（计算机软件与理论专业论文）分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着企业信息化的不断扩展，企业业务流程趋于更加复杂，需要引入工作流技术支 撑业务流程的信息化。在经济全球化的大趋势下，企业之间的重组和合并成为企业发展 和壮大的必然的趋势，这就使得企业在异构、分布环境中的应用需求不断增长，从而使 工作流管理系统在分布式环境下的应用迅速膨胀。随着工作技术和i n t e r n e t 的结合，工 作流的发展进入一个全新的阶段。 本文首先从复杂的分布式应用环境的工作流的特点出发，结合当前先进的分布计算 技术w e bs e r v i c e s 、n e t 技术等，设计了一个面向复杂应用的工作流管理系统的框架结 构。在上述框架的基础上，对分布式工作流管理系统中的并发控制进行了深入研究。文 中详细阐述了分布式并发问题的类型、特点以及传统并发控制方法的不足。目前，大多 数工作流管理系统中的并发控制都把可串行性作为工作流并发执行正确性的准则，而忽 略了从工作流的语义角度出发，来解决工作流的并发问题。在综合分析现有方法的基础 上，本文提出了一个基于语义正确性的分布式并发控制方法。该方法采用比传统的可串 行化弱的语义正确性作为并发控制的正确性准则，并利用工作流任务锁、断言冲突表等 来保证工作流语义正确。基于语义正确的并发控制机制，在解决传统并发操作所带来的 数据不一致问题外，还可以大大提高并发事务的并发度，进而提高事务并发执行效率。 最后，在理论研究基础上，设计并实现了分布式工作流系统中的任务管理器和并发 控制器。阐述了两者的交互方法，说明了工作流系统中各种任务跃迁结构以及并发控制 器对这些跃迁结构的处理方法。利用w e bs e r v i c e s 方式实现任务管理器，使分布于各场 地的任务管理器可以通过网络直接调用作为w c bs e r v i c e s 发布的并发控制器。 关键词：分布式工作流；并发控制；w e b 服务 大连理工大学硕士学位论文 t h er e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no nc o n c u r r e n c yc o n t r o lo fd i s t r b u t e d w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ee x p a n s i o no f t h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n i z a t i o n ，p r o c e s so f e o t e r p r i s eb u s i n e s si s b e c o m i n gm o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d ，a n dt h ei n t r o d u c t i o no fw o r k f l o wt e c h n o l o g yt o s u p p o r tt h ei n f o r m a t i o n i z a t i o no ft h eb u s i n e s sp r o c e s si sb e c o m i n gn e c e s s a r y i nt h et r e n do f t h eg l o b a l i z a t i o no fe c o n o m i c ，t h er e o r g a n i z a t i o na n dc o m b i n a t i o na m o n ge n t e r p r i s e si s b e c o m i n gp o p u l a r ，w h i c hr e s u l t i nt h er i s eo ft h e a p p l i c a t i o nf o rah e t e r o g e n e o u sa n d d i s t r i b u t e de n v i r o n m e n to fe n t e r p r i s e sa n dt h en e e df o r t h ew o r k f l o ws y s t e mw h i c ha r e a p p l i e di nt h ed i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t w i t l it h ec o m b i n a t i o no ft h ew o r k f l o wt e c h n i q u ea n d i n t e m e t ，t h ed e v e l o p m e n to f w o r k f l o wb e g i n sab r a n d n e wp h r a s e i nt h i s 廿1 e s i s ，f i r s t ，f r o mt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e r nf o r d i s t r i b u t e da n dc o m p l i c a t e da p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t ，u s i n ga d v a n c e dd i s t r i b u t e dc o m p u t i n g t e c h n o l o g ys u c ha sw e bs e r v i c e s ，n e ta n ds oo n , af r a m ec o n s t r u c t i o nf o rd i s t r i b u t c da n d c o m p l i c a t e da p p l i c a t i o ni sd e s i g n e d b a s e du p o nt h ef r a m ec o n s t r u c t i o n ，t h ec o n c u r r e n c y c o n t r o lo ft h ed i s t r i b u t e dw o r k f l o wm a n a g e m e n ti sd e e p l yr e s e a r c h e d 1 1 1 et y p e so ft h e c o n c u r r e n c yc o n t r o lp r o b l e m s ，c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h el a c ko ft h ec o n v e n t i o n a lm e t h o d sa r e p a r t i c u l a r l ye x p o u n d e d ，i nc o m n l o n ，m o s to ft h ec o n c u r r e n c yc o n t r o lm e c h a n i s m so ft h e w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m sr e g a r ds e r i a l i z a b i l i t ya st h ec r i t e r i o no f c o r r e c t n e s s h o w e v e r , t h er e s o l u t i o nt ot h ec o n c u r r e n c yp r o b l e mi su s u a l l yi g n o r e df r o mt h es e m a n t i c sp o i n to f v i e w b a s e do nt h ea n a l y s i so ft l l em e t h o d si ne x i s t e n c e i nt h i st h e s i s ac o n c u r r e n c yc o n t r o l m e c h a n i s m ，w h i c hi sb a s e do nw o r k f l o ws e m a n t i c s ，i sp r o p o s e d 1 1 1 i sm e t h o da d o p t s w o r k f l o ws e m a n t i cc o r r e c t n e s sw e a k e rt h a nt h es e r i a l i z a b i l i t ya st h ec o r r e c t n e s se r i t e r i o n ，a n d g u a r a n t e e st h ew o r k f l o ws e m a n t i cc o r r e c t n e s sb yw o r k f l o wt a s ki o c ka n da s s e r t i o nc o n f l i c t t a b l e n ec o n c u r r e n c yc o n t r o lm e c h a n i s mb a s e do nw o r k f l o ws e m a n t i cc o r r e c t n e s sc a ns o l v e t h ei n c o n s i s t e n tp r o b l e m sb r o u g h tb yc o n c u r r e n to p e r a t i o n s ，a n df u r t h e rn l o r e ，i tc a na l s o i m p r o v et h et a s kc o n c u r r e n c yi no r d e rt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f t h et a s k f i n a l l y , b a s e do nt h et h e o r e t i c a lr e s e a r c h ，t a s km a n a g e ra n dc o n c u r r e n c yc o n t r o l l e ri n d i s t r i b u t e dw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e d n ei n t e r a c t i v e m e t h o db e t w e e nt h e mi se x p o u n d e d a n da l s ot h et r a n s i t i o ns t r u c t u r ea n dt h em e t h o dt r e a t t h e s es t r u c t u r e s w c bs e r v i c e si su s e dt ow r a pt h ec o n c u r r e n c yc o n t r o l l e r i no r d e rt h a tt h e c o n c u r r e n c yc o n t r o l l e rc a nb ed e p l o y e di nt h ei n t e r n e ta n dc a nb ei n v o k e db yt h et a s k m a n a g e r sd i s t r i b u t e di nd i f f e r e n ts i t e s 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e dw o r k f l o w ；c o n c u r r e n c yc o n t r o l ；w e bs e r v i c e s 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：如感 日期：迎丞应12 z 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：垃盛 导师签名： 埠年且月4 日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景和现状 工作流技术是进入上世纪9 0 年代以来，计算机应用领域的一个新的研究热点。所 谓工作流，就是为实现某一特定目标而必须完成的一些任务的序列及执行过程。它包括 一组活动、活动间的顺序关系、过程和活动的启动终止条件，以及每个活动的描述。工 作流管理系统则是指用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执 行者交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。 工作流管理的特点是将应用逻辑与过程逻辑分离，在不修改具体功能的情况下，通 过修改过程模型改变系统功能，完成对生产经营部分过程或全过程的集成管理，可有效 地把人、信息和应用工具合理地组织在一起，发挥系统的最大效能。工作流技术可使企 业实现对经营管理和生产组织的过程控制以及决策支持，实现现代企业对“在适当的时 间把适当的信息传给适当的人”的要求。当前，工作流管理技术已成为企业实现业务过 程重组、过程管理与过程自动化的核心技术。 然而随着计算机的普及、网络的延伸，现代企业的信息资源越来越表现出一种异 构、分布、松散耦合的特点，企业的分散性、决策制定的分散性、对日常业务活动详尽 信息的需求以及c s 体系结构、分布式处理技术，如c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 、o l e ( o b j e c tl i n ka n de n b e d ) 的日益成熟，都说明了这样一个事实： 集中式信息处理的时代已经过去，实现大规模的异构分布式执行环境，使得相互关联的 任务能够高效运转并接受密切监控己成为一种趋势，在这种不可抗拒的技术背景下，构 建分布式工作流管理系统成为我们亟待解决的问题。 分布式工作流的出现历史虽然不长，但已取得了一些重要成果。其中，比较著名的 有i b m 公司a l m a d e n 研究中心开发的基于持久消息队列的分布式工作流管理系统 e x o t i c a f m q m ”、瑞士苏黎世大学的研究人员提出的e v e 2 1 、佐治亚大学计算机系研究 开发的具有自适应能力的工作流管理系统m e t e o r 和基于分布式主动数据库技术的工作 流管理系统w i d e 、清华大学研究开发的用于集成制造的工作流管理系统c i m f i o w 硼、 达特茅斯大学计算机系设计开发的一种基于可移动代理的工作流系统d a r t f l o w 4 、西北 大学软件工程研究所研究开发的基于“信牌驱动式计算模型”的工作流管理系统等【5 】。 分布式工作流系统的典型有如下几种： ( 1 ) 基于持久消息的e x o t i c a f m q m 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 e x o t i c a f m q m 是美国i b m 公司a l m a d e n 研究所提出的一个能够完成分布执行的模 型，是i b m 现有产品m e s s a g e p a s s i n g q u e n i n g 与f l o w m a r k 的有机结合，以“信息传送” 为实现机制。f m q m 采用持久消息机制代替集中数据库，以通信层作为持久存储区保 存工作流相关数据。它拥有一个系列自主的客户机，每个客户机能单独实现流程中的一 个或多个步骤，克服了传统工作流实现技术因对服务器的依赖而产生的性能瓶颈问题。 ( 2 ) 基于“时间驱动”的e v e e v e 是瑞士苏黎世大学的研究人员提出的基于事件的工作流执行平台中间件体系 结构，使用e c a ( e v e n tc o n d i t i o na c t i o n ) 规则建立业务过程的工作流模型。e c a 规则定 义了对象在某一事件下，当满足条件时将执行的动作。e v e 采用代理服务模型，代理表 示有特定功能的处理实体。在e v e 中，工作流的执行是由分布在网络上的代理通过应 用e v e 服务器上检测到的事件来完成的。 ( 3 ) 基于“可移动代理”的d a r f l o w d a r f l o w 是美国大特茅斯大学开发的基于可移动代理的工作流系统。该系统以嵌入 j a v a a p p l e t 的w e b 浏览器作为客户端，提供安全的、与平台无关的g u i ( g r a p h i c a l u s e r i n t e r f a c e ) ，具有较高灵活性和可扩展性。可移动代理是一段可以在自身控制下由异构网 络系统中的一台机器转移到另一台机器上运行的程序，将代码传递到另外的网络节点上 去继续运行。 ( 4 ) 基于w e b 和c o r b a 的m e t e o r 系统 m e t e o r 是美国佐治亚大学的l s d i s 实验室开发的工作流管理原型系统，目的是实 现一个能够支持大规模复杂应用的自适用工作流管理系统，并保证这些应用在异构企业 环境中能够正常运行。它能够支持多种操作系统，并采用了w e b 和c o r b a 技术，为 分布式环境下的互操作提供了良好的支持。 目前分布式工作流产品中所存在的不足主要体现在如下三点：缺乏统一标准、实现 比较复杂、难以实现真正的平台独立和语言独立。 总之，目前国内外对分布式工作流的几种比较典型的研究，实现起来都不够简洁， 也不能实现真正意义上的语言独立和平台独立，并且动态的加入、调用外部应用也不方 便。 1 2 研究的目的和意义 分布式工作流管理系统主要应用于复杂的分布环境。与传统的工作流系统相比，这 种“分布环境”将给系统的扩展性、安全性等诸多方面的实施提出严峻挑战，其中作为 衡量分布系统重要性能指标的并发控制就是一个十分棘手的问题。 大连理工大学硕士学位论文 在分布环境中，往往会有多个工作流模式存在，也称一业务流程。这些业务流程或 业务流程中的几部分往往具有事务的特性。在某一时刻，这些工作流模式可能会有多个 实例在运行，它们以各自不同的执行速度向前推进，不同实例中的任务可能要以一个排 它的方式存取某个共享资源，这个共享资源管理器可能又不具有并发控制机制；另外， 一个工作流模式中的多个任务和另外一个工作流模式中的多个任务，可能会存在多个上 述那样的排它执行需求，如何协调这些排它执行需求，使每个实例的执行不会由于缺乏 资源而无法继续，使每个实例的执行结果不受其他实例的执行影响等等，这就是工作流 系统中的并发问题。工作流的并发执行可能会带来不正确的执行结果，因此必须提供有 效的技术来控制工作流的并发执行。 目前分布式工作流管理系统的并发控制已成为工作流技术的热点研究问题之一。在 现有的工作流管理系统中，工作流并发控制执行的正确性还缺乏必要的理论基础、正确 性运行规则以及支持工作流并发机制的保证机制。由于工作流的并发正确性和一些其他 关键问题，如多工作流运行实例环境中的恢复问题等，还没有得到充分解决，从而限制 了工作流技术在分布式复杂领域的应用。因此，解决工作流管理系统中的并发问题是非 常必要的。 本文研究的目的是：针对分布式环境工作特点，采用当前先进的分布计算技术，提 出一种基于w e b 服务的分布式工作流管理系统的框架结构和实现原理，并进而给出基 于语义的工作流并发控制方法和实现细节。基于语义正确的并发控制机制，不仅可以解 决并发控制中常见的数据不一致问题，还可以大幅提高工作流管理系统的运行效率。 1 3 论文的主要工作 基于上述目标，本文的主要工作有以下几个方面： ( 1 ) 分析分布式工作流管理系统的“分布”特性和实现技术，并结合分布应用环境 的工作特点，提出并设计了一个基于w 西服务的分布式工作流管理系统的框架结构， 阐述了系统关键模块的功能和实现流程。 ( 2 ) 详细阐述分布式工作流管理系统中所存在的并发执行问题，提出了基于语义正 确的分布式工作流管理系统的并发控制方法，给出了工作流语义正确性准则，以及如何 利用工作流任务锁、断言冲突表等来保证工作流语义正确的实现原理，并进行了实例分 析。 ( 3 ) 设计并实现分布式工作流管理系统中的任务管理器和并发控制器。详细阐述了 两者的交互方法，说明了工作流管理系统中各种任务跃迁结构以及并发控制器对这些跃 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 迁结构的处理方法。利用w e bs e r v i c e s 方式实现任务管理器，使分布于各场地的任务管 理器可以通过网络直接调用作为w c bs e r v i c e s 发布的并发控制器。 大连理工大学硕士学位论文 2 工作流技术概述 2 1 工作流技术的起源与发展 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它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。目的是通过将工作分解成定义良好的任务、角色，按照一 定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控，达到提高办事效率、降低生产成本、 提高企业生产经营管理水平和企业竞争力的目标【6 】。 8 0 年代初期在p c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 机尚未作为信息处理工具出现的时候，纸张是 各行各业中进行日常业务活动所不可代替的载体，包括表单、文件、信函、技术资料等 在内的各类与企业密切相关的文档都是以纸张的形式在各个部门之间进行传递的。这在 信息的处理组织存储以及查询检索方面都是低效的，因此人们希望出现一种物质化的、 计算机化使能的工作环境。于是一些公司企业建立了自己专用的或者可商品化的表单传 递应用系统，通常运行在大型机或小型机上，用于实现日常表单处理的电子化与自动化。 这种系统可以看成是现代工作流管理系统的一个雏形。 8 0 年代中期，f i l e n e t 和v i e w s t a r 等公司率先开拓了工作流产品市场，成为最早的 一批工作流产品供应商。他们把图像扫描、复合文档、结构化路由、实例跟踪、关键字 索引以及光盘存储等功能结合在一起，形成了一种全过程支持某些业务流程的集成化的 软件包，这便是早期的工作流管理系统。比较典型的有f i l e n e t 于1 9 8 4 年推出的 w o r k f l o wb u s i n e s ss y s t e m 和v i e w s t a r 于1 9 8 8 年推出的v i e w s t a r 。很显然，这种增值 性质的集成化软件系统为企业简化与重组自己的关键业务流程提供了一种非常合适的 方案；而且，还可以看出，工作流从最初的诞生之日起就是作为一种面向过程的系统集 成技术而出现的，只不过限于当时的计算机发展水平，它所集成的功能较为简单而已。 进入9 0 年代，随着计算机的普及、网络的延伸，现代企业的信息资源越来越表现 出一种异构分布松散耦合的特点。企业的分散性、决策制定的分散性、对日常业务活动 详尽信息的需求以及c l i e n t s e r v e r 体系结构分布式处理技术的日益成熟，都说明了这样 一个事实：集中式信息处理的时代已经过去，实现大规模的异构分布式执行环境，使得 相互关联的任务高效运转并接受密切监督已成为一种趋势。在这种技术背景下，工作流 管理技术也由最初的无纸化办公环境转而成为同化企业复杂信息环境实现业务流程自 动执行的必要工具。这样的一个转变把工作流技术带入了一个崭新的发展阶段。 工作流技术的标准化组织工作流管理联盟( 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 ) 于1 9 9 3 年成立，它的成立标志着工作流技术在计算机应用研究领域之中被明确 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 的划分出了自己的一席之地，相应的概念与术语也得到了人们的承认。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更为繁荣的阶段，更多、更新的技术被集 成进来，文件管理系统、数据库、电子邮件、移动式计算i n t e r n e t 服务等都被容纳到工 作流管理系统之中。市场上工作流产品极为丰富，据统计1 9 9 7 年市场上约有7 0 多种工 作流产品在相互竞争，多家供应商纷纷看好这块渐趋热点的i t 市场，1 9 9 7 年工作流产 品的市场增长率超过3 5 1 7 】。 纵观工作流软件产品由8 0 年代的萌芽到9 0 年代的繁荣，可以把它总结为3 个阶段： 第1 阶段，主要为应用于某些特定领域的相对独立的应用系统比如图像、文档管理系统； 第2 阶段，主要表现为具有底层的通信基础结构、能够实现任务协作的应用系统，比如 具有消息传递功能的工作流管理系统；第3 阶段，具有图形用户界面的过程定义工具、 用户定义与任务执行完全分离的工作流系统，其体系结构基本上符合工作流管理联盟所 提出的标准结构。经历了这3 个阶段的发展，工作流产品基本上确定了它在计算机应用 软件市场上的独立位置。 2 2 工作流技术的相关概念 十几年来，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 流仍然没有完全统一的定义。列举如下一些有代表性的定义，从不同的角度对工作流的 概念进行了描述： w f m c 的定义【8 】：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。 g i g a g r o u p 的定义【9 】：工作流是经营过程中可运转的部分，包括任务的顺序以及由 谁来执行、支持任务的信息流、评价与控制任务的跟踪、报告机制。 i b ma l m a d e nr e s e a r c hc e n t e r 的定义i l o 】：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。 以上这些对工作流的定义是用非形式化语言对工作流所进行的描述，虽然各有不 同，但基本上都达成了这样的一个共识：工作流是经营过程的一个计算机实现，而工作 流管理系统则是这一实现的软件环境。这些工作流的定义分别反映了经营过程如下几个 方面的问题，即经营过程是什么( 由哪些活动、任务组成，也就是结构上的定义) 、怎么 做( 活动间的执行条件、规则以及所交互的信息，也就是控制流与信息流的定义) 、由谁 来做( 人或者计算机应用程序，也就是组织角色的定义) 、做得怎样( 通过工作流管理系 大连理工大学硕士学位论文 统进行监控) 。 图2 1 给出了几个概念之间的相互关系1 1 1 l 。 子流程 ( 业务流程) 描述夕、式执行 活动 图2 1 工作流基本概念之间的关系 f i g 2 1 t h er e l a t i o nb 出v e e nb a s i cc o n c e p t so f w o r k f l o w 业务流程：在功能确定的组织结构中，能够实现业务目标和策略的相互连接的过程 和活动集。例如：公文处理过程、项目开发过程等。 活动：指的是工作流中的一个逻辑步骤或称环节。它包含的信息有：开始和结束条 件、可参与到此环节中的用户，完成此活动所需的应用程序或数据以及关于此活动应如 何完成的一些限制条件如时间上的限制等。 过程定义：过程定义即过程建模，它定义的是过程运行中涉及到的各种参数。如业 务过程的开始和终止条件、各个工作环节及相互之1 日j 的控制流动关系等。由过程定义得 到的不同的过程模型各有其不同的特点，一个好的模型应该有比较强的描述能力、易于 使用、易于修改以便能够适应不断变化的工作环境的要求。 过程活动实例：指的是某个工作流过程的一次执行。在实例的执行过程中， w f m s ( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ，w f m s ) 将解释相应的过程定义，生成有关的活动 并根据过程定义中的控制规则协调这些活动实例之间的顺序关系，同时根据数据流动关 系的定义完成活动实例之间的数据传送。一般情况下每一个活动实例都将表现为一个工 作项，它将由某个或某组用户负责完成。因此从用户的角度来说实例的执行实际上是由 用户调用相应的应用程序对他所涉及的那个环节有关的数据进行处理，处理完之后由 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 w f m s 根据相应的结果决定激活后续的那个环节并生成相应的工作项，同时通知与此有 关的那些用户对之进行处理。由此依次反复进行，直至整个过程的完成。某个用户所负 责的所有工作项将构成其工作项列表。那些被称作是工作流应用数据的，其中有一部分 将同工作流过程定义一道用于控制工作流的执行。这部分数据一般被称作是工作流相关 数据。 工作流模型：工作流模型是对工作流的抽象表示，也就是对企业业务流程的抽象表 示。工作流模型包括过程的开始和完成条件、构成过程的活动以及进行活动间导航的规 则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应用、工作流的引用关系，以及所有与工作 流相关数据的定义。 代理：工作流系统中，一个独立的处理实体被定义为代理，它由所包含的个体、团 队成员、工具及他们相应的职责所构成。在组织模型中代理包括以下两种实体： ( 1 ) a c t o r ：一个a c t o r 是个体处理单元，它可以是员工和自动工具。与a c t o r 相关 的有工作时间表、身体状况或故障等因素，这些因素可以综合确定一个a c t o r 的当前状 态。 ( 2 ) g r o u p ：一个g r o u p 是a c t o r 的集合组成，其中具有所有a c t o r 的公共特征。 角色：角色是指在过程中对某项任务或相关任务集合具有访问权限和完成能力的处 理实体。在一个业务流程中，角色用来指定代理的职责。代理是扮演一个或多个角色的 物理实体，角色表示的是责任的集合。角色的定义是在过程定义中完成，而代理是在组 织模型分析时才定义。针对不同的工作流系统，同一企业组织结构的划分可能不同，角 色与代理实体的映射关系是由授权完成的。在一个工作流中定义角色具有重要的意义： 角色与代理分离保证了授权的灵活性，使得在组织机构变化时，对工作任务的分配不会 有影响。当一个任务可以被一个以上的代理执行时，角色与代理的动态映射关系有利于 管理，能够帮助动态工作负载平衡。例如，如果角色是采购员，一个采购部可能有几个 用户都可以作为这个角色。当一个采购员的工作负载高时，系统可以自动的将新的工作 任务分配给另一个采购员，实现工作负载的平衡。 2 3 工作流管理系统 2 3 1工作流管理系统的定义 在明确了工作流基本概念的基础上，下面介绍工作流管理系统的定义。 w f m c 给出的关于工作流管理系统的定义”】是：工作流管理系统是一个软件系统， 它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。 大连理工大学硕士学位论文 通常，工作流管理系统指运行在一个或多个称为工作流机的软件上的，用于定义、 实现和管理工作流运行的一套软件系统，它和工作流执行者人或者应用交互，推进工作 流实例的执行，并监控工作流的运行状态【13 1 。在这里需要强调的是，工作流管理系统不 是企业的业务系统，在很大的程度上，工作流管理系统为企业的业务系统运行提供一个 软件支撑环境，非常类似于单个计算机上的操作系统，只不过工作流管理系统支撑的范 围比较大、环境比较复杂而已，所以，也有人称工作流管理系统为业务操作系统。在工 作流管理系统的支撑下，通过集成具体的业务应用软件和操作人员的界面操作，才能够 良好的完成对企业经营过程运行的支持。所以，工作流管理系统在一个企业或部门的经 营过程中的应用过程是一个业务应用软件系统的集成与实施过程。 虽然不同的工作流管理系统具有不同的应用范围和不同的实施方式。但它们还是有 很多共同的特征。从比较高的层次上来抽象地考察工作流管理系统，可以发现所有的工 作流管理系统都提供以下的三种功能： ( 1 ) 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能。在这个阶 段，利用一个或多个建模技术与工具，完成实际的经营过程到计算机可处理的形式化定 义的转化。 ( 2 ) 运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完成每个过 程中活动的排序和调度功能。运行阶段的控制功能相当于现实世界与模型世界的桥梁。 它解释已经创建好的工作流模型，即根据模型来调度一个过程中不同的任务并且激活相 应的人或应用程序。过程控制实际上由称为工作流引擎的软件模块来完成。 ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户与应用程序之间的交 互。一个过程的任务通常是由参与人员通过使用一定的应用程序，如报表生成器，或者 涉及信息处理操作，比如录入一些数据。如果要在不同的任务之间传送控制信息以及其 它数据，或者要激活某个应用程序，就必须不断的与过程控制软件交互。 图2 2 给出了工作流管理系统三个主要功能之间的关系。工作流技术并非强调业务 过程的全面自动化和完全不需要人的参与，而是将重点放在对工作流中任务的自动跟踪 与监控，并对任务执行的条件和任务间的信息流进行明确的定义，从而实现业务过程的 高效运转，并能够在最大程度上实现业务过程的应用。工作流技术能够支持企业实现在 适当的时间把适当的信息传递给适当的人的要求。另外，工作流管理实现了业务逻辑和 应用逻辑的分离，这种分离使得两种逻辑可以独立修改，而且同一个任务逻辑也能够在 不同的过程逻辑中实现重用。 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 图2 2 工作流管理系统的三个主要功能之间的关系 f i g 2 2t h er e l a t i o nb e t w e e nt h r e em a i nf u n c t i o n so f w o r k f l o w 2 3 2 工作流管理系统的体系结构 为了实现工作流技术的标准化和开放性，对异构的工作流管理系统与其他应用系统 之间的集成，工作流管理联盟提出了工作流管理体系结构的参考模型，并给出抽象的工 作流管理系统的功能组成部件和结构，它能够满足工作流管理系统和产品应该具有的主 要功能特征，可为实现工作流产品之间的互操作提供公共的基础。 从图2 3 可以看出，工作流管理系统主要由三类构件组成： ( 1 ) 软件构件：完成工作流管理系统不同组成部分功能的实现，实现整个工作流管 理的基本功能实现。它包括：工作流模型建立，工作流执行服务，工作流应用管理。 工作流模型建立：工作流模型描述了能够由工作流执行服务，执行的过程所需 要的所有信息，它是工作流管理系统的基础。它可以利用建模工具，形象化地建立过程 模型，并通过接口关系，建立系统所需要的控制数据。在流程定义中，要包括过程、活 动、转换条件、相关数据、角色、需要调用的应用等实体。 工作流执行服务：工作流执行服务是工作流管理系统的核心。它是企业经营过 程任务调度器。在过程建立完毕后，将由工作流执行服务进行全面管理，监控和调度具 体实例的执行。包括：过程实例化和执行、为过程和任务调度、与外部资源交互、处理 相关数据。 大连理工大学硕士学位论文 客户应用管理：是客户操作具体任务的管理模块，负责工作流任务表中任务的 分发管理。可以将一个工作流管理系统中的任务管理器提供给客户端；同时，也可以针 对多个工作流产品或者是多个应用系统产品，编写通用的任务管理器，进行系统集成。 e 墨l 驰件梅件 团* 酾4 a 数据 口系境控捌毅捂 图2 3 工作流管理系统的体系结构 f i g 2 3 t h ea r c h i t e c t u r eo f w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ( 2 ) 系统中的数据：工作流管理系统中存储的数据可以分成 1 3 j ：工作流控制数据， 工作流相关数据和应用数据。 工作流控制数据：工作流执行服务工作流引擎通过内部的工作流控制数据来辨 别每个过程或活动实例的状态。这些数据由工作流执行服务工作流引擎进行控制。用 户、应用程序或其他的工作流引擎工作流执行服务不能对其直接进行读写操作，它们 可以通过向工作流执行服务工作流引擎发消息请求来获得工作流控制数据的内容。 工作流相关数据：工作流管理系统通过工作流相关数据来确定过程实例状态转 换的条件，并选择下一个将要执行的活动。这些数据可以被工作流应用程序访问并修改。 因此，工作流管理软件需要在活动实例之间传递工作流相关数据。 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 工作流应用数据：这种数据是指那些由应用程序操作的数据。它们是针对应用 程序的，是企业完成具体的业务功能所需要的数据，如产品结构数据、定单数据等。工 作流管理系统无法也不需要对它们进行访问。 ( 3 ) 其它应用的调用：工作流管理系统在设计和实施中，都必须提供足够的柔性， 来满足不同的应用的需要。在不同的应用系统进行交互时，要提供足够的灵活性。可以 建立应用接口规范和提供标准的a p i ( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) i 录i 数在不同系统 间进行交互；可以建立灵活的调用通道，直接调用e r p ( e n t e r p r i s er c s o u r c ep l a n n i n g ) 系 统中的应用进行事务处理，这种调用可以在分布和异构的系统间进行。 2 3 3 工作流管理系统参考模型 工作流管理系统是一种基于工组流技术的，能定义、创建和管理工作流执行的系统。 就是将现实世界中的业务过程转化为某种计算机所能识别的形式表示，也就是工作流逻 辑，并在此形式表示的驱动下完成工作流的执行和管理。使用它可以充分利用企业资源， 有效地跟踪工作过程，提高工作过程定制的速度与质量。 w f m s 巨大的潜在市场和广阔的应用领域吸引了越来越多的科研机构与软件厂商 投入到这方面的研究和开发中。各种不同类型的系统各有其不同的特点，所运行的环境、 所适用的领域等都各不相同。对于一个大的机构而言，一种w f m s 可能并不能满足某个 复杂的业务过程中所有环节的需要。同时不同的机构会选择不同的产品去满足其业务管 理的要求。这些应用上的特点要求各种不同类型的w f m s 应该能够实现互连和互操作， 以便它们能够被纳入到一个统一的框架之中，在不同的位置与领域发挥其各自的优势与 作用。1 9 9 4 年1 1 月2 9 日，w f m s 发布了工作流系统参考模型【i3 1 。它详细描述了工作 流系统的有关概念，并在此基础上给出了w f m s 的各主要组成部分、各部分的功能及相 互之间的接口0 4 ，如图2 4 所示。 对该模型各部分简要说明如下： 过程定义工具：主要功能是给用户提供一种对实际业务过程进行分析、建模的手段， 并生成业务过程的可被计算机处理的形式化描述或称作过程定义。这也就是建立时功能 的主要内容。 功作流执行服务：它借助于一个或多个工作流引擎，来激活并解释过程定义的全部 或部分，并同外部的应用程序进行交互来完成工作流过程实例的创建、执行与管理，如 过程定义的解释，过程实例的控制以及创建、激活、暂停、终止等，在过程各活动之间 的游历比，如控制条件的计算与数据的传递等，并生成有关的工作项通知用户进行处理 等等，为工作流程的进行提供一个运行时环境。 大连理工大学硕士学位论文 客户应用程序：它的作用是给用户提供一种手段，以处理过程实例运行过程中需要 人工干预的任务。w f m s 将为每一个用户维护一个工作项列表，它表示当前需要该用户 处理的所有任务。 过程定义工具i 建立时的功能 佾 8 运行时过程实例化 及控制功能 w o r k f l o wa p i 及互换格式 其他工作流执行服务 l 瑟 ：接口5 ： 工作流执行服务 举哥 l 工作流引擎u j #，l j i 工具 l 工作流引擎山 图2 4 工作流管理系统参考模型 f i g 2 4 w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l 被调应用程序：指工作流执行服务在过程实例的运行过程中调用的、用以对应用数 呈进行处理的应用程序。 管理及监控工具：其功能是对w f m s 中过程实例的状态进行监控与管理，如用户管 理、角色管理、审计管理、资源控制，包括过程管理及过程状态控制等。它与工作流执 行服务之间的交互是通过接口5 即管理及监控接口完成的。 上述五个接口被统称为w o r k f l o w a p i 。这些标准的制定对于实现不同厂家的产品之 间的互操作，如用一个厂家的管理与监控工具去管理另外一厂家的工作流执行服务及基 于工作流执行服务开发新的应用具有重要意义。 2 4 工作流技术的研究热点 目前，w f m c 参考模型【l4 】给出的只是工作流管理系统的各个功能部分，而没有给出 任何实现的细节。实际构造一个工作流管理系统时有许多具体的技术细节需要仔细加以 考虑，以便满足工作流管理系统向大规模工作流管理方向发展所需的高度的灵活性、可 用性、可伸缩性、可靠性以及互操作性等方面的要求，围绕这些要求，目前关于工作流管 理系统的研究主要集中在以下几个方面1 1 ”： ( i ) 更为灵活的过程模型 分布式工作流管理系统并发控制的研究与实现 人们对于w f m s 批评最多的莫过于