（计算机科学与技术专业论文）基于工作流系统的监控技术的研究和实践.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个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，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。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。 签名：红翌日期：兰! ! ：! ：! ! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规 签名：逝 导师签名： 日期：型! 二! 口 摘要 摘要 如今，各种应用系统，如电子政务系统，业务系统繁多，彼此系统之间还要 互相通信、进行数据交换。因而对这些应用系统进行高效管理、维护和监控，提 高其高可靠性就成为迫在眉睫需要解决的问题。工作流技术的出现并日益成熟， 并广泛使用于各种应用系统中对解决这个问题提供了可能，但对基于工作流技术 的业务系统的业务监控却重视不够，对工作流系统的监控支持不够；相关对工作 流系统的监控现在还处在理论研究阶段，主要是对工作流日志和性能的监控，相 关的成熟产品并不多，没有实现业务层面的运行监控，相关研究也不是很多。 本课题来自于北京市劳动和社会保障局社会保险信息系统升级改造项目。具 有重要的实际意义。 本文吸取国内外工作流技术方面的研究成果，对工作流监控技术进行了深入 研究。 首先，对工作流管理的研究现状进行了综述，进而提出了本文的研究目标。 其次，对工作流及其监控理论和技术进行了深入的分析。着重讲述了工作流 的基本理论和知识，工作流监控的工具、功能要求和研究现状，并讲述了工作流 监控需要用到的实际技术。 再次，提出了关于监控部分的两种设计方案，比较它们的优缺点，最终选择 了基于推信息模式的方案，并给出了最后的实现。 最后，总结了本文，指出需要继续完成的任务。 通过本文的研究，提高了应用系统的运行效率，服务和可靠性的用户访问； 研究了对工作流系统的监控，实现其对业务层面的监控，具有很好的实际效果。 虽然本文是基于工作流系统的监控研究，但可以应用于非工作流系统的业务 监控。因为这两种应用系统的体系架构十分相似，这在本文将有探讨和体现。 关键词工作流：监控模型：监控数据 北京t 业大学工学硕卜学位论文 a b s t r a c t a b s t r ac t t o d a y , av a r i e t yo fa p p l i c a t i o n ss y s t e m s ，s u c ha se - g o v e r n m e n ts y s t e m ，h a v e m a n yb u s i n e s ss y s t e m s t h e s es y s t e m sc o m m u n i c a t ea n de x c h a n g ed a t aw i t he a c h o t h e r s ot h i si sap r e s s i n gn e e dt oa d d r e s st h ep r o b l e mf o re f f i c i e n t m a n a g i n g ， m a i n t a i n i n ga n dm o n i t o r i n gt h e s ea p p l i c a t i o n s w i t ht h ee m e r g e n c eo fw o r k f l o w t e c h n o l o g ya n di n c r e a s i n g l ys o p h i s t i c a t e d ，i ti sw i d e l yu s e di nv a r i o u sa p p l i c a t i o n s y s t e m s h o w e v e r , s u p p o r t i n gt h em o n i t o r i n go ft h ew o r k f l o ws y s t e mi sn o te n o u g h r e l a t e dt om o n i t o r i n gs y s t e m sb a s e do nw o r k f l o wi ss t i l li nt h e t h e o r e t i c a lr e s e a r c h s t a g e , m a i n l yf o c u s i n go nt h ew o r k f l o wl o ga n dp e r f o r m a n c em o n i t o r i n g , t h e r ea r en o t m a n yr e l a t e dm a t u r ep r o d u c t s t h em o n i t o r i n gd i dn o ta c h i e v et h eo p e r a t i o n a ll e v e l t h er e s e a r c ht o p i ci sf r o ms o c i a li n s u r a n c ei n f o r m a t i o ns y s t e mu p g r a d i n g p r o j e c t o ft h eb e i j i n gm u n i c i p a lb u r e a uo fl a b o ra n ds o c i a l s e c u r i t y i th a si m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h i sd i s s e r t a t i o nl e a r n sa td o m e s t i ca n da b r o a dr e s e a r c ha c h i e v e m e n ti n w o r k f l o wt e c h n o l o g y , m o n i t o r i n gt e c h n o l o g y , a n dh a v ead e p t hr e s e a r c hi nw o r k f l o w m o n i t o r i n gt e c h n o l o g y f i r s t ，r e v i e w e dt h ep r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no nw o r k f l o wm a n a g e m e n t ，a n d p r o p o s et h er e s e a r c ho b j e c t i v eo ft h i sa r t i c l e s e c o n d l y , d e e pa n a l y z ew o r k f l o wt e c h n o l o g ya n dm o n i t o r i n gt h e o r y f o c u so n d e s c r i b i n gt h eb a s i ct h e o r ya n dk n o w l e d g eo fw o r k f l o w ，w o r k f l o wm o n i t o r i n gt o o l s ， f u n c t i o n a lr c q u i r e r n e n t sa n dt h ec u r r e n tr e s e a r c h a n de l a b o r a t ea c t u a lt e c h n i q u eo f w o r k f l o wm o n i t o r a g a i n , p r e s e n tt w ok i n d so fd e s i g ns c h e m eo nt h em o n i t o r i n g , c o m p a r et h e i r a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s ， u l t i m a t e l y c h o s et h es c h e m eb a s e do np u s h i n f o r m a t i o nm o d e l ，a n dg i v et h ef i n a li m p l e m e n t a t i o n f i n a l l y , s u m m a r i z et h i sa r t i c l ea n dp o i n to u tt h ea s p e c t st h a tn e e dt ob ec o n t i n u e d t h r o u g ht h i ss t u d y , t h ea p p l i c a t i o ns y s t e m si m p r o v ee f f i c i e n c y , s e r v i c ea n d r e l i a b i l i t yo fu s e ra c c e s s ；i ta c h i e v e sb u s i n e s s l e v e lm o n i t o r i n g , w i t hg o o dp r a c t i c a l r e s u l t s a l t h o u g ht h i sd i s s e r t a t i o ni sa b o u tm o n i t o r i n gs y s t e m sb a s e do nw o r k f l o w , i ta l s o c a nb ea p p l i e dt oo p e r a t i o n a lm o n i t o r i n go ft h en o n w o r k f l o ws y s t e m b e c a u s eb o t h t h ea p p l i c a t i o ns y s t e ma r c h i t e c t u r ei sv e r ys i m i l a r , i tw i l le x p l o r ea n dr e f l e c tt h i s k e y w o r d s w o r k f l o w ；m o n i t o r i n gm o d e l ；m o n i t o r i n gd a t a 川 北京工业大学工学硕七学位论文 i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 国内外的研究现状2 1 3 课题来源3 1 4 本文的组织结构4 第2 章工作流监控理论与技术分析7 2 1 工作流技术概述7 2 1 1 工作流管理系统体系结构7 2 1 2 工作流参考模型9 2 1 3 工作流模型和建模工具1 0 2 1 4 工作流执行服务和工作流引擎1 2 2 1 5 系统管理和监控工具1 2 2 2 工作流监控的功能要求1 3 2 3 工作流监控的研究现状1 4 2 4 实现技术1 5 2 4 1j 2 e e 技术1 5 2 4 2x m l 技术1 7 2 5 本章小结1 8 第3 章工作流管理系统监控设计1 9 3 1 工作流管理系统的系统结构设计1 9 3 2 相关模型2 0 3 2 1 过程模型及其描述2 0 3 2 2 系统组织模型2 2 3 2 3 系统的资源模型2 2 3 3 基于工作流的监控系统的设计及实现2 2 3 3 1 系统要求2 2 3 3 2 监控的数据对象2 3 3 3 3 工作流监控的分析与设计2 4 3 4 相关数据类的定义2 7 3 4 1 前缀相应数据2 8 3 4 2 正文相关数据2 9 3 4 3 后缀相关数据2 9 3 4 本章小结3 0 第4 章基于工作流系统监控实现3 1 4 1 技术与工具平台3 1 4 2 设计模式3 2 v 北京t , l k 大学工学硕十学位论文 4 3 系统数据库的实现3 2 4 4 监控部分的后台实现3 3 4 5 政务实例的实现3 6 4 6 本章小结3 8 结论3 9 参考文献4 l 攻读硕士学位期间发表的学术论文4 5 致谢4 7 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域，主要是针对日常生活中具 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一系列定义良好 的任务，按照一定的规则和过程来执行这些任务，并对其实行监控，从而提高工 作效率，降低生产成本，提高企业生产经营管理水平和企业竞争力。 8 0 年代初期，计算机尚未作为信息处理的工具，计算机软件不能提供主要的 业务支持，工作流中涉及的工作是由人工来完成的，而信息传递中不可替代的载 体是纸张。这种古老的载体在信息的处理、存储和查询检索上效率很低，同时这 种方式也给企业的生产经营带来不利的影响。随着计算机的普及和企业信息化水 平的提高，计算机使得无纸化办公环境越来越成为企业业务人员迫切需要的工作 环境。表单传递应用系统应运而生，通常运行在大型机或小型机上，该系统可以 看作是现在工作流管理系统的雏形，但是其适用的环境简单，提供的功能不完善， 性能与系统结构也不先进。 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。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 i o w 商用 系统；v i e w s s t a r 于1 9 8 8 年推出的场v i e w s t a r ；i b m 于1 9 8 8 年推出的i m a g a p l u s 。它 们的出现使很多企业很快认识到在业务流程的处理过程中，承载文档的纸张有可 能只在流程起始处出现，即被扫描成电子文档，而以后的信息处理过程都将实行 电子化。如果流程的起始文档己经是电子文档，则整个流程处理中传递的都是存 储在计算机中的数据，这种集成化软件系统为企业简化与重组自己的关键业务流 程提供了非常好的方法。因此，工作流最初就是作为一种面向过程的系统集成技 术而出现的，只是限于当时的计算机发展水平，其集成的功能有限。 进入2 0 世纪9 0 年代后，随着计算机与网络技术的迅速发展，尤其是i n t e r n e t 日益普及的情况下，现代企业信息系统的分布性、异构性和自治性的特征越来越 显著，相应的企业信息资源也分布在异构的计算机环境中，信息源之间的连接表 现出松散祸合的特点，这样的信息系统环境简称h a d 环境( 异构、自治、分布) 。 企业物理位置的分散性和决策制定过程的分散性特征日益明显，对日常业务活动 详细信息的需求日益提高，c s 体系结构和分布式处理技术( c o r b a ，w w w ，o l e ， j a v a ) 的广泛应用，说明了这样一个事实：集中式信息处理的时代即将成为过去， 取而代之的将是大规模的异构分布式信息处理与应用执行环境。在这种大规模的 北京t 业大学工学硕t ：学位论文 分布式环境下高效运转相互关联的任务，并且对执行的任务进行密切监控已成为 一种发展趋势。这种技术背景下，工作流管理系统也由最初的实现无纸化办公， 转而成为同化企业复杂信息环境，实现企业业务流程自动化的工具。这样的转变 把工作流技术带入了一个崭新的发展阶段【u ，使得人们从更深的层次、更广的领 域对工作流展开了研究。 为了更好地促进和规范工作流技术的发展，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 nw f m c ) 于1 9 9 3 年成立，这是一个由研究 机构和企业界共同组织的开放式、非盈利组织，其目标是通过开发公共技术和标 准来促进工作流技术的发展和应用，使工作流产品的提供商和用户都受益。 w f m c 的成立标志着工作流技术成为了计算机技术研究领域的一个独立分 支，它的研制标准、规范、概念和术语等也得到了普遍承认。 1 2 国内外的研究现状 目前，国内外对应用系统的运行监控主要针对硬件设备和网络层面。其相关 的监控体系和解决方案也比较多，技术研究和应用也比较成熟。其主要包括国际 软件平台：i b mt i v o l i 、h po p e n v i e w 、c au n i c e n t e r 等，以及国内软件游龙s i t ev i e w 、复旦光华i tv i e w 等。但是，真正实现了面向业务的系统监控平台却并不多，当 前，大型网管监控系统特定时功能强大，覆盖网络管理的计费、认证、配置、性 能和故障的各个方面。缺点是需要专业化的技术团队进行管理，投入大，实施周 期长，运营和维护比较麻烦，没有实现业务层面的监控。大型网管系统在中国失 败的例子比比皆是。同时，这些管理和监控平台大多在企业和电子商务中，在政 府部门和电子政务系统中的应用并不多。 因此，构建一种基于业务层面的可移植的和可扩展的应用系统监控体系势在 必行。国内外对这方面的研究也是方兴未艾。现在，工作流技术的出现使得这种 研究成为可能。 工作流技术，在初期主要由工作流产品开发公司推动其发展。随着在实际应 用中不断取得良好的效果而得到了人们充分的重视，并且得到了迅速的发展。在 工作流理论与实施技术方面，目前研究的内容主要包括：工作流管理系统体系 结构工作流模型与工作流定义语言工作流事务特性：研究如何实现高级事 务处理技术与工作流管理技术的结合，用定义良好的模型语义与恢复机制来提高 工作流系统的正确性与可靠性，从而能够更好的支持企业复杂的业务过程工 作流实现技术：包括面向对象技术、异构分布式计算机技术、图形化用户界面、 消息通信、数据库、w w w 等在内的与工作流系统的设计实现有关的各项技术及 方法工作流的仿真分析方法基于工作流的应用集成与互操作技术：研究异 2 第1 荦绪论 构应用系统的集成以及不同工作流系统间的互操作问题工作流与经营过程重 组：研究如何通过工作流系统的实施来支持企业快速高效地实现经营过程重组 工作流技术的其他应用【2 l 。 目前对工作流技术已经开展另外许多研究项目，取得了众多研究成果。这些 研究成果涉及上面提到的工作流管理的各个方面。在所取得的研究成果中比较著 名的有i b m 公司a l a m 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 系统一e x o t i c f m q m ，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 管理系统一m e t e o r ，基于分布式主动数据库技术的工作流管理系统一w i d e 以及 基于状态与活动图的工作流管理系统一m e n t o r i 引。 另一方面，随着i n t e r n e t 和w e b 技术的发展与普及，i n t e r n e t 逐渐和工作流技 术结合起来，使传统工作流系统的面貌焕然一新。于1 9 9 9 年后出现的基于w e b 的 工作流系统，作为工作流系统后起之秀，己经成为今天工作流产品的发展方向。 1 - 3 课题来源 本课题来源首都信息发展股份有限公司承担的北京市劳动和社会保障局社 会保险网上申报系统。 基于互联网的应用系统极大地推动了各个企业特别是各国电子政务的建设 和发展。然而，现在随着社会和信息技术的发展，企业和政府分支机构越来越多 多，组织结构和管理流程越来越复杂，对信息化办公的要求很高，事务较繁多。 以北京市为例，政府电子政务的上线项目非常多，包括政务网站群、公文流转系 统、应急指挥系统、g i s 地理信息系统、政务交互式系统、信息安全系统、邮件 系统、视频系统、业务交换平台系统、容灾备份系统等几十个业务系统。彼此系 统之间还要互相通信、进行数据交换。因而对这些应用系统进行高效管理、维护 和监控就成为迫在眉睫需要解决的问题。 而现在工作流技术的研究和发展也越来越多，其技术也越来越成熟，在实际 中的应用也越来越广。而利用工作流技术可以很好的满足上述监控的要求。它具 有如下的优势： 1 简化开发 主要是针对应用软件开发而言，它可以： ( 1 ) 降低开发风险：业务分析师和开发人员使用相同语言交谈，如状态和动作 术语，这意味着开发人员没有必要将用户需求转化成软件设计。 ( 2 ) 集中实现：业务流程经常变化，使用工作流系统的最大好处是：实现不再 是散落在各种系统中模糊整合的软件片断。 1 3 ) 加快应用开发：因为工作流系统提供大量底层a p i ，使得实现开发应用软 3 北京工业大学工学硕士学位论文 件只需要关注交互界面，而且成熟的工作流系统的代码都久经考验，使得我们开 发更快，代码更容易维护。 2 促进业务流程管理 主要是针对系统应用级而言，通过对业务流程分析并创建规范化描述，最终 将具体流程用统一的流程定义语言来描述，是一件艰苦但会有很好回报的工作， 具体的优势是： ( 1 ) 提高效率：许多业务流程自动化的结果是去除许多不必要的步骤。 ( 2 ) 更好的流程控制：通过标准的工作方法和跟踪审计，提高业务流程的管 理。 ( 3 ) 改进客户服务：流程的一致性，提高了各层次对用户响应的可预见性。 ( 4 ) 灵活性：基于流程的软件控制，使得可以重新设计以符合业务需要的变 化。 ( 5 ) 业务流程改进：聚焦业务流程，导致它们的流线性和简化性。 ( 6 ) 改进的迭代开发支持：工作流系统使得新业务流程很容易部署，业务流程 软件可以使用迭代方式开发，因此使用工作流系统使开发更有效、风险更低。 3 信息交换的统一 由于各级政府各级部门流程众多，而电子政务的一个重要任务就是促进它们 之间信息的交流，以及联合办公、协同审批等，这就要求各职能部门之间必须 要做到信息统一，这样交互才有基础。同时也有利于各级政府、不同地区之间流 程库的建立，这样有利于政务的统一与透明。国家建立电子政务统一标准的目的 也是如此。采用统一的工作流引擎可以解决这个问题。 1 4 本文的组织结构 本论文通过对国内外工作流监控技术的研究分析，参照国内外现有的工作流 监控研究成果，主要研究的是基于工作流系统的监控技术和实践。本论文主要由 四章组成： 第一章绪论。本章主要描述研究背景，国内外的研究现状，课题来源和本 文要做的主要工作。 第二章工作流监控理论与技术分析。本章主要介绍了工作流技术的相关知 识，重点介绍了利用工作流技术进行系统监控的功能要求和研究现状，以及相关 的实现技术。 第三章工作流管理系统监控设计。本章是本文的重点和核心，主要介绍了 工作流管理系统的结构设计和工作流技术中的相关模型。最后设计和实现了基于 工作流的监控系统。 4 第1 章绪论 m m 曼曼曼曼笪曼曼曼曼皇量曼曼量量量曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量曼曼量曼量曼量量曼罡曼曼曼曼曼舅曼曼曼皇喜曼曼曼曼曼曼曼曼皇皇曼曼皇曼量 第四章工作流管理系统监控部分的实现。本章根据前面章节介绍的相关工 作流的技术和理论，详细讲述和介绍了工作流管理系统的监控部分的实现。 s 北京工业大学t 学硕士学位论文 6 第2 章t 作流监控理论与技术分析 第2 章工作流监控理论与技术分析 2 1 工作流技术概述 2 1 1 工作流管理系统体系结构 工作流是实现业务过程建模、业务过程仿真分析、业务过程优化、业务过程 管理与集成从而最终实现业务过程自动化的核心技术。 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 ) 提出了有关工作流关联系统的一些规范，定义了工作流管理系统的结构及 其应用、管理工具和其他工作流管理系统之间的应用编程接口l 钔，其主要目的是 为了实现工作流技术的标准化和开发化，从而支持异构工作流管理系统与产品之 间的互操作，并且使得其它的应用可以使用该结构和定义良好的通用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 ，应用编程结构) 访问不同的工作流管理系统提供的 服务，实现与其他应用的快速有效集成。w f m c 提出的工作流管理系统的体系结 构图如下2 1 所示1 5 】，这个体系结构图给出了抽象的工作流管理系统的功能部件和 结构，它能够满足工作流管理系统和产品所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。 7 北京t 业大学工学硕： 学位论文 图2 - 1 工作流参考体系结构图 f i g u r e2 - 1w o r k f l o wr e f e r e n c ea r c h i t e c t u r e 图2 1 显示了w f m c 提出的工作流参考体系结构图。这个参考系统结构给出了 抽象的工作流管理系统的功能组成部件和结构，它能满足工作流管理系统和产品 应该具有的主要功能特征。由该图可以看出，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，包括过程 建模工具、工作流引擎、任务表管理器和用户界面。 ( 2 ) 过程控制数据：工作流管理系统中的一个或多个软件构件使用的数据， 包括过程定义、过程定义可能会引用到的组织角色模型数据、工作流控制数据、 工作流相关数据、任务表。 ( 3 ) 应用与应用数据：对于工作流管理系统来讲，它们不是工作流管理系 统的组成部分，而是属于外部系统和数据，它们被工作流系统调用来完成整个和 部分工作流管理的功能。如被工作流管理系统调用的外部应用以及这些应用所操 纵的工作流应用数据。 8 第2 章工作流监控理论与技术分析 2 1 2 工作流参考模型 工作流技术发展到今天，对工作流的技术研究以及相关的产品开发进入了一 个更为全新的阶段。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 m e t 服务等都已被容纳到工作流管理系统之中。 w f m c 发布的工作流系统参考模型( w o r k f l o wr e f e r e n c em o d e l ) 详细描述了 工作流系统的有关概念1 6 儿刀，并在此基础上给出了w f m c 的各主要组成部分、各部 分的功能及相互之间的接口，如图2 2 所示。 图2 - 2w f m c i 作流管理系统参考模型 f i g u r e2 - 2w f m cw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mr e f e r e n c em o d e l 下面对此模型做一个简要说明。 ( 1 ) 过程定义工具( p r o c e s sd e f i n i t o nt o o l s ) ：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，即被工作流引擎解释并执行的过程定义。 ( 2 ) 工作流执行服务( w o r k f l o we n a c t m e n ts e r v i c e s ) ：工作流执行服务是 工作流管理系统的核心。它实际是工作流实例系统的调度器和资源分配器【8 】。业 务过程在它的管理、监控和调度下运行。它借助于一个或多个工作流引擎，来激 活并解释流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，如流程定义的解释、流程实例控制( 创建、激活、 暂停、终止等) 、在过程各活动之间的游历( 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，为工作过程的进行提供一个运行环 境。 ( 3 ) 工作流客户应用程序( w o r k f l o wc l i e n ta p p l i c a t i o n s ) ：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干预的任务。 ( 4 ) 工作流引擎直接调用的应用( w o r k f l o wi n v o k e da p p l i c a t i o n s ) ：在工作 流任务执行过程中，有一些不需要人员参与的活动会直接启动一些应用。在简单 9 北京工业大学工学硕士学位论文 的情况下，工作流引擎使用过程模型中定义的活动信息、应用程序类型和所需要 的数据来激活应用程序。工作流执行服务在过程实例的运行过程中调用的、用以 对应用数据进行处理的应用程序。 ( 5 ) 工作流系统管理及监控工具( w o r k f l o wa d m i n i s t r a t i o n & m o n i t o r i n g t o o l s ) ：- r 作流系统管理和监控工具能对工作流在整个组织内的流动状况进行监 控，并提供一系列的管理功能，实现安全性、过程控制和授权等方面的操作。其 监控和管理范围包括用户管理、角色管理、监控管理、资源管理和过程监控管理 等。具体如：对过程模型进行实例化；对过程模型中的角色进行实例化；将运行 中的过程实例、活动实例和数据分发到各个工作流引擎中；启动、挂起、恢复和 终止过程实例【8 】；管理正在执行的过程实例，并对正常结束的过程实例的历史数 据进行统计和分析。 该模型还定义了一个可互操作的工作流管理系统实现应具备的五个结口嗍： 接口1 过程定义接口，它定义了工作流过程模型的互换格式和读写操作a p i ；接口 2 和3 为应用编程接口，它约定了客户方应用和工作流执行服务之间的操作方式； 接e 1 4 为互操作接口，它定义了不同工作流管理系统之间进行信息交换的接口； 接i z l5 为系统管理和监控接口，它主要是为实现对工作流系统的管理和监控而定 义的。 2 1 3 工作流模型和建模工具 工作流模型包含了描述一个能够由工作流执行系统执行的过程所需要的所 有信息。这些信息包含过程的开始和完成、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、工作流引擎和应用关系， 以及所有与工作流相关的数据的定义。过程定义可能引用组织角色模型中关于 组织结构、组织中的角色等信息。这样在进行过程中活动或对象的定义时，不仅 可以指定某个特定的人是这个活动或信息对象的参与者，而且可以将活动或信息 对象与组织实体或角色功能进行关联。w f m c 在工作流建模方面开展了两方面的 工作：一是定义了一个原模型；二是定义了一套可以在工作流管理系统之间，管 理系统与建模工具之间交互过程模型定义的接口。w f m c 定义的过程元模型1 0 】1 1 1 1 如图2 3 所示： 第2 章工作流监控理论与技术分析 图2 3w f m c 定义的过程元模型 f i g u r e2 - 3w f m c p r o c e s sd e f i n i t i o nm e t am o d e l 该元模型描述了工作流模型内部包含的各个对象、对象之间的关系以及对象 的属性。由该元模型可以看出，过程定义元模型的核心是活动。工作流定义与活 动、工作流相关数据之间是一对多的关系，即一个工作流定义由多个活动与多个 工作流相关数据组成。活动、角色、工作流相关数据、需要激活的应用程序、转 化条件之间都是多对多关系。如一个活动可以引用多个角色，一个工作流相关数 据可以被多个活动使用。 基于上述元模型，w f m c 定义了一个工作流模型的文本描述语言，即工作流 过程定义语言( w p d l - w o r k f l o wp r o c e s sd e f i n i t i o nl a n g u a g e ) ，作为一个标准、通 用的工作流定义语言，w p d l 定义了一个最小集合的工作流建模实体与属性，提 供了一般意义下的公共交换格式。基于这一模型，不同厂商的工作流管理系统之 间可以方便的交换模型信息，从而实现互操作。 随着x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 的广泛使用，以w p d l 为基础，w f m c 又于2 0 0 1 年5 月2 2 日发布了基于x m l 的工作流过程定义语言x p d l ，并给出了工作 流模型文件的d t d ( d o c u m e n tt v p ed e f i n i t i o n ) 蚴。该d t d 详细的给出了定义一个 工作流模型所需要的建模实体、各模型实体的属性以及它们之间的关系，x p d l 格式的模型文件本质上就是一个符合x p d ld t d 的x m l 文件。 北京工业大学工学硕士学位论文 2 1 4 工作流执行服务和工作流引擎 工作流执行服务由一个或者多个工作流引擎组成，它提供了过程实例执行的 运行环境，主要完成如下功能： ( 1 ) 实例化及执行过程模型：解释流程过程的定义，根据过程执行需要的 初始条件和执行参数生成过程实例，运行过程实例并管理其运行过程。 ( 2 ) 为过程和活动的执行导航：根据过程定义和工作流相关数据，为过程 实例的执行进行导航，如根据过程的进入和退出条件启动和终止一个过程实例； 根据活动之间的关联和活动的执行条件，决定并行或串行执行其后续活动等。 ( 3 ) 与外部资源交互完成各项活动：工作流执行服务通过两种途径完成与 外部资源和用户的交互；客户应用接口和直接调用应用接口方式。对于客户应用 方式，工作流引擎通过任务列表管理器对应用的执行进行管理。任务项列表管理 器提供任务项列表供用户进行选择，并记录监督工作项的完成情况。对于直接由 工作流引擎启动的活动，由工作流直接调用相应的应用来完成，这些自动执行的 应用同样需要将适合的预先定义好的应用执行完成情况反馈给工作流引擎。 ( 4 ) 维护工作流控制数据和工作流相关数据：工作流在执行过程中要维护 不同的过程和活动实例的内部状态信息，以及用于协调和恢复的各种检查数据和 恢复重启信息，还包括用户传递的必要的相关数据。 工作流引擎是一个为工作流实例的实施和执行提供运行服务环境的软件，他 是巩固工作流执行服务的核心，是执行流程过程的”业务操作系统”的内核。从提 供的功能上看，它主要完成以下任务： ( 1 ) 对过程定义进行解释。 ( 2 ) 控制过程实例的创建、激活、挂起和终止等。 ( 3 ) 控制活动实例间的转换，包括串行或并行的操作、工作流相关数据的 解释等。 ( 4 ) 提供支持用户操作的接口。 ( 5 ) 维护工作流控制数据和工作流相关数据，在应用或用户间传递工作流 相关数据。 ( 6 ) 提供拥有激活外部应用程序和访问工作流相关数据的接口。 ( 7 ) 提供控制、管理和监督工作流过程实例执行情况的功能。 2 1 5 系统管理和监控工具 系统管理与监控是复杂软件系统一个非常重要的功能。在实际应用，尤其是 在企业应用中，系统在运行过程中不可避免地会出现许多意外情况，正确及时地 1 2 第2 章工作流监摔理论与技术分析 处理这些意外情况对于保证应用系统良好运行具有十分重要的意义。除了在系统 设计实施中充分考虑各种情况，提高应用系统的可靠性和鲁棒性外，提供良好的 系统管理与监控工具对于提高系统的应变能力，充分发挥用户处理复杂问题的聪 明才智是一个有效的方法。 工作流系统管理与监控工具能够对工作流在整个组织内的流动状况进行监 视，并提供一系列的管理功能，实现安全性、过程控制和授权操作等方面的管理 l 蚓。 它包括以下几个方面的功能： ( 1 ) 建立、设置和优化组成工作流管理系统的各个软件。 ( 2 ) 对过程模型进行实例化。 ( 3 ) 将过程模型中的角色实例化。 ( 4 ) 启动、挂起、恢复和终止过程实例。 ( 5 ) 管理正在执行的过程实例，并对正常结束或异常退出的过程实例的历史 数据进行统计和分析。 图2 4 给出了工作流系统管理与监控的接口结构。 - 资源管理 角色管理 过程空出管理 图2 - 4 工作流系统管理与监控接口结构 f i g u r e2 - 4w o r k f l o wm a n a g e m e n ta n dm o n i t o r i n gi n t e r f a c es t r u c t u r e 2 2 工作流监控的功能要求 工作流的生命周期是四个步骤的循环。目前主流的工作流管理系统都支持对 工作流生命周期进行管理。这四个步骤分别是： 北京工业大学工学硕士学位论文 1 过程分析与设计：建模人员基于业务需求及过程程相关知识，设计新过程或 分析对己有过程的改进。工作流管理系统通常会提供建模工具，协助过程设计人 员完成过程的设计和修改。 2 过程的实现：过程模型被翻译为过程引擎可以理解的过程定义语言，保存到 过程数据库里。本步骤为分析阶段和执行阶段的过渡，使过程引擎每次执行过程 时，不必再做同样耗时的翻译工作。 3 过程的执行及监视：过程的执行是过程引擎解释过程定义语言的过程。不同 过程或者同一过程的不同实例在引擎中能够被并发执行。过程实例的执行本质上 是该过程的不同活动实例执行的过程。过程实例及活动实例的监视为管理人员打 开了一个了解引擎运行状况的窗口。 4 过程的控制：工作流引擎运行后，产生了大量的审计数据，它们是该阶段的 输入，通过对审计数据的分析，了解过程运行情况，发现潜在问题。 过程生命周期中，过程的监视和控制起着关键的作用。它们是过程管理人员 了解过程执行情况的途径，是对审计数据进行收集和分析的途径，同时也是生命 周期中重要的反馈，因此是过程生命周期得以延续的原因。系统在运行过程中不 可避免地会出现许多意外情况。除了在系统设计实施中充分考虑各种情况，提高 应用系统的可靠性和鲁棒性之外，提供良好的监控功能对于提高系统的应变能力 是一个非常有效的方法。 工作流监控应能适应监控人员在监控过程中所提出的各种要求。对工作流监 控通常有以下几点要求： 1 能够实时记录工作流管理系统中业务过程的推进轨迹、执行状态的变化 和运行结果，即实现数据存储功能。 2 能够将系统中业务过程的推进变化，实时地显示出来，即实现实时显示 功能。 3 能够对审计数据进行分析，了解流程运行情况，发现潜在问题。 4 设计要具有可复用性和扩展性，只需经过简单的配置，监控工具既能够 和工作流引擎集中在一台机器上运行，也能够和分布的工作流引擎一样，单独分 布在一台计算机上运行，既符合w f m c 的接口要求。 5 实时查询功能运行在前台客户端，而工作流监控部分运行在后台服务器。 2 - 3 工作流监控的研究现状 工作流技术是办公信息系统和数据库系统中最热门的技术之一。工作流技术 的发展可总结为以下两种现象：不断强大的网络互联的个人计算工具和不断出现 的大规模复杂的工作流应用。进一步说，工作流技术正在不断改变以适应这些变 1 4 第2 章工作流监控理论与技术分析 化趋势。这些改变引起了嵌入到工作流执行组件中的工作流监控功能的改变，在 分布式工作流系统中的工作流监控功能是一个系统独立的组件所必需的，而且是 在基于w e b 的环境下实现的。工作流管理系统的架构越分布，工作流监控的功能 越扩展，而且在改善系统的完整性上起着重要作用。 目前，工作流监控这个领域的研究大部分集中在对工作流运行日志的描述 上。主要是提供一些记录和管理工作流运行日志的方法和技巧。如有的文献p 4 讨论了分布式应用历史数据的管理，提出一些分布式的数据存储和数据查询的方 法问题。有的文献n 5 l 提出一个跟踪所有分布式工作流管理系统历史信息的方法， 当前和以往的工作流实例被存储在一个数据库中，可以随时进行查询和分析。 另外一些研究小组建立了基于a g e n t 的方法。x ua n dw a n g 开发了一个基于 a g e n t 的框架，其中许多不同的智6 眍。a g e n t 自动执行，而且相互合作执行工作流监 控任务。z e n g 等n 6 1 也开发了监控a g e n t ，它们有能力将自己迁移到远程站点，在 那里执行相应的监控任务。文献n 7 懈决了基于多a g e n t 系统( m a s ) 的各种显示、监 控和分析的问题。 在工作流服务中，个性化概念n 暑1 9 】的使用是另一个让人感兴趣的方法。c h u n 等【2 0 】【2 1 1 提出了一个动态组成工作流的新方法，它是将居民定制好的政府服务发送 给他们。在提出的方法中一系列条件和行动规则来自于