 值服务开发商) 总的应用需求( 包括功能和非功能的要求) ，在服务组合支撑平台的 支持下，自动地选择一系列符合一定规则的单个w e b 服务，组成满足总需求的服 务流程，通过流程中各个服务的协同来最终完成用户的服务请求。 w e b 服务组合是将若干服务进行有机组装，形成大粒度的具有内部流程逻辑 的组合服务，并通过执行该组合服务而达到业务目标的过程。w e b 服务组合可以 利用较小的、较简单的且易于执行的轻量级服务来创建功能更为丰富、更易于用 户定制的复杂服务，从而能够将松散耦合的、分散在i n t e r n e t 上的各类相关w e b 服务有机地组织成一个更为可用的系统，支持企业内、外部的企业应用集成e a i 和电子商务等网络应用。 。 在w e b 服务领域中有一种更广义的理解【2 3 】：w e b 服务组合并不是一个单一的 问题，它涵盖了w e b 服务发现、( 狭义的) w e b 服务组合、w e b 服务组合验证、w e b 服务执行与监控、w e b 服务组合安全和事务管理等关键问题。其逻辑结构如图2 3 所示。 其中，w e b 服务发现是指从服务库中搜索出满足用户需求的服务集合的过程， 而这一过程的自动化处理，则是w e b 服务的自动发现。搜索处需要的服务之后， 将其按照特定规则和方法装配起来，就是w e b 服务组合的过程，本文所指的就是 这个过程。若干成员服务被组合成大粒度流程式组合服务之后，为了保证该组合 服务能正确按照用户目标成功执行，对服务组合进行验证是至关重要的。以上三 步是在w e b 服务组合建立的时候所讨论的问题。而当w e b 服务运行之后还要进 行监控，保证服务组合稳定可靠地运行，以及安全和事务管理，保证w e b 服务跨 越众多企业边界时，对各资源和事务进行安全有效地管理。 在不特别指明的情况下，本文所讨论的w e b 服务组合都指的是狭义的范畴。 西南大学硕士学位论文第二章w e b 服务组合与w s c d l 的基础知识 组 合 ， 还 行 时 组 厶 口 建 立 时 图2 3w e b 服务组台研究框架 当前，许多w 曲服务组合方法见诸于国内外学术期刊和会议论文集上。根据 不同的分类标准，国内外学者提出了多种分类方法并且进行了综述【2 8 】【2 9 】【3 0 】 3 1 】。 典型地，按照w e b 服务组合的动态性程度，可以分成静态w 曲服务组合方 法和动态w e b 服务组合方法。其中静态w e b 服务组合是在组合模型建立阶段， 为每一个业务流程选取某一具体的服务，在服务组合执行阶段，执行引擎根据与 业务绑定的具体服务进行参数传递和服务调用：而动态服务组合则在建模阶段只 为业务选定服务模板，并不进行具体的服务绑定，形成服务组合的抽象流程定义， 在执行阶段，再进行具体服务与服务模板的匹配，然后才调用该服务，具有很大。 程度上的灵活性。 根据w e b 服务组合解决的用户需求种类的不同，可以分成基于业务流程驱动 的组合方法和基于即时任务求解的组合方法。其中基于业务流程驱动的组合的目 标是实现流程的自动化处理，它是工作流技术和w 曲服务技术相结合的产物，形 成一个流程式的组合服务；而基于即时任务求解的组合的目标是解决用户提交的 即时任务，根据完成该任务的需要，即时从服务库中自动选取若干服务进行自动 组装而形成的，一般不受业务流程逻辑的约束。 根据w e b 服务组合的控制方式，可以分成服务编$ 1 ( o r c h e s t r a t i o n ) 和服务编排 ( c h o r e o g r a p h y ) t 3 2 】 3 3 j 。本文将在下节做详细介绍。 2 5 编排和w s - c d l 2 5 1 编制与编排 w e b 服务编制( o r c h e s n a t i o n ) 和w 曲服务编排( c h o r e o g r a p h y ) 是关于w 曲服务 组合的两种观点，体现了两种截然不同的控制方式。前者是使用一个中心流程来 西南大学硕士学位论文第二章w e b 服务组合与w s c d l 的基础知识 协调涉及到的w e b 服务操作。这个中心流程了解编制的总体目标、涉及的操作 以及操作的调用顺序。这种集中化管理使w e b 服务能够在不了解彼此影响的情 况下进行添加和删除，还允许在出现错误和异常的情况下进行补偿。而后者并不 依赖于中心流程来总控和协调，而是每个设计器中的w e b 服务都知道合适执行自 己的操作、与谁交互。因此这种方法的核心在于消息的交换，所有参与者都需要 知道业务流程、要执行的操作和要交互的消息以及交换消息的时机。 由于这两种控制方式的不同，导致了这两种方法所基于的视角全然不同。编 制是站在局部的视角，即从一个参与方的角度来定义该w e b 服务如何与其他参与 方的服务交互，该参与方对于其他参与方的执行过程和整个组合的过程一无所知； 编排则是以一种全局的视角描述一些参与方的点对点协作口2 pc o l l a b o r a t i o n s ) ，每 个参与方都很清楚地了解整个组合的过程。 在越来越繁复的w 曲应用中，宿主环境的支持平台或编程模型各不相同，在 此之上往往会涉及到不同组织或独立过程的一些业务和活动，进而要求为达到某 种共同的业务目标而合作。为使合作的工作成功，必须制定交互的所有参与方之 间的活动规则，通俗地讲，即制定合约阱】。编排所描述的就是这份合约，包括： 一个有关信息交换的公共顺序性条件和约束的“全局 定义，从全局观点对所有 参与方的公共的和互补的可观察行为所进行的描述。每一参与方可以用这一全局 定义构造和测试与之相符的解决方案，该全局规范转而由这样得到的局部系统的 组合，在适当的基础设施的支持下实现。 目前，关于编制的规范是业务流程执行语言( b u s i n e s sp r o c e s se x e c u t i o n l a n g u a g e ，b p e l ) ，关于编排的规范是w e b 服务编排描述语言( w e bs e r v i c e c h o r e o g r a p h yd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，w s c d l ) 随着企业应用越来越庞大和繁杂，在建立w e b 服务组合的应用时仅仅以局部 的视角来进行系统分析和设计难免出现纰漏和不足。w s c d l 所描述的组合方式 与传统的方式( c s p 、c c s 或b p e l 、w s f l 、b p m l ) 有本质不同，它是站在更高 的视角来看问题，统筹全局，将会更适应复杂的系统分析设计。用w s c d l 描述 w e b 服务组合的另一目的是，通常法人实体不愿意把对自己业务过程的控制委托 给它们的集成合作方，编排的思想提供了一种途径，可以通过它以合作方式共同 定义出一套清晰的参与规则，而后可以由各实体去实现根据公共全局观点确定的 编排中自己的那一部分。因此，w s c d l 的典型应用是【l 】：各个公司希望基于应 用而集成它们的w e b 服务，在系统分析阶段，各自的业务分析师就合作中涉及的 服务、交互、公共顺序以及约束规则达成共识，并用w s c d l 描述，通俗地讲就 是“一纸合约。但是w s c d l 仅仅是一对声明性的语言，没有可理解的形式化 基础，没有将元模型和语法分副5 1 。另外，b p e l 规范从制定之初就考虑了可执行 西南大学硕十学位论文 第二章w e b 服务组合与w s - c d l 的基础知识 性问题，因为b p e l 是一种各个参与方局部的规范，所以b p e l 是一种天然的可 执行的规范；w s c d l 仅仅是一种说明性的规范，没有具体可执行的过程。因此， 将w s c d l 模型化，在其上建立推导规则，探讨编排的执行过程，保证执行的编 排能够符合w s c d l 描述等一系列工作成为了现在研究的热点。本文第三章和第 四章将在已有的模型上加入卫士条件和循环条件，建立自己的模型，并给出执行 过程的严格定义。 2 。5 2 w s - c d l 概述 w s - c d l 是w 3 c 制定的关于编排的协议，最新版本是2 0 0 5 年1 1 月作为w 3 c 候选建议书发布的。w s c d l 是一种基于x m l 的语言，从全局的角度描述各个 参与方的可见的公共或互补行为，通过具有特定顺序的消息交换完成某一公共的 业务目标。 w s c d l 规范所描述的编排的元素和结构【5 】可以用图2 4 表示。 p a c k a g e n a m e a u t h o r v e r s i o n i m p o r t i n f o r m a t i o nt y p e s t o k e n s t o k e nl o c 龇。巧 r o l e s - b e h a v i o r r e l a t i o n s h i p s p a r t i c i p a n t s c h a n n e l s c h o r e o g r a p h y n a m e r o o t c o m p l e t e e x c e p t i o n a e t i v i t v w o r k u n i t f i n a l i z e r - a c t i v i t y w o r k u n i t r e l a t i o n s h i p a c t i v i t y a c t i v i t y a c t i v时 a c t i v i t ya c t i v i t y a c t i v i t y a c t i v i t y a c t i v i t y s e q u e n c e 尸a r a 抬jc h o i c ew o r k u n i t n t e r a c t i o n a s s i g n n o a c t i o n a c t i v i t v a c t i v i t vn a m e n a m e s o u r c e 肋r l m n i t g u a r d e x c h a n g et a r g e t s i l e