（计算机应用技术专业论文）基于时态断言的迁移工作流实例安全研究.pdf

山东大学硕士毕业论文 摘要 迁移工作流是近年来工作流管理研究的一个新方向。基于移动计算范型的迁 移工作流管理系统包括工作流引擎、迁移实例和工作位置三个要素。工作流引擎 完成工作流过程定义、迁移实例生成和多迁移实例协调等工作；工作位置包括停 靠站服务器及其管理的工作机网络，是迁移实例的运行场所；迁移实例被定义为 任务的执行体，它由工作流引擎生成，可以在工作位置之间迁移，并通过工作位 置提供的本地资源和服务执行一项或多项任务，当它发现当前工作位置不能满足 其执行任务的要求时，可以迁移到另一个能满足其要求的工作位置上继续执行。 与过程调用相比，迁移实例具有更强的自治性。它很好地解决了网络通信的 瓶颈问题，增加了任务处理的并行程度，增强了系统的灵活性、可扩充性及容错 能力。迁移实例技术已成为计算机网络和分布式系统最具活力的发展方向之一， 但在复杂的网络环境下，对迁移实例的安全性提出了特殊要求。 本文在分析现有的保护迁移实例安全技术的基础上，利用时态逻辑可以处理 含有时间信息的事件的命题和谓词的特性，设计了基于l 1 l 、j a v a a n n o t a t i o n 的 安全检测机制。该机制属于事后检测，可辨别出针对迁移实例代码或状态的更改 行为，从而判断迁移实例是否遭受攻击。 该方案首先分析了迁移实例在迁移过程中可能遭受的各种安全威胁，如非法 窃听、篡改、伪造等，根据各种安全威胁的特点设计不同的安全断言，然后根据 迁移实例生命周期图分析迁移实例的运行特点，使用运行约束断言定义相应的约 束条件。当定义好需要验证的安全需求后，以 l t l 注释( 该注释说明了程序所 需验证的时态断言) 标记源程序并使用j - l o 工具进行验证。实验表明，该方案 可以有效检测迁移实例在运行过程中的安全状态，进一步完善了迁移实例的设 计，提高了迁移工作流管理系统的安全性。但是在实时检测迁移实例安全状态的 同时，不可避免的带来了系统性能的下降，因此迁移工作流管理系统如何在安全 性、性能和成本之间取得平衡是应用发展不可缺少的基础。 迁移工作流是一种比较新的技术，在大规模、分布式、跨平台的应用中迁移 实例有其独特的优势。但是由于目前迁移工作流技术尚未成熟，其管理、通信机 制、移动以及安全等诸多方面需要进一步研究。随着研究的不断深入，迁移工作 流管理系统的安全性问题也将得到逐步的解决。 山东大学硕士毕业论文 关键词：迁移工作流：迁移实例；时态断言；运行时检测 i l 山东大学硕士毕业论文 a b s t r a c t t h em i g r a t i n gw o r k f l o wi san e wd i r e c t i o nw i t h i nt h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ta r e & i nm i g r a t i n gw o r k f l o ws y s t e mt h a tb a s e do nt h em o b i l ec o m p u t i n g p a r a d i g m , t h e t h r e ee l e m e n t sa r em i g r a t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n te n g i n e 、m i g r a t i n gi n s t a n c ea n d w o r k s t a t i o n m a n a g e m e n te n g i n ei si nc h a r g eo ft h ed e f i n i t i o no fw o r l f f l o wp r o c e d u r e ， t h eg e n e r a t i o no fm i g r a t i n gi n s t a n c ea n dt h ec o o r d i n a t i o no f m i g r a t i n gi n s t a n c e s ； w o r k s t a t i o nw h i c hr e f e r st ot h ea n c h o r a g es e r v e ra n dw o r k i n g - m a c h i n en e t w o r ki st h e w o r k s p a c eo fm i g r a t i n gi n s t a n c e ；m i g r a t i n gi n s t a n c ei sd e f i n e da st h ee x e c u t o ro f t a s k s ，i ti sg e n e r a t e db ym a n a g e m e n te n g i n ea n dc a nm i g r a t ew i t h i nw o r k s t a t i o n s ， u s i n gt h el o c a lr e s o u r c e sa n ds e r v i c e sp r o v i d e db yw o r k s t a t i o ne x e c u t i n go n e o rm a n y t a s k s w h e n f m d sc u r r e n tw o r k s t a t i o nc a n ts a t i s f i e st h er e q u i r e m e n to fe x e c u t i n g t a s k ，m ic a nm i g r a t et oa n o t h e rw o r k s t a t i o nt h a tc a ns a t i s f i e si t sr e q u i r e m e n ta n d c o n t i n u ee x e c u u n g c o m p a r e dw i t ht h er p c ，m i g r a t i n gi n s t a n c eh a ss t r o n g e ra u t o n o m y i ts o l v e st h e p r o b l e mo fn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n sb o t t l e n e c k w e l l ，a d d t h e d e g r e e o f m u l t i t a s k i n gp a r a l l e lp r o c e e d i n g ，e n h a n c et h es y s t e m sf l e x i b i l i t y 、e x p a n d a b i l i t ya n d f a u l tt o l e r a n c e t h et e c h n o l o g yo fm ih a sb e c a m et h em o s ta c t i v ed i r e c t i o no f c o m p u t e r sn e t w o r ka n dd i s t r i b u t e ds y s t e m , b u tt h es e c u r i t yo fm i g r a t i n gi n s t a n c e h a st om e e ts p e c i a ld e m a n d su n d e rt h ec o m p l i c a t e de n v i r o n m e n to fn e t w o r k i nt h i sp a p e r , w ei n t r o d u c et h ep o t e n t i a ls a f e t yh a z a r d st h a tm if a c ef i r s t ，t h e n a f t e rw ea n a l y s i st h ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g yo fm i ，w ep u tf o r w a r da l lr u n t i m e v e r i f i c a t i o ns c h e m et h a tb a s e so nl t l 、j a v a a n n o t a t i o n ，t h i ss c h e m ec a r lc h e c kt h e s e c u r i t ys t a t eo fr u n n i n g sm ir e a l - t i m e t h i ss c h e m ea n a l y s i sa n yp o t e n t i a ls e c u r i t yh a z a r d si nt h em i sm i g r a t i o np r o c e s s f i r s t , f o re x a m p l ee a v e s d r o p p i n g 、t a m p e ro rf o r g e r ya n ds oo n ，a c c o r d i n gt ov a r i o u s s e c u r i t yt h r e a t sa n dc h a r a c t e r i s t i c sd e s i g nd i f f e r e n ts e c u r i t ya s s e r t i o n s ，t h e na c c o r d i n g t ot h em i sr u n n i n gs t a t ef i g u r ea n a l y s i st h ec o n s t r a i n t st h a tm ih a v et of o l l o w sw h e n i i i 山东大学硕士毕业论文 i tr u n n i n g ，u s i n go p e r a t i o n a lc o n s t r a i n ta s s e r t i o n sr e p r e s e n tt h ec o n s t r a i n t st h a tm i h a st of o l l o w sw h e ni tr u n n i n g a f t e rd e f i n i n gt h e s et e m p o r a la s s e r t i o n st h a th a v et o v e r i f y , w eu s e u la n n o t a t e ( t h e s ea n n o t a t i o n se x p r e s st h et e m p o r a la s s e r t i o n st h a t t h i sa p p l i c a t i o n sw i l lv e r i f y ) s o u r c ec o d e ，a n du s ej - l ot ov e r i f yt h e s ep r o p e r t i e s t h er e s u l to fe x p e r i m e n ts h o w st h a tt h i ss c h e m ec a l lc h e c kt h es e c u r i t ys t a t eo f r u n n i n g sm ie f f e c t ，c a l li m p r o v et h es e c u r i t yo fm i g r a t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e m b u tw h e nr e a l t i m ec h e c kt h es e c u r i t ys t a t eo fm i ，i tm a yi n e v i t a b l eo r u n a v o i d a b l eb r i n gd o w nt h es y t e m sp e r f o r m a n c e ，s oh o wt ob a l a n c et h es e c u r i t y 、 p e r f o r m a n c ea n dc o s ti st h ei n d i s p e n s a b l ef o u n d a t i o nf o rt h ed e v e l o p m e n to f m i g r a t i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m m i g r a t i n gw o r k f l o wi san e wt e c h n o l o g y , m i g r a t i n gi n s t a n c eh a ss p e c i a l a d v a n t a g ei nl a r g e - s c a l e ，d i s t r i b u t e d ，c r o s s p l a t f o r ma p p l i c a t i o n s h o w e v e r , d u et o t h ec u r r e n tt e c h n o l o g yh a sn o ty e tm a t u r e d , i t sm a n a g e m e n t 、c o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s m 、m i g r a t i o n 、s e c u r i t y ，a n dm a n yo t h e ra r e a sn e e df u r t h e rs t u d y a l o n gw i l t h ec o n t i n u o u sd e e p e n i n go fr e s e a r c h ，m i g r a t i o nw o r kf l o ws y s t e m ss e c u r i t yi s s u e s w i l lb eg r a d u a l l yr e s o l v e d k e y w o r d s ：m i g r a t i n gw o r k f l o w ；m i g r a t i n gi n s t a n c e ；t e m p o r a la s s e r t i o n s ； r u n t i m e 跆r i f i c a t i o n i v 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，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 包含任何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：臼：垂i 。超 日期：丝! 翌：尘： l ，使得m ，f 卜妒； m ，兀卜妒u i f f 存在某个i l ，使得m ，f 卜i ，并g x # 5 有舻1 ，2 ，i 一1 均有m ，7 c l 妒，或者对所有的知芝1 ，使得m ，7 c 露卜妒； 山东大学硕士毕业论文 m ，7 c 卜妒r i f f 存在某个i l ，使得m ，f 卜9 ，并且对所有0 e 1 护- 1 ，2 , - - i - l 均有m ，7 c 卜6 0 ，或者对所有的露l ，使得朋，矿卜6 0 。 表2 - 1 对线性时态逻辑的语法、语义进行总结。 表2 - 1 线性时态逻辑的语义 文本 符号说明图表 一元操作符： n e x t ：移在下一个时刻必须为真( 有 n 0o d + 一一一+ 一一- 一 痧 时也用x 符号) 。 g l o b a l l y ：在随后的整个路径上每 g a口d - - - - - - - - 1 一一一- - - - - - - 4 一一一一 多多妒 一个时刻谚都必须为真。 h n a l l y ：p 最终要为真( 在随后路 f a必 - - - - - 1 一一一- 1 一一一一 痧 径上的某个时刻) 。 二元操作符： u n t i l ：邙一直为真( 不包括谚首次 巾u 谚帕“矿 啼一一一- i , 啼一一一一 矽眵妒多 为真的那个时刻) 直到叠为真。 r e l e a s e ：邙r e l e a s e s 谚如果谚一直 _ 一一一一一一一 邙r 谚矽冗矿 为真直到在某一时刻邙首次为真 毋妒多，移 ( 或者该时刻永远不存在) 。 2 3 3 线性时态逻辑的应用 线性时态逻辑主要用于验证以下3 个性质 9 1 ： 安全性( s a f e t y ) - 某个危险事件永不发生，或某个条件永远满足。例如： g 一( a c k la a c k 2 ) ，表示a e k l 和a c k 2 互斥；g - - - , ( r e q 一( r e qu a c k ) ) ，表示请 求必须保持直到确认。 9 山东大学硕士毕业论文 活性( l i v e n e s s ) 某必须事件终将发生。例如：g ( r e q - - f a c k ) ，表示只 要有请求，则最终将会得到确认。 公平性( f a i m e s s ) 某事件必须无限经常的发生，或者说某事不能永远不 发生。例如：g fs e n d ( x ) - - - , g f r e c e i v e r ( x ) ，表示如果消息x 无限经常发送，则 被无限经常接收。 2 4 计算树逻辑 计算树逻辑( c o m p u t i n gt i m et r e e ，c t l ) 是一种分支时态逻辑。c t l 是针对 具有分支路径的状态迁移图( 即计算树) 定义的逻辑f 1 0 】，因此它的时态操作符表 示了有关分支路径的特性。 c t l 的时态操作符是由一个称为路径量词和后面紧跟一个表示时序的时态 操作符两个部分组成。路径量词只有两种： a a l l ：全称量词。a 表示所有路径。 e e ) 【i s t s ：存在量词。e 表示至少存在一条路径。 时态操作符双f 、g 、队r 含义与l t l 相同。 2 个路径量词和5 个时态操作符组合，总共可以得到l o 中c t l 时态操作符， 分别是：a 砥盯、a g 、a u , a r ；e 只e g 、e 队e r 。 2 5c t l 。 c t l 结合了c t l 和l t l 的操作符，故也称为完全分支时态逻辑1 们。c t l 包含了c t l 和l t l ，因此有两种表达式：状态表达式( 对于某特定状态为真) 和路径表达式( 对于某特定路径为真) 。一个完整的c t l 表达式最终是一个状态 表达式，表示对于系统的初始状态来说该性质是否满足。c t l 表达式中的状态 表达式和路径表达式是相互依赖的递归定义。若在c t l 的表达式中，时态操作 符黑f 、g 、队r 必须紧跟路径量词a 或e ，则构成c t l 的子集c t l ，也就 山东大学硕士毕业论文 是说c t l 对路径表达式施加了更严格的约束。l t l 隐含的带有全部路径( a ) 的语 义，所以也是c t l 的子集。c t l 。、c t l 、l t l 间的关系如图2 - 4 所示。 c t l 图2 4l t l 、c t l 、c t l 之间的关系 由于l t l 、c t l 是两种基本的时态逻辑，因此对二者的比较如表2 2 所示。 表2 - 2l 1 l 与c 1 l 的比较 茹扩瞍 l t lc t l 规则难度 直观、容易困难、不直观 模型检测的复杂度 指数时间多项式时间 局限性不能表达分支动作不能表达局部路径 主要应用领域软件的需求特性硬件的需求特性 可使用的工具 f o m m l c h c c k 、s p i n 、n u s m vn u s m v 、s 由于程序的行为是一种动态现象，其状态是随着时间的推移而不断改变的， 而这种改变又可能反过来影响其外部环境。并发反应式程序的这种持续动态行为 是无法用经典逻辑来描述的。通过前面的分析，可以知道时态逻辑可充分表达程 序的安全性、活性和事件的优先性等，成为程序规约、验证等的有力工具。通过 以上比较，本文选择线性时态逻辑作为反应式系统和并发式系统的描述工具。 2 6 传统程序断言与时态断言 断言是一种逻辑表达式，用于特别说明一个条件或程序变量之间的关系，它 提供了一种确定各种特性在程序中是否得到维护的极好方法。使用断言最根本的 好处是自动发现许多运行时产生的错误，但断言不能发现所有错误。断言检查的 是程序的有效性而不是正确性，通过断言可以把错误限制在一个有限的范围内。 山东大学硕士毕业论文 一般在下列情形中使用断言：在任意方法的结束处进行条件检查：检查那些不该 发生的情况；在任意方法的起始处进行条件检查等等。 传统程序断言是一个包含布尔表达式的语句。传统程序断言用于说明一个条 件或程序变量之间的关系，它提供了一种确定各种特性在程序中是否得到维护的 极好方法。然而传统程序断言的语义是静态的，使用静态的推理方式对动态的、 实时的或具有其他时序特性的推理时存在较大的缺陷，此时可以使用时态断言【1 1 1 弥补传统程序断言留下的检查缺口。 时态断言构建于一组简单的原子命题a p 之上，如传统程序断言。传统的布 尔逻辑操作符( 八、v ) 和各种模态操作符都可以应用于这些断言以生成更复杂的 断言1 2 1 。时态断言是描述事件时序的时态表达式，它能有效处理如并发、实时、 强时序性等较为复杂的、需要处理大量时态信息的推理，保证推理的正确性与安 全性。典型的时态断言可表示如下：p - - * o ( q a r ) ，其含义是如果在t 时刻p 发生， 那么在t + 1 时刻q 和r 都要发生。由于时态断言可以与多个传统程序断言相对应， 因此可用于许多与此相关的程序验证、系统测试，甚至对基于产生式、断言规则 的决策支持系统、商务系统等的开发都提供了有效方法和技术”l 【1 4 1 。 时态断言与传统程序断言比较如下： l 、传统程序断言的作用是在开发阶段检测程序的健全性，在程序发布时则 被去掉：而时态断言则是在运行时检查程序是否满足事先定义的逻辑规则。 2 、有些实时的、与时间有关的规则超出传统程序断言的表示能力，只能用 时态逻辑等形式体系和工具来表示这种语句。例如给定的线程将最终被唤醒，而 不是永远休眠，用时态断言表示为：g f w a k e u p ) 。 3 、大部分时态规则可使用传统程序断言来实现，但是非常困难，而用时态 断言实现则非常简洁、精确。例如：断言两个线程从不死锁，用时态断言表示为： g ( x i s w a i t i n g o n ( y ) ) - - - ( t y i s w a i t i n g o n ( x ) ) 。其中i s w a i t i n g o n ( ) 用于检查一个 线程是否被另一个线程执行的任务挂起。 4 、传统程序断言要明确地编写到应用程序中每个需要验证的地方，使得代 码冗余、难读，而时态断言通过j l o j a r 的支持只需要相关的 l t l 语句和j - l o 工具即可。 通过以上比较可以看出，在表达并发反应式程序中的性质时时态断言具有不 山东大学硕士毕业论文 鲁! 皇鲁暑曼毫皇bbi i：皇暑皇皇曼曼皇曼曼皇曼曼喜曼皇皇曼皇皇曼鲁皇量詈曼詈量! ! ! ! 皇! ! 曼! ! ! ! 寡 可比拟的优势，因此在后面的章节中我们将使用时态断言作为描述迁移实例安全 需求的工具。 2 7 本章小结 本章主要介绍了时态逻辑的基本概念。首先介绍了l r i l 、c t l 、c t l 的操作 符、语法、语义，以及各自的适用范围，然后给出三者之间的关系和l 几、c t l 之间的区别，最后介绍了时态断言的优点，时态断言和传统程序断言的区别。其 中时态断言将在第4 章中得到应用。 1 3 山东大学硕士毕业论文 第3 章迁移工作流管理系统 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化，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。它通过信息技术的支持为企业的经营过程提供了一 个从模型分析、建立、管理、仿真到运行的完整框架，是实现业务过程管理与控 制的一项关键技术。目前，在全球范围内对工作流技术的研究以及相关产品的开 发进入了一个繁荣阶段，数据库、电子邮件、移动式计算、文件管理等都已被容 纳到工作流管理系统之中f 1 5 】。 当前工作流管理系统在应用过程中普遍存在着建模过程难以完整正确描述 业务过程、具体的业务过程发生很小的变化时工作流流程定义需要相应改动等问 题。目前，迁移工作流是解决当前工作流管理领域不完全业务过程定义的一个新 的研究方向。 3 1 工作流管理系统 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动提出的一个概念，是计算机支 持的协同工作的一部分。它通过将工作分解成定义良好的任务、角色，按照定 的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高工作效率和生产组织 水平、降低生产成本的目的【1 6 1 ，为企业更好的实现经营目标提供了先进的手段。 3 1 1 工作流概念 国际工作流管理联盟( 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 ，w f m c ) 给出的工作流 概念为：工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过 程规则、文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行n - q 。从上述 定义可知工作流的3 个要素： 有多个参与者 按照一定的规则进行活动( 传递文档、信息、任务等) 活动的推进是自动的或部分自动的 1 4 山东大学硕士毕业论文 简单地讲，工作流就是业务流程的计算机化或自动化。企业或组织内有许多 复杂的业务流程，这些流程构成了企业或组织的日常运营活动。通过现代的技术 手段将这些流程自动化，并对其进行有效管理便是工作流管理需要解决的问题。 采用工作流技术，可以把业务过程逻辑从具体的业务实现中分离出来，达到 不修改具体功能实现而只修改过程模型来改变系统功能，从而实现对业务流程的 部分或全部过程的集成管理。 3 1 2 工作流管理系统 为了在基于计算机的环境中实现上述工作流的定义，必须建立一个工作流运 行的环境，这个运行环境就是工作流管理系统。工作流管理系统【l8 】是支持企业实 现业务过程管理和自动化的强有力的软件工具，它能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。所有的工作 流管理系统一般都以提供以下三个主要功能为特征【1 9 】： 1 、构建阶段的功能：包括工作流过程和组成它的活动的定义和建模。 2 、运行阶段的控制功能：包括对工作流运行的管理，以及对每个工作流过 程中的活动进行排序。 3 、运行阶段与用户和i t 应用工具之间的交互作用。 3 1 3 工作流管理系统的分类 目前有上百种声称具有工作流管理功能的商品化软件或原型系统。为了对这 些系统的功能、特点等有一具清晰的认识，可以根据工作流过程本身的特点、系 统建模的方式、所使用的底层支撑技术以及工作流过程的执行方式等的不同而对 它们进行相应的分类如下凹l ： 1 、 结构化的与即席的。结构化工作流是指在实际工作过程中会反复重复、 严格按照某个固定步骤进行的业务过程。定义此种工作流所需要的各种类型的信 息可以通过对业务过程进行详细的分析而得到，从而得到完整的过程定义并在以 后的应用过程中反复使用。大量的办公程序，如公文处理、审批等都属此类。即 席工作流则是针对那些重复性不是很强或没有重复性的工作流程，关于这类流程 执行所需的有关参数( 如参加者等) 事先无法确定，而必须推迟到过程实例运行时 山东大学硕士毕业论文 才能确定，同时在执行过程中还可能会发生一些意外情况。这种动态多变的特点 在提供更高灵活性的同时也为过程的建模与执行带来更多的复杂性。 2 、面向文档的与面向过程的。前者的侧着点在于将电子形式的文档、图像 等在有关的人员之间进行分发，以便能够得到不同人的处理与审阅。现有的文档 管理与映像管理系统均属此类。在面向过程的w f m s 中，工作流被描述成一系 列执行环节。与各环节对应的都有待处理的数据对象。各环节的数据对象可以按 不同的方式分发到其他环节中去，如可以将数据对象的值作为控制条件、或者依 此数据对象组装成其他的数据对象等。高端的w f m s 一般都属此类系统。 3 、 基于邮件和基于数据库的。前者使用电子邮件来完成过程实例执行过程 中消息的传递、数据的分发与事件的通知。低端的系统所使用的通常就是此种方 法，它可以充分发挥电子邮件系统在广域环境下的数据分发功能，但整个系统运 行于一种松散耦合的模式下。在基于数据库的w f m s 中，所有的数据都保存在 某种类型的d b m s 中，过程的执行实际上就是对这些数据的查询与处理。高端 的系统所使用的一般都是此种方法。 4 、 任务推动的与目标拉动的。前者指的是从过程的开始逐个环节的执行， 当某个活动实例处理完之后，后续的有关活动将被创建并被激活，由此直至整个 工作流程的完成，这是目前大多数面向过程的w f m s 所使用的执行方式。而在 目标拉动的w f m s 中，一个业务流程被看成是一个目标。过程实例执行时，该 目标将被分解为多个相互之间按一定约束条件关联起来的可执行环节，其中各环 节还可以当成是子目标进一步进行分解。在各环节均执行完毕之后，整个过程也 就完毕。目标拉动是一种全新的执行方式，下一代的w f m s 将具有此种特征。 上述分类只是从不同的角度入手的。一般来说，后面那些特点将给嗍s 带 来更好的灵活性，同时也将成为那些能够支持跨机构的大规模复杂工作流管理、 面向关键任务的唧s 不可缺少的特征。 3 1 4 工作流技术的现状和发展趋势 工作流技术从提出到现在正逐步发展，但是从工作流系统的实际应用情况来 看，还远未达到人们所期待的水平。在工作流管理系统开发的最初阶段缺乏普遍 遵循的标准以及限于当时软件支持技术的水平，导致不同公司的工作流管理系统 山东大学硕士毕业论文 在功能、所采用的支撑技术、开发技术和接口上都呈现出很大的不同，这也是目 前工作流管理系统存在的主要问题之一。目前在经营过程中采用工作流管理系统 的企业仍只是一小部分，而且这些系统的应用范围非常有限，并不能全方位支持 企业的关键业务流程。产生这种状况的原因主要有以下几点【1 6 】【2 1 l ： 1 、工作流的运行必须要有底层通讯基础结构的支持。因为工作流管理系统 必须要建立在适当的底层通讯基础之上，以便实现执行工作流所需要的分布计算 环境。但就目前能够实现分布计算环境的产品来看，它们在实际应用中仍然显得 不够成熟，在安全性、容错性、可靠性等方面均不能满足企业的需求。 2 、缺乏标准。虽然w f m c 制定了一系列标准，但是在系统实现上大多不遵 守w f m c 的标准。不同的厂商所提供的工作流产品具有自己独立的一套工作流 模型、工作流定义语言以及a p i 函数。 3 、系统安全性问题。目前工作流管理系统对系统运行中出现的并发访问和 异常错误缺乏正确和可靠的支持。 4 、性能问题。工作流管理系统对大规模业务的复合无法胜任，系统稳定差。 5 、工作流技术尚不成熟。尽管工作流技术已经有很大的进步，但工作流技 术并不成熟。目前尚没有一种工作流产品或原型系统能够在过程执行的可靠性与 一致性方面达到与关系型数据库管理系统同水平的功能。 在工作流技术应用日益得到重视的今天，对工作流技术的研究也正在向更深 层次进行。工作流技术研究主要分为两方面内容：一是为工作流技术的发展解决 理论上存在的问题，探讨工作流模型和语义的形式化表示方法等；二是从工作流 技术实现的角度探讨利用先进的技术提高工作流管理系统的性能和可靠性。工作 流管理的发展需要解决现有的问题以更好地满足用户需求。未来的工作流管理系 统的实施环境应该具有以下特点：支持异构、自治、分布的环境，能够集成老系 统，支持分布对象计算，支持面向w e b 的应用，从而使整个工作流管理系统具 有开放性和可重构性。 3 2a g e n t 技术 传统的工作流系统在定义流程时隐含假设了所有的任务的实现和它们之间 的协作均能被事先准确、完善地定义，但事实并非如此：大量业务流程对环境变 山东大学硕士毕业论文 化很敏感；由于许多工作流运行周期长，在运行过程中难免发生变化，因此工作 流管理系统必须考虑动态过程修改的处理：随着移动计算在工作流管理系统中的 发展，建立动态、灵活、自适应和可移动的工作流管理系统已成为当务之急。 a g e n t 技术的灵活性、智能性等特性使得基于a g e n t l 拘t 作流管理系统比传统的工 作流管理系统具有更多优势：解决传统的流程事先固定引起的模式僵化问题，实 现流程定义的动态修改以适应实际应用的需要；强化传统系统功能增加对移动计 算的支持；对资源冲突问题提出了新的解决方案；解决传统系统中用户被动地处 理工作项问题，通过a g e n t 协助用户自主安排日程等 2 2 1 。 3 2 1 软件a g e n t 概念 软件a g e n t 技术的诞生和发展是人工智能和网络技术快速发展的必然结果。 在i n t e m e t 中计算机软件体系结构和组织结构的复杂性不断增加，传统的软件设计 方法已经无法满足实际需要，分布式、智能化才是今后软件发展的基本方向。软 件分布式的目标是将问题进行分解，由多个实现了知识共享的软件模块或网络节 点来共同完成问题求解，而智能化的目标是要在智能主机之间实现智能行为的协 调，两者的结合就产生了软件a g e n t t 拘概念】。 3 2 2 移动a g e n t 概念 2 0 世纪9 0 年代初，g e n e r a lm a g i c 公司在推出其商业系统t e l e s c r i p t 时第一 次提出了移动a g e n t ( m o b i l ea g e n t ) 的概念。移动a g e n t 是一类特殊的软件a g e n t ， 它除了具有软件a g e n t 的基本特性外，还具有移动性，即它可以在网络上从一台 主机自主地移动到另一台主机，代表用户完成指定的任务。移动a g e n t 可以看成 是软件a g e n t 技术与分布式计算技术相结合的产物。因此具备了自主性、协作性、 移动性、智能性及自学习能力等特点2 4 1 。m o b i l ea g e n t 最简单且精确的定义如下： m o b i l ea g e n t = m o b i l ec o d e + a g e n t 。 3 2 3 移动a g e n t 的主要优点 移动a g e n t 技术给分布式系统的设计、实现和维护都带来了新的活力，它有 着许多传统分布式计算模型无法比拟的优势 2 3 1 2 5 1 ： 山东大学硕士毕业论文 l 、移动a g e n t 能较大地减轻网络上的数据流量。通过将服务请求a g e n t 移 动到目标主机，使得移动a g e n t 可以直接访问该主机上的资源，与源主机间的交 互变少，避免了大量数据在网络中的传输，从而降低整个系统对网络带宽的依赖， 缩短了通信时延，提高了服务质量。 2 、移动a g e n t 能以异步的方式自主运行。可以将要完成的任务封装到移动 a g e n t 中并通过网络派遣出去，然后就可以断开源主机与目标主机之间的连接。 此后移动a g e n t 就独立于生成它的进程并异步自主操作。源主机可以在随后适当 的时候与目标主机连接并接收计算结果。 3 、移动a g e n t 能动态适应环境。移动a g e n t 能够感知其运行环境，并对环 境变化做出适当的反应，它可以根据服务器和网络的负载动态决定移动目标，有 利于负载均衡。 4 、移动a g e n t 有利于并行处理。移动a g e n t 在进行任务处理时可以动态创 建多个a g e n t 并行工作，提高效率并降