（计算机软件与理论专业论文）web服务环境下资源访问的协调机制研究.pdf

摘 要 摘要 w e b 服务组合已成为构建跨企业应用的重要途径我们的“先进制造网格应用平台” ( a d v a n c e dm a n u f a c t u r eg r i d ) 课题提出的基于业务策略的制造业动态虚拟联盟的应 用集成方法，就是在统一语义环境的支撑下，通过动态组合业务伙伴的服务来构建并执 行业务流程，以应对动态的业务需求。出于业务流程从生成、绑定具体资源到最终运行 需要跨越较长的时间段，定义时确定的资源到运行时可能已经不可用了。此外，还可能 存在多个业务流程并发访问同一资源的情况，当产生对资源的并发访问冲突时将导致资 源状态的不一致，从而使应用无法正常运行。 传统的并发控制方法并不完全适应w e b 服务环境下松耦合应用集成的特点，主要表 现在：资源是自治的，无法对来自不同提供者的资源进行集中控制；业务流程的复杂性 使流程的执行跨越较长的时间，一方面资源提供者可能不愿意长时间地锁定资源，另一 方面运用加锁等串行化方法将导致并发度大为降低，严重影响利用效率。 针对这些问题，本文提出了一个适用于a m o r i d 环境的轻量级的协调机制，在提供 较高并发度的同时，保障资源状念的一致性。其创新点体现在： 提出了一种w e b 服务环境下的资源预定协议，在应用与资源提供者间就资源利 用情况进行协调，通过统筹考虑资源的需求情况，使资源提供者能够为应用提 供一致性的资源状态；通过及时交还资源状态的改变，降低应用运行异常的可 能性。资源所有者在对多个应用的资源访问进行协调的同时，保持对其所有资 源的控制权。 对具有统一语义支撑的企业动态联盟中的协调要素进行了分析考虑了w e b 服 务协调框架( w s - c o o r d i n a t i o n ) 中提出的通用协调机制在a m g r i d 中的应用； 资源预定协议作为一种可插拔的协调类型与该框架结合使用，以保证应用运行 中的资源状态一致性。 本文还讨论了上述成果在a m g r i d 中的具体实现，并给出了评价。 关键词：w e b 服务，协调机制，并发控制，一致性 a b s t r a c t c o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mf o rr e s o u r c ea c c e s sw i t h i ns e r v i c e o r i e n t e da p p l i c a t i o n s g o n gy a h f a n g ( s o l , w a r e ) d i r e c t e db yh a r ty a n b o w e bs e r v i c e s c o m p o s i t i o n h a sb e c o m ea n i m p o r t a n tw a yf o rc o n s t r u c t i n g c r o s s - e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n s f a c i n gs p o n t a n e o u sb u s i n e s sr e q u i r e m e n t s ，t h ea m g r i d p r o j e c tb r i n g sf o r w a r dt h eb u s i n e s sc o l l e c t i v et e c h n o l o g yt os u p p o r ts e m a n t i cs h a r i n g ，a n da l l e v e n t - d r i v e na p p r o a c ht od y n a m i ca l l i a n c ec r e a t i o nw h i c hi n t e g r a t e ss e r v i c e sf r o md i f f e r e n t p a r t i e st of o r mb u s i n e s sp r o c e s s e s b u tt h eb u s i n e s sp r o c e s s e sm a y b el o n gi nd u r a t i o n , a n d t w oo rm o r ep r o c e s si n s t a n c e se x e c u t i n gi np a r a l l e lm a ya t t e m p tt oo p e r a t eo nt h es a m e r e s o u r c e c a u s i n gi n c o n s i s t e n c i e sa n dr e s u l t i n gi nt h a tt h ep r o c e s s e sc a n tr u na se x p e c t e d t r a d i t i o n a lc o n c u r r e n c yc o n t r o lm e t h o d sc a l l tb ew e l la p p l i e dt or e s o l v et h e s ep r o b l e m s i nal o o s e l y c o u p l e de n v i r o n m e n t t h ea p p l i c a t i o nc o n s t r u c t o rh a sn oc e n t r a lc o n t r o lo n r e s o u r c e s p r o v i d e d b y a u t o n o m o u sb u s i n e s se n t i t i e s s i n c et h eb u s i n e s s p r o c e s s i s l o n g - r u n n i n g ，t h ep r o v i d e r sm a yn o tb ew i l l i n gt ol o c kr e s o u r c e se x c l u s i v e l yf o rs u c hl o n g p e r i o d ，a n ds e r i a l i z a t i o nb yl o c k i n gr e s o u r c ew i l lr a i s es e r i o u ss c a l a b i l i t yi s s u e s 1 1 l et h e s i sp r o p o s e sal i g h t - w e i g h tc o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mf o ra m g r i d w h i c hi n s u r e s t h ec o n s i s t e n c i e so fr e s o u r c es t a t u sw h i l en o tb r i n g i n gd o w nt h ec o n c u r r e n c yr a t e n em a j o r c o n t r i b u t i o n so f t h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： 3 tp r o p o s e sac o o r d i n a t i o np r o t o c 0 1 w h i c hm a n a g e st h em e s s a g ee x c h a n g i n ga b o u t r e s o u r c eo p e r a t i o nb e t w e e nc l i e n ta p p l i c a t i o na n dr e s o u r c eo w n e r s 二j 1 dp r o v i d e st h e a p p l i c a t i o n sw i t hc o n s i s t e n tr e s o u r c es t a t u s t h er e s o u r c ep r o v i d e r sc a nr e t a i n c o n t r o lo f t h e i rr e s o u r c e sw h i l et a k i n gp a r ti nm u l t i p l ec o o r d i n a t i o ni n s t a n c e s i ta n a l y z e st h ew s - c o o r d i n a t i o ns p e c i f i c a t i o na n dt r i e st ou s ei ti na m g r i dt o a c h i e v ea g r e e m e n tb e t w e e nt h es e r v i c e st h a tc o m p o s i n gt h ep r o c e s s e sa n dm a k e t h e me x e c u t ea saw h o l e n ep r o t o c o lm e n t i o n e da b o v ec a nb ep l u g g e di n t ot h e c o o r d i n a t i o nf r a m e w o r k 船ac o o r d i n a t i o nt y p et os i m p l i f yi t si m p l e m e n t a t i o n 1 1 1 i st h e s i sa l s od i s c u s s e st h ei m p l e m e n t a t i o ni s s u eo ft h ec o o r d i n a t i o nm e c h a n i s mi n t a m g r i da n dm a k e sa ne v a l u a t i o no f i t k e y w o r d s ：w e bs e r v i c e s c o o r d i n a t i o nm e c h a n i s m c o n c u r r e n c yc o n t r o l c o n s i s t e n c y i i 陶目录 图1 1a m g r i d 设计理念示意图 图i - 2a m g r i d 平台参考体系结构 图i - 3 业务镱略的描述 图目录 4 图l - 4 应用动态联盟的生成过程 图l - 5 业务策略举例 5 7 8 1 6 图1 6 并发冲突场景一 图2 1 支持协调协议的基础设施 图2 2 服务使用的生命周期及相天异常处理类型 图3 - 1 并发冲突场景二 图3 2 与资源状态相关的操作 图3 - 3 动态联盟运行的时序关系 图3 - 4 传统数据库应用中的并发控制一 图3 5 预定协议状态图 图3 - 6 协议细节 1 7 2 1 。2 9 图4 - 1p r o t o c o lh a n d l e r 获得地自r 和角色信息 图4 - 2 协调过稃消息序列 图4 - 3 协调协议实现时需要考虑的各种天系 图4 4 资源预定协议的实现结构 图5 - 1 新的业务策略描述 图5 2 加入协调过稃后的并发运行场景 3 l 声明 我声明本论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 作者签名：婆舫日期：加疗乒7 论文版权使用授权书 本人授权中国科学院计算技术研究所可以保留并向国家有关部 门或机构送交本论文的复印件和电子文档，允许本论文被查阅和借 阅，可以将本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、汇编本论文。 ( 保密论文在解密后适用本授权书。) 储鹕壤擎翩鹕哮鼽醐功小7 筇i 驻u 】题的提出 1 1 企业动态联盟与网格技术 第1 章问题的提出 以信息技术为代表的技术进步促使了市场的全球化，使现代企业呈现集团化、多元 化和动态联盟的发展趋势：企业跨越不同的地域，产品涉及多个领域一方面，这些企 业需要及时了解各地分公司的生产经营状况，同一企业不同部门、不同地区的员工之间 也需要及时共享大量企业信息，另一方面，为了快速响应多变的市场和赢得竞争优势 企业不能仅仅依靠自身的有限资源，而必须在全球范围内实现企业间的动态联盟和虚拟 制造，实现综合资源动态优化配置，利用全球化生产体系或企业群迅速开发出新产品， 响应市场，赢得竞争。 虚拟企业、动念联盟等新兴企业生产经营模式出现后，越来越强调企业内与企业问 灵活、高效的资源整合，要求企业捕捉转瞬即逝的市场机遇，按需动态选择合作伙伴， 协同应变，做出即时响应。然而，在当前的企业计算以及动态电子商务的环境中，企业 内部及其他企业之间要么存在着信息孤岛，要么依赖于紧耦合的方式实现应用集成，难 以支持动态开放环境下的共享与协同。 网格技术直接面对虚拟组织上的资源共享与一致性等问题i l 】，同制造业动态联盟的 需求相契合。在网格技术发展历程中，网格研究继承并发展了众多资源共享与协同方面 的技术成果，并不断实现了与面向服务架构( s o a ：s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 1 2 1 思 想的融合。为解决分白集成问题提供支撑。在这些研究的基础上紧耦合的企业集成已 经可以实现，“下一步则是虚拟企业中的成员动态选择合作伙伴的问题”唧，通过对构造 动态联盟时选择合作伙伴存在的挑战进行分析，可以发现联盟成员的选取以及整个动态 联盟相对于需求环境变化的快速反应能力已成为动态联盟运作的核心问题f 4 】。 1 2 先进制造网格应用平台a m g r i d 介绍 先进制造网格应用平台( i a m 6 r i d ) 足北京市科委支持的网格应用项目，其主要目标是 以北京网络化制造工程为背景，应用网格技术促进网络化制造中资源的共享与协同f 5 1 。 该课题提出了一种基于业务策略的制造业动念虚拟联盟的应用集成方法，它以“业务共 同体”技术束提供动态、跨组织边界的资源整合的支撑环境，解决虚拟组织这类由个体 成员、组织机构和资源组成的动态联合体所面临的灵活的资源共享和基于各类资源的协 中f q l 7 院硕十论史一w t - h 服务环境 资游访的协调机制研究 同工作问题；在此艇础上，根掘业务事件需求，基丁：预定义的业务策略进行计算，跨组 织、动态地选择服务及关联资源，构造应用动态联盟，实现丌放环境下的动念共享和应 用协同 1 2 1 设计理念与核心技术 制造资源的动态资源共享和协同环境需要一个共享的语义支撑以及开放的体系结 构，同时支持面向业务用户的应用动态联盟构造方法和工具a m g f i d 的设计理念如图 1 1 所示，包括两个部分：支持语义共享与资源虚拟化的业务共同体和基于策略、事件 驱动的应用动态联盟。 1 2 1 1 支持语义共享与资源虚拟化的业务共同体 业务共同体( b u s i n e s sc o l l e c t i v e ) 是一种面向业务的标准描述体系，它采用基于本 体的技术描述企业资源，并进行资源的注册、管理及呈现。业务共同体为支持分布式应 用在业务层面的信息共享和互操作，实现面向业务用户的应用构建模式，提供了一个具 有丰满语义信息的、丌放的服务基础设施环境，为统一语义和多用户协同环境提供支撑。 企业计算和电子商务环境中存在大量的“软”资源( 业务应用，业务数据库，组织结构 与权限管理数掘信息等) ，业务共同体( b u s i n e s sc o l l e c t i v e ) 就是为了促进这些“软” 资源在业务层面上的汇聚。 1 2 1 2 基于策略、事件驱动的应用动态联盟 动态联盟是指两个以上的独立实体为达到某一个目标，将分布在不同地域的人力、 资源整合在一起的一种丌放式组织结构，随着市场机遇的柬临和消失而动念地建立和解 体a m o r i d 中的企业动态联盟包括本企业任务、本企业组织结构、联盟企业任务、联 盟成员以及所有相关产品信息。 基于策略、事件驱动的应用动念联盟的构造过程为：结盟之前，分前】在i n t e r n e t 网 络上的供应商、分销商，制造商以及物流公司，可以注册到业务共同体中，由企业、执 行者和产品等构成业务资源集合，作为独立的行为主体松散存在于业务共同体中，每个 成员可以动态的加入和退出，其组织形式是无边界的：一旦业务事件触发，事件引擎启 动盟主( 应用动态联盟的发起者) 策略分析器，进行业务策略计算，求解相应的企业经 营过程，匹配具体服务；同时从业务共同体中选取合作伙伴，获取业务资源，生成有边 界的应用动态联盟。一旦联盟内的成员和盟主企业达成协议，即可形成业务流程。在流 第l 蕈问题的提出 程执行过程中，盟主企业通过定义的规则，动态选取联盟中的成员，共同协作完成流程 上的每项任务任务全部完成后，流程执行结束，应用动态联盟随之解散 1 2 2 体系结构 务 抖 ；岍 ! 1 _ 一 廿务雄略- 。_ ir n j ! ，一 _ l h 算 脯勰 弋哥嗡9 础 具体服务 一一t ：t ( 1 l 生盛 廿务瓷潭子颦 ：一 ( 睁甩动态联盟) 粉畿二謦一耋多( 廿务共同体) j 正_ l k 寅囊秀“二：罗 垒 执行卉产量 计珊 _ 供窟商 - n t 一，：? ：i ： “ 由钶矗公司 图i - la m g r i d 设计理念示意图 动基 的于 应策 用略 动 卷事 联件 置驱 虚支 拟持 化t 吾 的义 业共 备享 共与 蚓资 体掉 基于a m g d d 的设计理念，提出了面向网络化制造的网格应用平台参考体系结构( 参 见图l - 2 ) ，以期达到如下目标： 基于业务规范实现资源虚拟化，提供面向网格用户的资源透明的访问方式 开放体系机构，支持企业动态加入和退出 e 事件驱动的主动应用动态联盟，根掘需求获取服务与资源 支持面向服务的应用协同 a m c , - r i d 由业务共同体、业务策略的描述与管理和事件驱动的应用动态联盟构造协 同环境三部分组成。业务共同体是a m g r i d 的底层支撑，通过对网页、异构数据库、遗 留系统等企业资源的服务化，使资源虚拟接入：业务策略通过业务端编程语言描述；而 基于事件驱动的应用动态联盟提供了跨组织边界的应用系统协同工作环境。 中国 7 院硕十论丈一一_ r b 服务环蝇 资源访f u 】的协调机制研究 忑耻! s i 翦k 竺竺一 兰! 王 e 互匦 旺固 俐 圆圆y 列i 厂f 酮l ： 、l ! 堡i l 一 1 2 2 1 业务共同体 注射 接入个 费算履务化 i 一百一百一b - g - - - 一j ih 彘 均嚣糕片越斜系境 ! 图i - 2a l _ o g r i d 平台参考体系结构 业务共同体是一个虚拟化的资源集合，由一系列的应用标准、行业规范和协议以及 遵循这些标准规范进行资源注册的企业组成。把一系列的标准、规范、协议称作业务规 范，进行资源注册的每个企业称为一个业务单元( b u s i n e s su n i t ) 。业务共同体提供了一 种业务级抽象的虚拟化资源组织方式，提供匹配构件，支持业务用户透明使用资源。 业务规范是通过构建业务本体，对企业经营过程中的规范进行描述、定义和管理， 基于企业组织本体、企业行为本体、企业产品本体建立企业标准、服务标准和产品标准。 业务本体描述了企业资源的基本概念、属性及相互的关系，包括概念的基本信息、概念 之间的继承关系和概念的组成要素，构成统一语义描述体系。 业务单元是基f 业务规范动念建立的企业信息资源虚拟化的基本单位，作为承载企 业信息的逻辑单元，包括企业的基本信息、组织结构信息、产品信息、服务信息以及企 业资源开放级别。其中，企业资源丌放级别包括私有( p r i v a t e ) ，公用( p u b l i c ) ，友元 ( f r i e n d ( b u ，r i g h t ) ) 三种类型，r i g h t 包括查看和调用两种。 1 2 2 2业务策略的描述与管理 业务策略是用来描述特定企业为应对需求而整合、调度企业内部和企业外部资源的 策略，包括一个处理的过程以及相应的规则。它以任务、逻辑关系为基本元素，同时又 包含约束信息 业务策略采用业务端编程语占v 1 n c a 进行描述。v i n c a 是一种面向业务人员的可 早 餐略建模th一一企业奠蓖臂意工卫 第l 章问题的提u 5 视化服务组合语言“，它包括以下几个组成部分：业务服务、业务过程、交互规范和约 束，见图1 3 c a ) 非计算机专业人员可以通过a m g r i d 提供的可视化配置环境以搭积木 的形式将业务共同体提供的抽象化的服务组织起来，以流程的方式描述企业策略过程， 并通过在业务流程中施加一定的规则描述具体资源的选择，见图l 一3 ( b ) 南嗡糕 r 固运作单处理 d 鬼弭估叠曩结果 生产撕产晶 i ，圈订簟烂 9 - 0 毛是醒采购 l ! 要釉 io - 圜釉强务 ! d 豳原材科入窜 ，l 翌原材料出库 。d 国生产服务 o - 圆废品入库 争专出库 ( a ) 业务策略的组成元素 ( b ) 业务策略 幽1 3 业务策略的描述 。a m g r i d 为用户提供了一个“所见即所得”的可视化策略建模环境，支持业务用户 以“托拽”方式描述业务需求，构建企业的业务策略的方法：在该环境中，同时可以建 立业务策略与事件之间的关联关系。当该事件发生时，通过事件的触发( 如订单生产计 划，采购计划等) 的触发，启动业务策略计算，形成业务流程，为生成应用动态联盟做准 备 1 2 2 3 基于事件驱动的应用动态联盟生成 应用动态联盟是由某些事件动态驱动生成的，该过程主要包括五个阶段：业务事件 的捕获、业务策略计算、动态联盟生成、运行以及解体，见图l - 4 。 业务策略计算是根掘特定的事件，通过业务共同体操作原语对业务策略进行计算， 计算结果为可以应对给定事件的业务服务集合及实际流程具体步骤包括：首先从业 务事件中提取有用的信息；然后调用业务策略中的计算部件进行查询；对计算部件 的计算结果进行评估决策，生成一个宏观的企业经营过程；对宏观的业务过程进行求 精计算，搜索跨越组织边界的业务部件，形成最终的跨组织业务过程。 在上述跨组织经营过程的基础上，应用动态联盟构造工具将在业务共同体的业务视 图和资源匹配构件，计算出相关的具体服务提供者服务的执行者以及其它资源信息( 如 产品、联盟任务、企业任务、联盟成员等) ，形成应用动态联盟包括以下步骤：获 取企业任务序列；获取联盟成员及其组织结构：在业务共同体中搜索相关产品信息， 中田 7 院硕+ 论文一_ b 掰i 务环境p 资掠访f u 】的协调机制研究 形成应用动态联盟的目标产品；以联盟盟主为核心，将联盟任务进行划分 图l - 4 应i 】动态联盟的生成过程 在a m g f i d 中有两个运行引擎： 动态联盟生成引擎：它根据当前业务事件，通过业务策略分析产生企业动态联 盟，即业务策略解析、基丁：业务共同体的企业事件分析和计算； 服务组合协同引擎：它提供一种业务端配置描述向动态服务组合模型映射的机 制，包括动态工作流引擎、实时监控工具、异常处理机制等。 在a m g f i d 参考体系结构中，企业参照业务规范注册本企业的注册信息，并对本企 业的业务策略进行设计和描述，当某一个业务事件出现，动态联盟生成引擎就根掘业务 策略以及业务单元信息进行分析和计算，尘成与该实际业务事件相关的动态联盟，服务 组合协同引擎最后负责联盟的运转和监控。 1 3a m g r i d 中的资源并发与协调问题 a m g r i d 提出了一种基于业务策略的制造业动态虚拟联盟的应用集成方法。应用动 态联盟作为动态联盟的数字化实现，它由基于w e b 的服务( w e bs e r v i c e s ，g r i ds e r v i c e s 等) 、服务的执行者、其它资源( 如产品等) 组成 生成的动态联盟的主体是一个组合服务流程，当有多个联盟实例存在时，每一个实 例都能动态的改变资源状态，这样某个实例运行时由于资源状态与生成时不同，预先生 6 筇i 氍f u 】题的提出 成的流程可能不能正常地执行下去 1 3 1 场景实例 如某个笔记本厂商的处理订单的业务策略可能如图l - 5 所示： 图1 5 业务策略举例 在该业务策略中，要应对的业务事件就是订单下达，它是由业务人员对订单的审核 通过而触发的。事件触发将启动业务策略计算过程，生成应用动态联盟。业务人员可以 通过运行应用动态联盟启动供应链上的一个协作过程。该业务策略反映了该企业的业务 逻辑：首先比较订单中订购的产品数量与库存的产品数量，如果库存足够，则生成的业 务流程就比较简单( 直接调用成品出库服务) ；如果库存不够，则生成一个比较复杂的 业务流程( 对于不够的部分，先通过调用生产流程生产出相应数量的产品，将这部分产 品入库，再执行出库服务；其中生产流程也是根据业务策略计算出来的，由一系列的服 务构成) 。 j 当有两个订单相继下达时，实际运行场景可能如图图i - 6 所示： 中阳 7 院硕十论文一w t 七服务王f 境 资碌讪 4 的协调机制研究 图l 巧，f ：发冲突场景一 在某笔记本厂商实际库存是1 0 0 台的情况下，客户a 要购买8 0 台，网格平台发现 库存足够，为该客户生成的处理流程是 直接出库( 8 0 台) ；同时客户b 要购买4 0 台， 网格平台此时看到的库存量仍然足1 0 0 台，为该客户生成的处理流程也是 直接出库( 4 0 台) 。但是，当流程a 运行后，库存量只有2 0 台，为客户b 生成的流程就不适应其订 单要求了。 1 3 2 资源状态不一致 业务资源的状态，特别是数量的多少对业务流程的运行至关重要，如上例，由于业 务流程生成时与运行时的资源数量不一致，就导致流程运行时无法得到预期数量的资源 而出现异常。资源状态不一致的原因有很多种，有系统级别的。( 如网络故障) ，也有业 务级别的，就a m g r i d 而言，具体就是： 首先，基于策略、事件驱动的应用动念联盟的构造模式，使得业务流程的定义 到运行有时问差，在这段时间内资源的状念会发生改变； 在业务流程定义到运行的时间差内，会有新的业务事件到来，而业务策略依据 的资源状态并没有反映其他业务流程将来对资源的需求，如上例中，虽然订单 b 对应的业务流程生成时库存量是1 0 0 台，但是运行时由于订单a 对应的业务 流程对该资源也有一定数量的需求，随着a 业务流程的运行，资源所有者满足 这部分需求后，资源数量也减少了，订单b 运行时也就因为不能满足流程定义 时相应数量的需求而不能按照预期运行下去。 8 第l 蘑f u j 题的提出 不仅在业务事件产生时会产生对资源的需求，在业务流程运行过程中，并发执 行的多个流程对资源的操作也会导致不一致的状态 本文主要考虑业务级别的原因导致的资源状态的不一致，这就需要就多个流程对资 源的并发访问进行协调但是，传统的并发控制方法并不完全适应w e b 服务环境下松耦 合应用集成的特点，主要表现在： 资源是自治的，无法对来自不同提供者的资源进行集中控制：只有资源提供者 对其所有的资源拥有完全的控制权，它决定将哪些对资源的操作封装成服务对 外部开放，外部应用只有通过调用这些服务来访问资源 业务流程的复杂性使流程的执行跨越较长的时间，一方面资源提供者可能不愿 意长时间地锁定资源，另一方面运用加锁等串行化方法将导致并发度大为降低， 严重影响利用效率。 1 4 本文的主要工作和内容安排 针对上述情况，本文提出了一种w e b 服务环境下的资源访问的协调机制，在该机 制下，一个应用在其整个生命周期内，对资源的操作情况将被监控，即应用流程与资源 提供者间关于资源的交互将依据一定的规则进行，以此来保证应用流程能够访问到预期 的资源。应用流程与资源提供者问的交互规则被定义为“资源预定协议”，它在a m g r i d 中的实现就是本文所说的“协调机制”。 这里对本文涉及的两个概念进行说明： 并发控制：当多个应用对同一个资源进行访问时，就需要对这些并发的操作进 “ 行一定的规范，以消除相互之间影响可能导致的不一致状态，它体现为一定的 策略。 协调：通常所说的协调指的是一个c o o r d i n a t o r 的角色在一组p a r t i c i p a n t 分发消 息以保证所有的p a r t i c i p a n t 能获得特定的消息，使各个p a r t i c i p a n t 就输出达成 一致1 7 1 。也就是说，一个活动有多个参与方，c o o r d i n a t o r 在这些参与者日j 收集 并分发信息，使他们能够一致的行动但是。应用中两个实体可能需要交互多 次，以一定的顺序互相调用对方的操作，它们之间这一系列的操作调用称为会 话( c o n v e r s a t i o n ) ，而将可接受的、正确的会话集称为协调协议( c o o r d i n a t i o n p r o t o c 0 1 ) 【引。本文所说的协调指的是这种主要涉及两个参与者的会话中的协调。 本文接下来的内容安排是这样的：第二章将通过介绍与w e b 服务相关的技术来展 现面向w e b 服务的应用环境的特点，重点分析这些技术在如何保障应用正常运行方面 9 中国科予院硕+ 论文乩服务环境p 资源访问的协调机制研究 的考虑；第三章具体分析了并发冲突的原因和可能的解决方法，对协调机制的原理即“资 源预定协议”进行了重点论述：第四章分析了资源预定协议在实现层面对协调过程参与 方的要求，对其在a m g r i d 中的实现设计进行了介绍；第五章评价了本文工作的效果； 最后是总结与展望 第2 相戈技术介智 与比较 第2 章相关技术介绍与分析 并发控制并不是一个新的问题，但w e b 服务环境给传统并发控制技术的运用带来 了许多挑战。同时，可以从不同层面来考虑对并发冲突的处理本章将通过介绍与w e b 服务相关的技术来展现面向w e b 服务的应用环境的特点，重点分析这些技术在如何保 障应用正常运行方面的考虑另外，对已有的一些并发控制技术也进行了介绍，分析了 它们在w e b 服务环境下的局限性 2 1 企业应用集成与动态联盟 计算机软件技术的发展和企业信息化程度的提高，使企业的应用和管理系统( 如 e r p ，p d m 、c r m ) 也越来越多。同时，不断增长的客户和商业伙伴对实时信息的期望 持续增加，为了满足这种期望的需要，企业被迫连接他们的那些异构的系统来增加产出、 提高效率以及，最终的，使顾客满意。为使一个组织内部i t 系统互相通信，导致了企 业应用集成( e a t ) 的发展e a i 通过建立底层结构，来联系横贯整个企业的异构系统、应 用、数据源等，以满足这些内部系统之间无缝地共享和交换数据的需要。 另一方面，全球制造的出现，要求突破不同企业间的组织边界，共享企业资源，协 同应对市场竞争中不确定变化。企业为谋求生存和发展，有效地提升企业核心竞争力， 一种以机会为基础的动态组织机构动态联盟应运而生动态联盟是充分利用现代信 息技术和网络环境，将分布在不同地域的人力、资源整合在一起的一种开放式的组织结 构，它随着市场机遇的来临和消失而动态地建立和解体，其组成成员间存在相互依赖、 信任与合作的关系。 无论是传统的企业应用集成，还是构建动态联盟，其目标都是通过提高已有系统的 利用率来降低成本、提高效率将企业各部门、各企业所有的资源作为一种服务来提供 是一种理想的解决方案，这使得基于数字化的动态联盟体现出集成、实时、动态、协同、 分布和标准的特点。 2 2w e b 服务 w e b 服务技术实现了一个与平台和语言无关的、松散耦合的系统集成环境随着 w e b 服务的研究和应用的深入，越来越多的企业将自己的业务能力包装成w e b 服务发 中国科学院硕+ 论文_ p b 服务环境f 资源讪问的协调机制研究 布对于企业而言，利用w e b 服务技术不仅可以发布自己的业务能力，而且可以动念 地发现潜在合作伙伴的能力合作的双方( 或多方) 通过w e b 服务，可以实现真正跨 平台的、即时的业务流程对接这对于动态联盟的实现尤为重要，一方面使联盟创建者 可以在一个广阔的范围( 静态的或动态的) 寻找合适的盟员：另一方面可使联盟通过 w e b 服务的合成，获得联盟成员间业务流程的快速集成1 9 2 2 1w e b 服务协议栈 w e b 服务致力于将传统的静态被动的w e b 变为一种更加主动的、协作性的面向服 务的体系结构( s o a ) i 2 1 。虽然目前还没有关于什么是w e b 服务的确切定义，人们通常 将“w 曲s e r v i c e s ”理解为通过在i n t e r n e t 或者i n t r a n e t 上使用标准的】( m l 协议和信 息格式来交互的商业应用服务使用标准的捌l 协议使得w e b 服务平台、语言和发布者 能够互相独立，这是e a i 解决方案的一个理想的候选者通过开放的i n t e r n e t 标准： w e b 服务描述语占( w s d l ，用于服务描述) ，统一描述、发现和集成规范( u d d i ，用于服务 的发布和集成) ，简单对象访问协议( s o a p ，用于服务调用) 和w e b 服务流语言( w s f l ，用 来定义工作流，这尚不是一个w 3 c 标准) ，w e b 服务消除了现存解决方案( 如c o r b a 和d c o m ) 中的互用性问题1 1 0 】。 ； 2 2 - 2 。w 曲服务组合 为了将w e b 服务用于复杂的业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ，有必要将w e b 服务组合 起来，以实现端到端( e n d t o - e n d ) 的业务流程。将多个服务联系起来形成实现特定业 务功能的工作流的能力被称作“w e bs e r v i c e so r c h e s t r a t i o n ”。编排( o r c h e s t r a t i o n ) 指定 服务间的逻辑关系和运行时的消息如何传递。服务组合框架相对较新，还没有得到真实 应用的验证目前提出的组合框架有三种： 1 d a m l - s t ”i 为w e b 服务提供者描述w 曲服务的属性和能力提供了一套计算机可 识别的服务能力标记语言。d a m l - s 标记将方便w e b 服务相关任务的自动化， 如服务定位、执行、互操作、组合以及监控等。d a m l - s 是以d a m l + o i l 为 基础的w e b 服务本体，它描述了服务的通用属性，这些属性可分为以下三个方 面：s e r v i c ep r o f i l e 描述了服务对应用的请求和相应信息，包括功能属性( 如输 入、输出、自u 提和结果) 以及非功能属性( 如服务名称、联系人信息，服务质 量等) ，这些信息为服务查找和匹配提供了支持；s e r v i c em o d e l 说明了服务是 如何运行处理的，例如工作流或者执行路径等，它从更深入的角度描述了服务 协同、监控过程；s e r v i c eg r o u n d i n g 描述了服务调用地址信息和服务响应消息 1 2 第2 相戈技术介绍与比较 格式 2 b p e i a w s l l 2 1 是在w s f l 和x l a n g 的基础上发展而来的一种流程建模语言 它允许将两个或多个w e b 服务组合成流程，这种流程可能是抽象的，也可以是 可执行的服务的描述仅以w s d l p o r t t y p e s 为基础，一个组合作为。p a r t n e r s ” 实现，p o r tl y p e s 实现组合内的“r o l e s ”，将r o l e s 绑定到服务可在运行时动态完 成w $ - c o o r d i n a t i o n t l 3 】和w s - a t o m i e t r a n s a e t i o n 1 4 1 、w s b u s i n e s s a c t i v i t y 1 5 】是 b p e l 4 w s 的补充规范w s - c o o r d i n a t i o n 指定如何为流程中的各参与方创建一 个共享的上下文w s t r a n s a c t i o n 用该上下文来在各个参与服务问就事务输出 达成一致 3 w s m f 为s e m a n t i cw e b w e bs e r v c i e s ( s w w s ) 提出了一个可执行框架。它主 要关注于为实现电子商务应用提供分布式的组件，以及对服务交互提供调解 调解指通过将某个服务产生的文件或者数据映射为其他服务可理解的形式而相 互联系起来并共同工作在w s m f 中支持这种调解的组件包括一个集中式的 c o o r d i n a t o r 和m a n a g e r 、存储领域和应用概念的本体服务器、以及管理工作流、 w e b 服务：本体和目标的a p i 。 ： ， 2 2 3w e b 服务协调 基本的w e b 服务基础设施对于实现简单的交互是足够的，这种简单的操作一个特 例就是客户端调用一个服务的单个操作是的交互。当一个活动涉及到一系列操作时，就 需要更高层次的工具来保障交互的正确性和一致性这与传统的中问件的演进没有什么 不同。r p c 支持客户端与服务器之间简单的、一次性调用这种交互；当将事务等保障措 施引入交互过程中，需要协议与基础设施的支持，如2 p c 和t pm o n i t o r 。对于w e b 服 务来说也是一样的，当我们不只是对服务进行简单的、独立的调用的时候，就需要新的 协议和基础设施 在实际的应用中，交互过程通常比简单的服务调用要复杂得多，它涉及到以特定的 顺序执行一系列的操作，这些操作可能来自于不同的w e b 服务比如，一个供货商服 务，客户端可以调用该服务来购买某些物品。作为购买过程的一部份，客户通常要确认 他们的身份、请求价格和送货时间的详细信息、根据这些信息下定单，最后付款所有 这些操作都是必要的，而且它们必须按照一定的顺序来执行 当需要按某种顺序来调用服务提供的多个操作时，从内部实现和外部交互接口都面 临着新的挑战从内部实现来看，客户端必须能够设计一个复杂的过程来按照合适的顺 序调用不同的操作，同时它必须能够维护上下文信息( 如购买订单号) ，以便将这些信 中国科学院硕十论文_ 曲服务环境f 资源访6 l 】的协调机制研究 息在各个操作f b j 传递。所以，客户端应用的内部逻辑足很复杂的这种逻辑虽然可以利 用传统的编程语言来建立，但一种更好的方法是利用服务组合( 通常以面向服务的工作 流的形式) ，这部分的相关工作已经在上面提到 从外部来看，客户与服务问的交互必须满足某种限制。服务可能只允许它的操作按 照指定的顺序来执行。如果不满足这种限制，服务就会因为不能处理消息而返回错误给 用户 我们将客户端与服务问的一系列的操作调用称为会话( c o n v c r s a t i o n ) ，将可接受的、 正确的会话集称为协调协议( c o o r d i n a t i o np r o t o c 0 1 ) 1 8 1 一个协调协议需要描述的内容 包括：会话中的每一个可能的状态、每一个状态在怎样的条件下向另一个状态转换一 个会话在任何时候只能处于一个状态。协议中要定义一定的角色、在不同的角色实体间 交换的消息，并指定消息交换应该以怎样的顺序进行 2 2 3 1 协调协议的分类 w 曲服务协调协议可以分为垂直的( v e r t i c a l ) 和水平的( h o r i z o n t a l ) 协议。垂直的 协议特定于业务领域，所以也被称为业务协议( b u s i n e s sp r o t o c o l s ) 。通常，它们详细地 描述如何进行具体的业务事务，涉及到哪些文件、这些文件的格式如何、语义如何，交 换与接收这些文件的操作是什么。这种协议的例子有x c b l 和r o s e t t a n e t ”】。 水平的协议( 也称为m i d d l e w a r e p r o t o c o l s ) 定义了独立于特定应用领域的通用基础 设施，其目的是在w e b 服务中日j 件层面为服务丌发者提供功能服务，如事务性、可靠 性和安全性，这与传统的中间件的目标是一致的但是，由于交互过程中各个服务来自 不同的提供者，其自治性和相互之问的信任缺乏对w e b 服务中间件提出了新的挑战， 已有的解决方法已经不能适用了。 垂直的协议和水平的协议通常结合使用，中间件平台通过实现水平协议柬保障垂直 协议的执行。 2 2 3 2 会话控制器 会话控制器( c o n v e r s a t i o nc o n t r o l l e r ) 可以在一定程度上支持会话自动按照协调协议 来运行，它提供两种功能：会话路出与协议验证 会话路由是指在一个服务同时有多个客户端调用时，必须将不同的客户端的调用区 分开。服务接收到客户端的消息时，要判断该消息属于哪个会话，因为每一个会话都有 其相应的状态，而消息的处理取决