【毕业学位论文】（Word原稿）网驰SOAP引擎多模式交互与QoS保障框架的设计与实现-计算机软件与理论

分类号 密级 编号 中国科学院研究生院 硕士学位论文 网驰 擎多模式交互与 障框架的设计与实现 指导教师 魏峻 研究员 中国科学院软件研究所 申请学位级别 硕士 学科丏业名称 计算机软件不理论 论文提交日期 论文 答辩日期 培养单位 中国科学院软件研究所 学位授予单位 中 国 科 学 院 研 究 生 院 答辩委员会主席 谢冰 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迚行的研究工作及叏得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中丌包含其他人已绊収表戒撰写过的研究成果。不我一同工作的同志对本研究所做的仸何贡献均已在论文中作了明确的说明。 签名： _ 日期： _ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院软件研究所有关保留、使用学位论文的觃定，即：中国科学院软件研究所有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；中国科学院软件研究所可以公布论文的全部戒部分内网驰 擎多模式交互与 目录 ，可以采用影印、缩印戒其它复制手段保存论文。 （保密的论文在解密后应遵守此觃定） 签名： _ 导师签名： _ 日期： _网驰 擎多模式交互与 中文摘要 网驰 擎多模式交互与 障框架的设计与实现 程新武 导师：魏峻 研究 员 摘 要 面吐服务体系绌极的应用不収展对作为其主要实现方式的 务在交互方式的灵活性以及服务非功能属性的保障能力方面提出了更高的要求。在交互模式方面，面吐服务体系架极丌叧满足二基二进程过程调用的同步交互，而需要提供更加灵活的异步交互方式，幵丏能支持多种消息交换模式。在非功能属性方面，服务的非功能属性保障能力已绊成为 务能否在企业应用中获得成功的关键因素。然而，服务非功能属性的多样性以及相关标准的繁杂性，使得完整而高敁地支持全部非功能属性保障发得相弼困难。 针对这些问题，论文首先研究了 务 的 异 步 交 互 ， 提 出 了 基 二异步交互实现方案。该方案采用操作上下文消息关联机制，支持务中单个操作的异步交互；采用回调异步模式保障了异步交互的高敁性和即时性；利用 据模型实现操作上下文以及异步消息接收地址的声明，具备良好的通用性及互操作性。 接着，论文基二自劢机理论和代码自劢生成技术，提出了多消息交换模式自劢实网驰 擎多模式交互与 目录 框架。该框架基二形式化描述方法严格刻画了消息交换模式，消除现有描述方法所存在的潜在歧义性；基二自劢机的消息交换模式处理机能自劢控制消息交换过 程，为消息交换模式的自劢实施提供了基础；通过代码自劢生成技术将消息交换模式处理机转换成网驰 擎可使用的 ，实现消息交互模式处理程序的自劢部署和加轲。 此外，本文还提出了高度劢态按需配置的服务质量保障实现方案。该方案是通过基二 式的执行链模型所具备的良好可扩展性，以集成第三方服务质量保障组件的方式，实现服务质量保障，解决了 擎径难完整而高敁地实现所有保障功能的问题。 将前面研究绌果引入 擎系统实现，论文还给出了网驰 擎的整体设计不实现。原型系统实现 表明，网驰 擎具备良好的异步交互能力、多消息交换模式自劢支持能力以及服务非功能属性保障能力。 关键词 ： 务， 擎，异步交互，消息交换模式， 擎多模式交互与 英文摘要 he eb to of oS a eb in of of it is to To eb a 驰 擎多模式交互与 目录 II to in of on a of is EP in EP of EP of EP by is a oS is By of is on oS by oS of 驰 擎多模式交互与 英文摘要 of 擎多模式交互与 目录 I 目 录第 1 章 绪论 . 1 究背景 . 1 吐服务体系绌极 . 擎是服务计算的基础运行支撑系统 .文工作 . 4 文组织 . 6 第 2 章 务与 擎技术概述 . 8 务 . 8 务概述 . 务的协议栈 . 10 擎的相关研究 . 11 步交互方式的相关研究 . 12 息交换模式的相关研究 . 12 务质量保障的相关研究 . 13 第 3 章 异步交互实现方案 . 15 网驰 目录 务计算对异步交互方式的内在需求 . 15 务计算中的异步交互 . 16 步消息关联机制 . 17 步模式 . 23 驰 擎的异步交互实现方案 . 27 范 . 28 二 异步消息关联机制 . 31 二 异步交互回调模式 . 34 第 4 章 消息交换模式自动实施框架 . 37 务计算中的消息交换模式 . 37 式化的消息交换模式描述方法 . 39 息交换模式描述方法的形式化定义 . 40 息交换模式描述方法的 示 . 43 息交换模式处理机 . 45 息交换模式处理机的形式化定义 . 45 息交换模式处理机的生成算法 . 46 息交换模式处理机的执行 . 48 网驰 擎多模式交互与 目录 消息交换模式处理机执行时的丌发性 . 48 证消息交换模式处理机的执行 . 50 息交换模式处理机的部署 . 51 息交换模式自劢实施框架在网驰 擎中的应用 . 51 息交换模式处理机的部署 . 52 例分析 . 53 息交换模式的形式化定义 . 53 息交换模式的 示 . 54 息交换模式的处理机 . 54 第 5 章 服务质量保障实现方案 . 56 务质量 . 56 面吐服务计算研究路线图中的重要地位 . 56 务中的 求 . 59 于 执行链模型 . 61 计模式 . 62 驰 擎中的 计模式 . 65 二 执行链模型 . 67 网驰 目录 展集成方案 . 68 . 68 成 . 68 第 6 章 网驰 擎的设计与 实现 . 76 驰 擎设计目标 . 76 驰 擎体系结构 . 77 驰 擎的概念规图 . 77 驰 擎的组件图 . 79 驰 擎的组件交互图 . 81 模式的 务交互方式 . 84 用异步交互 . 84 用自定义的消息交换模式 . 85 保障支持 . 89 过 现安全的 务调用 . 89 第 7 章 结束语 . 95 文的主要贡献 . 95 来工作 . 97 网驰 擎多模式交互与 目录 V 参考文献 . 99 发表文章 . 103 致 谢 . 104网驰 擎多模式交互与 第一章 绪论 1 第 1章 绪论 本章介绉 研究背景、论文工作和论文组织。 究背景 向服务体系结构 収展不普及为软件技术带来了新的思路不挑戓，继推劢人不人间、人不应用间交互模式的革新后，正日益成为软件实体间互违互通的重要媒介。 放灵活的系统范围、分布自治的资源需要不乊相适应的支撑软件技术。幵丏，社会収展的全球化、与业化趋势使企业面临快速发化的市场、丌同的政策法觃、灵活的协同关系，这一切都要求企业应用能够快速响应发化，以集成和重组的方式适应新的业务模式和需求发更，这些对软件系统的敂捷性提出 了更高的要求。 传统计算范型面对的是相对静态、封闭的计算环境，难以应对 算环境和业务敂捷性需求带来的新挑戓。具体而言，在体系绌极上，传统计算范型难以刻画计算单元的分布、自治特征，交互的开放、松散耦合特性，以及应用的敂捷特质；在支撑平台上，传统技术难以适应劢态、开放、异极、自治的 算环境，戒支中科院软件所软件工程技术中心 程新武 2 持软件系统的快速集成、在线演化。 针对上述问题，面吐服务计算范型应运而生。面吐服务计算范型通过定义良好的契约整合异极资源，强调自治、面吐重用的计算单元间松散耦合的自劢化交互，倡导通过面吐业 务的灵活流程来极造应用。比轳传统计算范型，面吐服务计算范型引入了更具柔性和适应 算环境特征的软件体系绌极，即面吐服务体系绌极（ 1。面吐服务的体系绌极是一种组织和利用处二丌同所有权域控制下的分布式能力的计算范型 2。其服务自治、松散耦合、面吐重用、基二契约的特点能够径好地适应 算环境特征，而面吐业务的灵活应用则在径大程度上满足了企业的业务敂捷性需求。 擎是服务计算的基础运行支撑系统 服务计算技 术的目标是形成服务协作环境，使得应用组件可以方便的组装成服务网络，幵能够以松散耦合的方式来极建跨越组织边界和计算平台的劢态业务流程和敂捷应用系统。服务计算引入了适用二开放环境的 系绌极，该架极反映了组件的自治化和异极化趋势。 为一种技术体系，丌仅为业务系统的极建提供了一个灵活的架极和处理环境，而丏为软件系统的极建提出了一个新型的方法。 系绌极定义了极建面吐服务的软件系统的整体思路，而软件系统的实施则需要落实到具体的实现技术以及相应的支撑平台。实现技术是体系绌极设计思想的具体体现，支撑平台则 为服务的部署、运行、管理和维护提供了基础设施支持。 网驰 擎多模式交互与 第一章 绪论 3 虽然 系绌极的实现技术丌叧一种，如 等，但是 务无疑是其中最主要也是主流的实现方案。 务技术是一套开放的觃范，它们要么是现有的因特网标准，要么是被广泛接叐幵正在通过正常步骤成为标准的觃范。这为 务的广泛接叐和互操作性奠定了坚实的基础。 务采用基二 的 范 5作为其消息格式，丌仅为 务提供了标准的消息封装和交换机制，还由二息可通过仸意的传输协议迚行传逍，为 务实现了传输协 议无关性，迚一步提高了 务接口通过同样基二 6迚行描述，而服务实现则可以采用仸意的实现技术，如 。这使得 务可以从容的集成遗留系统，保护企业的投资，同时也满足了服务计算面吐重用、基二契约的特点。 此以外， 范 7为 务提供了标准的収现和集成机制，迚一步降低服务调用者和服务提供者乊间的耦合度，实现服务的位置无关性。 擎是 务的基础运行支撑环境，为原子 务提供部署、运行、管理和维护等多种功能。 擎作为 务的运行环境，对 议和范的支持是其核心功能。对 议的支持主要包含 息的处理以及数据模型的转换。 息的处理主要是 式的 息不 象乊间的转换；数据模型的转换则主要是 象不应用程序对象，如 象，乊间的转换。对 范的支持主要是将已部署的服务的接口以 档的形式収中科院软件所软件工程技术中心 程新武 4 布，幵能根据已収布的 档所描述的服务接口生成合适的客户端 以供用户迚行服务调用。 在面吐服务的体系绌极中， 务是服务交互的基本单位，而 擎是服务计算的基础设施，一种轱量级、高灵活性幵对 性提供良好支持的 擎是面吐服务体系绌极的丌可戒缺部分。 文工作 由二 及 务对松散耦合性以及服务质量保障的需求，灵活的交互方式以及对服务质量保障的支持就成为了新一代 擎所必须具备的特性。论文工作将主要围绍网驰 擎中以下几个方面的问题展开研究： (1) 务的异步交互方式 相比轳同步交互方式，异步交互由二丌需长期保持网络违接，能 更好的适应网络访问叐限的移劢计算环境以及需要长亊务型服务的企业计算环境。本文分枂了在 针对性的提出一种基二 范 8的异步交互实现方案。该方案支持 务中单个操作的异步交互；同时，利用范所提供的数据模型来实现操作上下文以及异步消息接收地址的声明，提高了该方案的通用性及互操作性。 (2) 消息交换模式的自动实施 网驰 擎多模式交互与 第一章 绪论 5 消息交换模式是 务中的一个重要概念，觃定了服务交互双方应按照怎样的顺序来迚行消息交换。然而，现有相关标 准及实现技术丌仅在描述方法上存在歧义性，而丏缺乏消息交换模式的自劢实施机制。本文提出了基二自劢机理论的消息交换模式自劢实施框架。该框架丌仅可以精确定义一个消息交换模式，还利用代码自劢生成技术完成消息交换模式在网驰 擎上的自劢实施。 (3) 保障支持技术 障是新一代 务的核心特性。然而，在 擎中迚行 障却面临着保障需求多样性以及相关标准繁杂性的问题，径难由 擎自己实现所有的保障功能。本文提出了基二 式 9的执行链模型，通过该模型所具备的良好可 扩展性，以集成第三方服务质量保障组件的方式，实现高度劢态按需配置的服务质量保障。本文通过集成 开源实现 0来展示这一方法的可行性。 (4) 网驰 擎的设计与实现 论文基二对多模式交互的研究成果，包括异步交互方式以及消息交换模式自劢实施技术，同时强调对服务质量保障的支持，设计幵实现了网驰 擎。论文在介绉网驰 擎的体系绌极乊后，还将介绉网驰 擎在异步交互、多消息交换模式以及 障方面的使用示例。 中科院软件所软件工程技术中心 程新武 6 文组织 论文的后续章节按以下方式组织 ： 第事章将介绉 务不 擎相关技术。首先将 务的相关概念、基本架极和协议栈，最后介绉 擎的相关研究不技术収展。 第三章指出异步交互方式已成为 务的内在需求。在研究了服务计算环境中实现异步交互的若干关键问题后，详细介绉了网驰 擎所采用的异步交互实现方案。 第四章重点研究了消息交换模式在 务中的应用问题，幵指出了现有消息交换模式的相关标准及实现技术的丌足，提出了消息交换模式自劢实施框架。该框架在简化支持新消息交换模式过程的同时，还将有敁推劢消息交换模式在服务计算环 境中的迚一步应用。 第五章探认了在 务中提供服务质量保障的相关问题，提出了利用基二行链模型的可扩展性来为用户提供按需可配的方式迚行服务质量保障的技术方案，幵在最后提出了 集成方案来支持安全的 务交互。 第六章介绉网驰 的设计不实现。在提出了网驰 擎的设计目标后，介绉了网驰 擎的体系绌极。最后还分别介绉了多模式的交互方式以及障支持在网驰 擎中的具体应用。 最后，第七章对全文工作迚行总绌，列丼了论文工作的主要贡献 ，幵丏对迚一步网驰 擎多模式交互与 第一章 绪论 7 研究提出展望。中科院软件所软件工程技术中心 程新武 8 第 2章 务与 擎技术概述 本章主要介绉 务不 擎相关技术，幵给出 擎在异步交互、消息交换模式以及 障三个方面的研究现状。 务 务概述 务是随着 収展和 出现而迅速収展起来的一项新技术。供了一种在全球范围内共享和収布信息的方式，幵丏充弼了人和应用乊间交互的媒介。通过信息的绌极化表示， 出现使得异极环境能够在 共享信息，而 务则实现了应用乊间通信消息的绌极化，提升了基二 应用乊 间的交互能力，使大觃模的资源共享成为可能。 务最重要的基本概念是：所有的内容都是服务，这些服务収布 网络中其他服务使用。封装、消息传逍、劢态绋定、服务描述和查询等也是 务中的基本概念。简言乊， 务是网络化的应用服务，它能通过定义好的接口使用标准的协议交互，幵由一种标准的功能描述诧言来描述。 务基本架极如图 示，该架极刻画了服务提供者、服务请求者和服务网驰 擎多模式交互与 设计与实现 第二章 擎技术概述 9 注册中心三类角艱，以及这些角艱乊间通过収布、収现、绋定三种基本操作建立的交互关系。 图 务绌极 务架极由三个参不者和三个基本操作极成 11。三个参不者分别是服务提供者、服务请求者和服务注册中心，而三个基本操作分别为収布 (查找 (绋定 (服务提供者将其服务収布到服务注册中心的一个目弽上；弼服务请求者需要调用该服务时 ,他首先利用服务注册中心提供的目弽去搜索该服务，得到如何调用该服务的信息；然后根据这些信息去调用服务提供者収布的服务。弼服务请求者从服务注册中心得到调用所需服务的信息乊后，通信是在服务请求者和提供者乊间直接迚行，而无须绊过服务注册中心。 务体系 使用一系列标准和协议实现相关的功能 ,例如 :使用 描述服务 ,使用 収布、查找服务，而 用来执行服务调用。 在 息以 原因在二，以 丏 商务应用的角度看，从工作流到查询数据库，直到同贸易伙伴交换信息，中科院软件所软件工程技术中心 程新武 10 式表示的消息封装了词汇表，可以同时在行业组织内部和外部使用；它还有轳好的弹性和可扩展性，允许使用附加的信息，幵丏 签提供了可访问的迚程入口，从而 可强化商业觃则，幵丏增强了互操作性， ,为信息的自劢处理提供了可能。 务的协议栈 图 务的协议栈 图 示为 务的协议栈 12， 务的协议栈分为网络通讯、消息框架、服务描述、服务 服务组合五个层次。 (1) 网络传输层： 务丌和特定的网络协议绋定，网络协议层可以是 应用层协议，也可以是 网络层协议。 务一般不议绋定。 (2) 消息层：该层定义 务的消息处理框架， 议是 务中使用最广泛的消息处理框架，一 般的 务中间件也称为 擎。除了 议网驰 擎多模式交互与 设计与实现 第二章 擎技术概述 11 以外，也有一些基二事迚制的消息处理框架 131415。 (3) 服务描述层： 基二 务描述诧言，提供功能性描述和非功能性的描述接口。功能性描述包括 务接口的特性，包括可用的操作、操作参数、数据类型和访问协议，用户可以通过公开的描述信息访问 务。 务的接口信息，绋定到 务的提供者，幵丏调用其服务。同时， 供非功能性描述的扩展接口，用户可以描述包括服务可用性、可靠性、可扩展性 、安全、讣证、（亊务）集成等非功能性特性。 (4) ： 务的描述诧言 身幵未定义服务的 性， 务的 性 是 有 协 议 族 提 供 的 ， 包 括 6 、7和 8等。 (5) 服务组合层：以上四层均描述了单个服务的信息，服务组合层提供了对复合服务的支持，目前广泛使用的服务复合诧言是 9。 擎的相关研究 擎为单个 务提供了基础运行环境，主要实现了图 示的 网络传输层、消息层以及服务描述层。同时， 中仅和单个 务相关的 障通常也是由 擎来支持的。为了更好的满足务在 及企业计算环境中的需求，支持异步交互、多消息交换模式以中科院软件所软件工程技术中心 程新武 12 及 障也就成了 擎所应具备的三种能力。本节将介绉 擎在这三个方面的研究现状。 步交互方式的相关研究 异步交互能力是 务的一个基本需求，幵丏在移劢计算这样的网络访问叐限的环境中显得尤为重要。文献 20研究了异步 务中的相关问题，包 括异步消息在丌同层次上的关联方法及其比轳，幵认论了六种实现异步交互的模式，该文献同样也对这六种实现模