（计算机应用技术专业论文）异构服务组装执行引擎的设计及关键技术研究.pdf

摘要 软件技术的迅速发展，促使服务的类型和数量不断增加，造成网 络上存在大量动态、异构的服务资源。如何将这些资源有效组织，完 成功能更强大、更完整的应用需求，成为当前服务组装研究的热点。 工作流技术在流程驱动方面具有协调各种应用、处理过程自动化等特 点，被广泛用于服务组装过程中的流程调度。然而，目前的工作流引 擎普遍缺乏对异构服务组装资源动态、异构的支持，本文针对这种不 足，设计了一种面向异构服务的执行引擎。 活动的状态是流程调度过程中与活动联系最紧密的属性，本文充 分利用活动的状态信息，设计了基于状态驱动的活动调度机制。定义 活动触发的三个使能条件：控制使能、参数使能和自定义使能，通过 使能条件衡量活动实例的状态，当活动触发的使能条件满足，服务实 例被驱动，服务的驱动带来控制的转移和参数的传递，促使下一个服 务触发的使能条件满足，如此带动流程执行的推进。 其次，流程的调度执行是数据流和控制流共同作用的结果，而数 据流的转移是通过参数的传递实现的，参数传递的关键是确定源参数 与目标参数的唯一绑定关系。本文从参数名称和参数类型两个方面进 行分析，通过基于语义相似度的参数匹配，确定参数间源参数到目标 参数的绑定关系，并通过实例介绍了参数绑定的过程。 最后，执行引擎良好的容错机制是服务组装平台稳定运行的重要 保障。本文对异构服务组装中出现的故障进行分类，按照故障对流程 的影响分为暂时性故障和永久性故障，针对这两种情况分别采用基于 代理的二次驱动和面向事务的服务替换策略，对故障进行屏蔽。 关键词异构服务，服务组装，执行引擎，状态驱动 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o f t w a r et e c h n o l o g y , c o n t r i b u t e st ot h e i n c r e a s i n go fs e r v i c e si nt y p ea n dq u a n t i t y , a n da l s oc a u s e se m e r g i n go f m a n yd y n a m i c ，h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e so nt h en e t w o r k h o wo r g a n i z e t h e s er e s o u r c e se f f e c t i v e l yt ot u r nt h e mi n t om o r e p o w e r f u l ，m o r e c o m p l e t ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s ，i st h eh o ts p o to fc u r r e n ts e r v i c e s c o m p o s i t i o n b e c a u s e w o r k f l o wh a s m a n yc h a r a c t e r i s t i c s s u c ha s c o o r d i n a t i n ga p p l i c a t i o n s ，p r o c e s s i n g a u t o m a t i o ni n p r o c e s s d r i v e n t e c h n o l o g y , s o i th a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ep r o c e s so fs e r v i c e s c o m p o s i t i o n h o w e v e r , t h ew o r k f l o we n g i n et o ag e n e r a ll a c ko ft h e s u p p o r t f o rd y n a m i c ，h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e s ，t h i st h e s i s d e s i g n sa h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e o r i e n t e de n g i n ef o rs e r v i c e sc o m p o s i t i o nt ot h e s e l i m i t a t i o n s t h es t a t eo fa c t i v i t i e si sap r o p e r t ym o s tc l o s e l ya s s o c i a t e dw i t ht h e a c t i v i t i e si nt h ep r o c e s so fs e r v i c e sc o m p o s i t i o n w et a k ef u l la d v a n t a g e o ft h es t a t ei n f o r m a t i o n ，a n dd e s i g nas t a t e - d r i v e nm e c h a n i s mf o r s c h e d u l i n ga c t i v i t i e s d e f i n i n gt h r e ee n a b l ec o n d i t i o n st h a tc a nt r i g g e r a c t i v i t i e s ：e n a b l ec o n d i t i o nf o rc o n t r o l ，p a r a m e t e r sa n du s e r - d e f i n e d s o t h es t a t eo fa c t i v i t i e sc a nb em e a s u r e dt h r o u g ht h e s ec o n d i t i o n s v 订l l e nt h e t r i g g e rc o n d i t i o n so fa c t i v i t i e s c a l lb em e t ，s e r v i c e sb e i n gd r i v e n , s e r v i c e d r i v e nb r i n g sa b o u tt h et r a n s f e ro fc o n t r o la n dt h et r a n s m i s s i o no f p a r a m e t e r s ，a n dt r i g g e r st h en e x ts e r v i c eu n d e rt h ec o n d i t i o n st h a tc a nb e m e t ，s ol e a dt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s st of u r t h e ra d v a n c e s e c o n d ，t h es c h e d u l i n go fp r o c e s si st h et h ec o m m o nr e s u l t so ft h e d a t af l o wa n dt h ec o n t r o lf l o w , a n dt h ed a t af l o wi sc a r r i e do u tt h r o u g h t h et r a n s f e ro fc o n t r o la n d p a r a m e t e r s t h ek e y o fp a r a m e t e r s t r a n s m i s s i o ni st od e t e r m i n et h eo n l ys o u r c eo ft h eb i n d i n gr e l a t i o n s h i p t h i st h e s i sa n a l y s i sf r o mt w os i d e s ：t h en a m eo f p a r a m e t e r sa n dt h et y p e o fp a r a m e t e r s ，d e t e r m i n e st h eb i n d i n gr e l a t i o n s h i po fs o u r c ea n da i mb y m a t c h i n gt h ep a r a m e t e r sb a s e do nt h es e m a n t i cs i m i l a r i t y , a n di n t r o d u c e s t h eb i n d i n g p r o c e s st h r o u g he x a m p l e s f i n a l l y , ag o o df a u l t - t o l e r a n tm e c h a n i s mi sa l li m p o r t a n ts a f e g u a r df o r s t a b l eo p e r a t i o no fs e r v i c e sc o m p o s i t i o np l a t f o r m t h ee x c e p t i o n si nt h e p r o c e s so fh e t e r o g e n e o u ss e r v i c e sc o m p o s i t i o na r ed i v i d e di n t ot w os o r t s i na c c o r d a n c et ot h ei m p a c t ，a n da r eb o t hg i v e nt h ed i f f e r e n ts o l u t i o n ：t h e s e c o n dd r i v i n gb a s e do n a g e n t sa n ds e r v i c e o r i e n t e dr e p l a c e k e yw o r d s h e t e r o g e n e o u ss e r v i c e s ，s e r v i c e sc o m p o s i t i o n ，e x c u t e e n g i n e ，s t a t e - d r i v e n u l 原创性声明 、本人声明，所呈交的学位论文是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，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 酗一 日期：j 型! l 年月上日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：毽! 垒葺导师签名瞄日期：旦年月上日 硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题研究背景及意义 第一章。绪论弟一早硒丫匕 2 0 世纪9 0 年代以来，i n t e m e t 迅速发展成为当今世界上覆盖面最广、规模 最大、信息资源最丰富的计算机信息网络，深刻地改变了传统的技术应用和产业 模式。i n t e r n e t 为一个技术复杂的网络平台，促进了新的底层技术、新的操作系 统、新的编程语言、新的软件开发方法学和新的应用领域的出现，为更有效地进 行i n t e m e t 上的软件开发，充分利用i n t e m e t 的潜力，软件形态也必须适应和利 用这种变化，需要屏蔽网络的复杂性和异构性，使人们能够跨越网络透明地访问 各种信息资源并协同处理。 节奏快捷的社会与市场运作，为现代企业带来了面对瞬息万变的市场需求以 及应对突发事件等问题的强大压力，组织内和组织间信息的互连互通、应用集成 也因此成为提高竞争力、适应力的关键。企业n 架构中单个应用程序是无法包 容业务用户的各种需求的，即使是一个大型e r p 解决方案，仍然不能满足这个 需求的不断膨胀和变化。当前，在信息化建设项目中，服务增值己经成为一种赢 得市场和商机的竞争能力，增值服务成为软件商重要的获利点。经济竞争的加剧 和市场的扩大需要企业能够对市场和用户需求的变化快速反应，这要求企业应用 系统能够利用已有的服务来动态组合出新的服务，从而能够提供更强大、更完整 的业务功能，服务组合问题的提出是应用需求驱动的结果，目前已成为工业界和 学术界研究的热点问题【i 2 3 4 l 。 、j 现在网络面临的问题可以归结为服务定制、资源控制和用户管理三大类【5 】， 围绕这一问题，不少技术应运而生早期有在对象级别的重用，随后有构件级别 的组合暇7 暑9 l ，当前正在迅速发展的是基于开放标准_ 特别是w 曲标准的服务 组合。随着电子商务的迅速崛起，w e b 应用从局部化发展到全球化，从 b 2 c ( b u s i n e s s t o c u s t o m e r ) 发展到b 2 b c o u s i n e s s t o - b u s i n e s s ) ，从集中式发展到分布 式w e b 服务作为一种新兴的w e b 应用模式，是，个崭新的分布式计算模型，是 w e b 上数据和信息集成的有效机制【1 0 1 。同时，随着m i c r o s o f t 和s u n 公司分别提 出他们的分布式计算平台n e t 和j 2 e e ，以及c o r b a 组件规范，这种软件发行 趋势已经趋向明朗，随之而来的是在i n t e m e t 上分布大量的异构服务以及为之服 务的网络服务技术。从而可以利用这一系列服务构件有效地创建新的服务，该方 法被广泛用来改进企业软件系统的敏捷性、灵活性和可用性。 当前，在新的应用环境中，在应用需求驱动的促使下，异构服务组合将这些 硕士学位论文第一章绪论 异构服务组合成面向业务的任务，由各个小粒度的服务相互之间通信和协作来实 现大粒度的服务功能：通过有效的联合各种不同功能、不同架构的服务，以处理 特定的业务操作任务，服务的使用者可以借此解决较为复杂的问题，实现增值功 能，有服务质量确保的异构服务组合已经成为软件领域研究的重点【l l 】。因此，研 究和开发一个在网格环境下，基于异构服务、面向最终用户( 非计算机专业用户) 及应用需求开发的服务组装技术是具有积极和现实意义的【1 2 1 。 1 2 研究现状及存在的问题 1 2 1 现有的服务资源标准 软件复用的前提是有大量的可以满足条件的组件或服务j 这些软件可以是同 构的，也可以是异构的。组件是独立于特定的程序设计语言和应用系统、可重用 和自包含的软件成分。组件是基于面向对象的，支持托放( d r a ga n dd r o p ) 和即 插即用( p l u ga n dp l a y ) 的软件开发概念。，目前，在组件技术标准化方面，主要 有以下三个比较有影响的规范：- o m g 起草与颁布的c o r b a ； 微软公司推出的c o m d c o m c o m + i ? s u n 发表的j a v a b e a n s 。 本文所涉及到的是几种主流的组件服务，下面进行简单的介绍。 1 基于c o m c o m + 仍c o m 技术的组件 t 3 , 1 4 , t s , j 6 。 。c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，c o m ) 【1 7 】是组件对象之间二进制相互连 接和通讯的一种协议，两个c o m 对象通过“接口一机制进行通信：c o m 中定 义了一个所有组件都必须支持的特殊接口i r n k n o w n ，它提供了三个基本的操 作：q u c r y i n t e f f a c e 、a d d r e f , r e l e a s e ，其它接口必须从这个接口继承。当一个 c o m 对象与另一个c o m 对象进行通讯时，需要通过调用另一个对象的接口指 针来调用接口方法。 d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 将c o m 扩展到网络环境中， 当客户和组件位于不同网络节点时，d c o m 用网络协议( t c p m 等) 取代c o m 中的本地进程间通信l r p c ，从而对位于网络上不同机器上的组件对象之间的相 互通讯提供了透明的支持。d c o m 规范提供了底层的系统服务。， c o m + 1 5 , 1 6 倡导一种新的设计概念，把c o m 组件提升到应用层，把底层细 节留给操作系统，使c o m + 与操作系统的结合更加紧密。c o m + 的底层结构仍然 以c o m 为基础，但在应用方式上则更多地继承了m t s ( m i c r o s o f it r a n s a c t i o n s e r v e r ) 的处理机制，、包括n i t s 的对象环境、安全模型、配置管理等。c o m + 把 2 硕士学位论文第一章绪论 c o m 、d c o m 和m t s 三者有机地统一起来，同时也新增了一些服务，如负载平 衡、内存数据库、事件模型、队列服务等，形成一个概念新、功能强的组件体系 结构，使得c o m + 形成真正适合于企业应用的组件技术。几者之间的结构关系如 图1 - 1 所示。 图i - 1c o m + 和c o m 、d c o m 、m r s 之间的关系图 2 基于c o r b a 技术的组件1 1 8 , 1 9 , 2 0 c o r b a 是由o m g 制定的分布对象计算规范，是目前业界支持最多的分布 计算标准，主要解决异构平台上分布对象互操作和可移植问题，其核心机制是对 象请求代理o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) ，o r b 提供的软件总线机制包括了确 定和定位对象、进行连接管理和收发数据所有必须的通信设施。客户对象只要获 得服务对象的引用，就可以调用对象提供的服务，无需关心服务的位置、实现语 言和运行平台。为了使服务开发者致力于事务逻辑，无需关心底层的编程和通信 细节问题，c o r b a 规范还定义了一系列底层服务，这些服务包括：命名服务、 交易服务、事务服务、安全服务和生命周期服务等。 c o r b a 将交互所需的基本信息封装在接口中，接口定义了对象实体的属性 和行为。接口定义使用接口定义语言( m l ) 来描述，通过i d l 编译器，i d l 可 以向c + + 、j a v a 等实现语言进行映射，生成客户端s t u b 程序和服务器端的 s k e l e t o n s 程序，调用的细节由o r b 和底层服务来处理。o r b 之间的通信通过i i o p 协议来完成。 近年，c o r b a 在全球迅速发展和推广【研，这主要得益于c o r b a 允许在异 种编程语言、异种平台、异种硬件的环境中，使客户在不知道对象所在地的前提 下，调用分布的操作或对象。 作为两种主要的中间件技术，文献 2 l 】对c o r b a 和d c o m 的性能进行了比 较( 表1 1 ) ： 3 7 一謦薯，冉*t矿口，=￥t办誓。沓簟铲鬈苓咚一点父只凡十f4。p十*。幺、匕t；口r。#镕啡菇。， 一一一一一一一一一一一一一 硕士学位论文第一章绪论 表1 - 1c o r b a 和d c o m 的性能比较 3 j 2 e e 及基于j a v ar m i 技术的e j b 组件【2 2 2 3 ，2 4 2 5 】 j 2 e e ，j a v a 2 平台企业版( j a v a2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) ，j 2 e e 核心是 一组技术规范与指南，其中所包含的各类组件、服务架构及技术层次，均有共通 的标准及规格，让各种依循j 2 e e 架构的不同平台之间，存在良好的兼容性，解 决过去企业后端使用的信息产品彼此之阗无法兼容，导致企业内部或外部难以互 通的窘境。： ：j 2 e e 架构定义各类不同组件，如w e bc o m p o n e n t 、e j bc o m p o n e n t 等，而 各类组件可以重用( r e u s e ) ，让已开发完成的组件，或者是经由市面采购而得的组 件，均能进一步组装成不同的系统。j 2 e e 的核心规范是e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ，( e j b ) 。e j b 依照特性的不同，目前共分为三种，分别是s e s s i o nb e a n 、e n t i t y b e a n ，以及m e s s a g ed r i v e nb e a n 。 e j b 是使用j a v a 语言编写用来构造分布式面向对象应用的标准组件体系结 构，e j b 使得开发人员开发的组件可以直接放入j a v a 服务器端的运行框架中执 行，这些服务器端框架表现在容器、应用服务器。e n t e r p r i s eb e a n 配置在e j b 服 务器的容器中，容器在客户端和b e a n 之间，起协调、管理的作用。在配置时， 容器自动为每个b e a n 实例生成一个h o m e 接口和o b j e c t 接口，h o m e 接口对应 每个b e a n 类，完成创建、查找和删除等管理b e a n 实例的功能；o b j e 斌接口作为 b e a n 的方法的访问接口。所有客户发往h o m e 接口和o b j e c t 接口的请求，经容 硕士学位论文第一章绪论 器解释并辅以生命周期管理、事务处理、状态管理、安全服务和持久服务等，客 户和服务器之间以r m i 或i i o p 协议交互。 4 基于s o a p 、w s d l 和u d d i 的w e b 服务 2 6 , 2 7 ，2 8 , 2 9 1 w e b 服务的概念自面世以来就备受关注，不同的研究者对它有不同的描述， 简单的看，它是网络上的一些应用程序，外界可以通过它规定的接口标准来调用 它。当前普遍接受的是w 3 c 在2 0 0 4 年在w e b 服务体系结构( w 曲s e r v i c e s a r c h i t e c t u r e , w s a ) 3 0 1 q j 对w e b 的描述：w e b 服务是一个软件系统，被设计来 支持网络上机器之间的可互操作的交互，它有一个清晰的、机器可读的、通用的 标准描述( w s d l ) ，其他系统以该描述中说明的方式与它交互，具体使用s o a p 消息以及其他w e b 相关标准，具有完全开放、松散祸合、标准协议规范和高度 可集成能力等特征。 w e b 服务基于开放的因特网标准，它的结构单元是s o a p 、w s d l 和u d d i 。 服务主要技术关系如图1 2 ；。 图l - 2w e b 服务主要技术关系图 ( 1 ) s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) s o a p 简单对象访问协议是在分散或分布式的环境中交换信息的简单的协 议，是一个基于x m l 的协议，它包括4 个部分： s o a p 封装：封装定义了一个描述消息的内容，发送方，接收方以及如何 处理它们的框架； s o a p 编码规则：用于表示应用程序需要使用的数据类型的实例； s o a pr p c ：表示远程过程调用和应答的协定； s o a p 绑定：使用底层协议交换信息。 简单地说，s o a p 就是一个开放协议，采用h t t p 作为底层通信协议，r p c 作为一致性的调用途径，x m l 作为数据传送的格式，允许服务提供者和服务客 户经过防火墙在i n t e m e t 进行通信交互。 ( 2 ) w s d l ( w e b s e r v i c e sd e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) w e b 服务描述语言，和s o a p 一起构成了w e b 服务的核心结构单元。w s d l s 硕士学位论文 第一章绪论 基于x m l 格式，用来描述w e b 服务。它描述了w e b 服务可以执行的操作以及 w e b 服务可以发送或接收的消息格式。w s d l 文档可以看成是客户端和服务器 之间的一个协约。使用w s d lm 具，你可以自动处理这个过程，几乎不用手工 编写代码就能够让应用程序整合新的服务。因此w s d l 是w e b 服务体系结构的 基础，因为它提供了一个通用语言，用来描述服务和整合这些服务的平台。 ( 3 ) l i d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 统一描述、发现和集成，u d d i 通过因特网来描述服务，发现业务，并且整 合业务服务。它是一套基于w 曲的、分布式的、为w e b 服务提供的信息注册中 心的实现标准规范，同时也包含一组使企业能将自身提供的w e b 服务注册以使 得别的企业能够发现的访问协议的实现标准。 w e b 服务体系结构基于三种角色( 服务提供者、服务注册中心和服务请求 者) 之间的交互。交互涉及发布、查找和绑定操作。这些角色和操作一起作用于 w e b 服务构件：w e b 服务软件模块及其描述。在典型情况下，服务提供者托管 可通过网络访问的软件模块( w 曲服务的一个实现) 。服务提供者定义w e b 服 务的服务描述并把它发布到服务请求者或服务注册中心。服务请求者使用查找操 作来从本地或服务注册中心检索服务描述，然后使用服务描述与服务提供者进行 绑定并调用w e b 服务实现或同它交互。服务提供者和服务请求者角色是逻辑结 构，因而服务可以表现两种特性。图1 3 说明了这些操作、提供这些操作的组件 及它们之间的交互。 查找。发布 1 2 2 服务组装相关技术 定 图1 - 3w e b 服务体系结构 服务组装技术包括服务的发现、服务的匹配、服务的组合方式，以及服务流 程的调度运行及其安全控制等方面。这里，仅就服务的组合方式和本文的主要研 究方向服务的调度运行两方面介绍当前相关技术。 1 服务的组合方式 硕士学位论文 第一章绪论 按组合方法抽象层次可以将当前研究和使用较多的服务组合方式分为两种： ( 1 ) 特定语言组合模式 利用特定的服务组合定义语言来实现服务的组合，比较主流的组合语言，如： m m 的w e bs e r v i c ef l o wl a n g u a g e ( w s f l ) 、m i c r o s o f t 的x l a n g ，以及综合了 这两种语言的b p e l 4 w s ( b u s n i e s sp r o c e s se x e c u t i n gl a n g u a g ef o rw e bs e r v i c e ) 都是专为整合w e b 服务而制定的规范标准。 w s f l 3 1 】是建立在w s d l 之上的，它描述的是如何组织或协调一系列的w e b 服务调用，使它们成为一个整体的商务处理或工作流。w s f l 使用w s d l 的 p o r t t y p e 元素定义工作流中的基本部件或活动接1 2 1 它把商务处理描述为状态 机，把活动描述为w e b 服务调用，状态转移事件( 控制流) 决定了调用次序。 作为叙述网络服务流程的语言，其包括流程模型( f l o wm o d e l s ) 和总体模型 ( g l o b a lm o d e l s ) 。流程模型说明了如何使用网络服务所提供的功能，并叙述商 业交易流程。而总体模型则详细说明所有交易伙伴的交易情形，即网络服务如何 与其它网络服务作交谈。借助w s f l ，可以描述由一系列活动组成的商务过程， 这些活动的部分或全部都可以作为w e b 服务，把商务处理本身描述为w e b 服务， 可以指定工作流中各角色承担者之间的关系。 j 文献 3 2 ，3 3 借助w s f l 既支持服务的静态配置，又支持服务u d d i 注册中 心的动态查找，设计了基于w s f l 的服务组合模型，完成网上多提供者之间的 商业合作过程。文献 3 4 】有效地对w s f l 所描述的商业流程进行了p e t r i 网建模。 x l a n g 3 5 】是m i c r o s o f t 提出的工作流描述语言，它现在被用于m i c r o s o f t 的 b i z t a l ks e r v e r 中。x l a n g 将工作流描述成有状态的长周期交互行为，用w s d l 描述工作流的各参与者的w s 接口，并通过消息交换产生服务之间的交互。 x l a n g 主要的特点如下： 具有补偿机制的长运行事务； 可定制消息相关性； 灵活地处理内部和外部的异常； 模式化行为描述； 动态端口指定； 多角色契约( c o n t r a c t ) 。 b p e l 4 w s 3 6 , 3 7 1 是从前两种标准的联姻，即i b m 的w e b 服务流程语言w s f l 和微软的x l a n g 语言，是一种较全面的业务流程规范。作为一种可执行语言， b p e l 4 w s 设计目的是确保w e b 服务环境中的不同业务流程能够互相支持。 它建立在w s f l 与x l a n g 之上，综合运用从x l a n g 继承来的块结构语言 的特征与w s f l 有向图结构特征。主要关注公共过程和私有过程，特点是把业 7 硕士学位论文第一章绪论 务流程分为两类：可执行业务流程和抽象业务流程。可执行业务流程描述参与者 在商业交互中的实际操作行为：而抽象流程也称为商业协议流程，它使用流程描 述来指定协议所涉及的各协作方间的消息交换行为，而不关心各协作方内部的具 体实现行为。 复旦大学的李立纲【3 7 】等基于地代理和面向流程建模的b p e l 4 w s 进行研究， 设计实现了w e b 服务面型业务应用的合成与执行，并支持多个协同的业务流程 及其动态配置。文献【3 8 】就b p e l 4 w s 不能完全支持多实例的直接实现，在 b p e l 4 w s 流程与伙伴之间引入了“角色代理层糟的概念，提出了针对多实例的 有效解决方案。几种服务集成语言的支持特性相比较，结果如表l - 2 。 表1 - 2 几种服务集成语言特性比较 可以看到，比较的三种集成语言，在过程建模结构方面表达性很强，但都不 能提供任何形式的语义，因此，不便于服务的自动化集成。而且，在服务描述方 面是利用w s d l 端口信息的，因此，在类型表达机制方面表达性受限。 还有一些是在w s d l 的基础上描述服务的信息，如西安交大网络所设计的 服务组合框架中，提出一种组合服务管理语言s c m l 3 9 j 来管理服务组合，但它针 对的都是w e b 服务，而且没有涉及服务运行监控和容错处理。 ( 2 ) 基于智能规划的服务组合模式 互联网的创始人t i mb c m c r s l e e 在2 0 0 1 年正式提出了语义w 曲的概念和 体系结构。它是对万维网本质的变革，它的主要任务是使数据能被计算机自动的 处理和理解，其最终目标是让计算机可以在这些海量信息中找到人所需要的任何 信息，从而将万维网中现存的信息发展成一个巨大的全球信息库、知识库。 语义w e b 中，各种资源被人为地赋予了各种明确的语义信息，计算机可以 0 硕士学位论文 第一章绪论 分辨和识别这些语义信息，并对其自动进行解释、交换和处理。它对现有的w e b 进行了语义扩展，从而使其能被计算机做一定的理解和处理，从功能上看它将是 一个能够“理解”人类信息的智能网络。 t i mb e r n e r s l e e 给出了语义w e b 中的层次结构关系，它主要基于x m l 和 r d f r d f s ，并在此之上构建本体和逻辑推理规则，以完成基于语义的知识表示 和推理，从而能够为计算机所理解和处理。 语义w e b 服务的主要方法是利用本体( o n t o l o g y ) 来描述w e b 服务，把本 体引入知识工程，一方面是为了解决知识获取困难，实现知识重用，另一方面为 了解决在智能系统中人机交互，实现知识共享嗍。通过这些带有语义信息的描 述实现w e b 服务来实现服务的自动发现，调用和组合语义w e b 和w e b 服务 是语义w e b 服务的两大支撑技术。o w l - s 是连接两大技术的桥梁，目前对语义 w e b 服务标记语言研究最典型的组织就是d a r p a 组织，其研究组o w ls e r v i c e s c o a l i t i o n 提出了语义w e b 服务标记语言o w l - s ( 原d a m l - s ) 。 语义元素的加入，使服务的自动发现、组合和执行都具有更高的智能性【4 l l ， 因而在基于语义进行服务组合的研究也越来越成为主流。中科院计算技术研究所 的v i n c a 4 2 , 4 3 , 4 4 服务网格采用面向业务领域建模，并分成功能、业务、需求、 实现四个侧面进行信息的细粒度刻画，充分挖掘了语义信息。但语义在服务组合 中的利用仍有很多需要解决的问题，文献 4 5 】在语义的描述方面进行了改进。 2 组合服务的调度执行 在服务组装的调度运行部分，目前国内外对服务组合的研究重点大多还停留 在语言标准的制定上，对服务组合的运行管理只提供了简单的支持。如i b m 发布 的b p w s 4 j 删类库，只是提供了一个运行时引擎，没有必要的管理监控功能； g e o r g i a 大学的s c e t 【4 7 】系统则受到系统结构和实现方式的约束，不能支持服务组 合的一些关键特性，如动态组合等。 国内这方面的研究稍晚，中科院软件研究所研制的w s f l o w t 4 s 实现了对 w s f l 语法的支持，但该系统也只是提供了简单的运行和监控功能。文献 4 9 】提 出一种“乐观的接口兼容性检查，提高了组合的正确性。文献 5 0 】对服务组合 时间一致性进行了研究。文献 5 1 1 在基于文法的服务接口信息处理问题上给处理 具体可行的方法。 在执行环境方面，为了支持对服务动态组合过程的协调与控制，通过利用动 态工作流模型，把服务的组合过程与工作流的过程模型结合起来，建立面向动态 工作流的复合服务。研究的重点集中在服务组合执行引擎上，尤其在工作流引擎 方面进行了很多有益的探索。 由h p 实验室开发的e f l o w ( 5 2 1 ，以工作流技术为基础，通过工作流模型来描 9 硕士学位论文第一章绪论 述服务组合的结构，在实现组合式服务流程的动态性及适应性方面提供了一个很 好的基础。但它没有涉及到根据相关参数进行组合优化，而且，不能提供运行时 的动态组合。河海大学开发的d w f m s t s 3 1 对引擎的执行策略进行了分析，并在负 载均衡、柔性方面进行了研究。 1 2 3 存在的问题 1 应用范围比较狭窄 当前很多的服务组装往往只是针对某种同构类型的服务进行开发，组装的服 务具有相同的标准，相同的接口类型等。一旦有新标准的服务类型加入，系统就 要进行全面的改动，适应性不强；还有些软件是专门针对某个或某类企业开发的 专业领域组装软件，也同样存在以上的问题，应用范围比较狭窄。 2 应用过程相对复杂 用户需要清楚自己的目标及必要的步骤，能对流程有整体的把握，同时，有 些组合软件还要用户在组装过程中进行一些专业的设计和必要的编程，这对于普 通应用用户显然是有困难的。 3 动态适应性不强 当前的服务组装技术以及组装工具，往往是针对某一确定组合结构中的活动 结点设计接口绑定和连接的，这种组装设计相对简单，易于理解和操作，但也同 时带来发展的瓶颈，系统灵活性较差，无法实现自动服务的链接，很小的调整都 需要改写大量源码，并且改动涉及面较广，以至于工作量大，而且程序质量得不 到保证。 1 3 研究目标和内容 基于以上的局限性，异构服务组装平台需要尽量降低对用户的要求，最大可 能做到提高组装的自动化程度，使组装流程的组织、调度、执行在用户角度透明。 本文研究的主要工作有以下几个方面： l 对流程进行合理调度 能够对用户需求的组装流程进行合理的组织和管理，对流程和活动的状态进 行管理，并依据状态进行服务的自动连接执行。 2 对服务进行动态驱动 针对不同的服务类型，设计不同的驱动代理，当服务实例执行的条件满足， 执行引擎即调用不同的驱动代理，同时结合该服务的调用信息及基本信息驱动服 务运行，实现对异构服务的屏蔽。 1 0 硕士学位论文 第一章绪论 3 对异常进行有效处理 流程执行过程中的异常发生时，能做到针对不同的异常类型，做出相应的控 制和补偿处理，实现对服务的动态切换功能。 总之，本文的研究重点是如何将组合的静态文档转化成可以由执行引擎自由 调用的服务流程，让整个流程序列按照其内部规则自动运行，完成组合要求的功 能，返回给用户最终的结果，并对这一过程中出现的流程中止或异常退出等情况， 做出处理，保障流程运行的稳定运行。 1 4 本文的组织形式 根据论文的研究目标，本论文共分五章，各章的主要内容如下： 第一章：讨论了异构服务组装技术的研究背景和国内外研究现状，并针对服 务组装的研究现状，总结了当前服务组装技术研究的不足，尤其是组合服务的执 行和调度方面，在此基础上，提出了本文的研究目标和内容。 第二章：介绍了我们设计并开发的异构服务组装平台，包括组装平台的总体 框架和工作流程，并针对主要模块，分别介绍了其功能，同时，对于工作流程中 涉及到的关键技术，介绍了实现的主要机制。 第三章：异构服务组装平台中调度执行相关问题的研究，分析并设计了异构 服务组合执行引擎的模型，对引擎的运行机制进行了深入的探讨，提出了基于“状 态驱动的服务调度机制，并就组合文档的解析、活动状态的获得以及流程的调 度等问题进行了分析论述。 第四章：执行引擎的关键技术研究，在第三章执行引擎模型分析设计的基础 上，重点研究了引擎实现的关键技术，包括流程中活动的调度、服务的驱动和异 常情况的处理等，并给出了关键功能实现的算法。 第五章：总结本文的研究工作和创新点，并展望了本领域今后的研究方向。 硕士学位论文第二章异构服务组装平台概述 第二章异构服务组装平台概述 异构服务组装旨在将网络上大量存在的异构的服务进行无缝连接，以透明的 展现给普通用户使用，达到服务资源的共享、重用和再生。而分布应用集成的技 术和方法涉及的范围较广，主要集中在分布式系统、组件方法、中间件平台、软 件体系结构四个方面。为了解决分布应用集成的复杂性问题，依据集成点的不同， 将集成层次从低层到高层分为传输机制、数据集成、接口集成、过程集成。 本组装平台的目标是对网络上存在的各种服务资源在已有的研究成果上宴 现传输机制层、数据集成层和接口集成层的集成，并能扩展到过程集成层，最终 达到企业级应用的标准。其目的是为服务消费者提供一个开放的、可扩展的、：f j j 散藕合、按需配置以及安全的异构服务组合使能环境。其总体结构如图2 1 所示 2 1 异构服务组装平台总体架构设计 异构服务组装主要工作是根据用户的应用需求，将网络上存在的大量、异构 的服务资源组织起来，完成功能更强大的应用需求，最后返回给用户组合的结果。 本组装平台共分为三层，用户界面层、逻辑运行层、资源层，在这三层的基础上， 系统监控部分总体协调平台的工作，提供监测、控制的功能。 图2 - 1 组装平台总体架构 1 2 硕士学位论文第二章异构服务组装平台概述 2 1 1 用户界面层 这一层次主要完成对用户的需求分析和处理，以友好的界面引导用户对需求 进行分解，并完成简单的服务非功能性约束的设置，初步形成组合服务的软件组 装结构，在此基础上，对用户需求形成的组装方案进行一系列处理，最终形成组 合服务的组合流程文档化表示 1 需求分析工具 将用户的组装目标和约束条件以组装软件结构的形式表达出来，完成用户 组装要求的初步界定。 2 组装结构生成 根据用户的组装意愿，对分析所得的软件结构进行连接，并进一步设置服务 连接的约束条件。 3 组装结构表示 将形成的服务组装结构文档化，即用x m l 表示的文档进行组织，以交付执 行引擎调度运行。 4 组合模板推荐 为特定需求用户推荐组合模板，模板可由领域专家制定，也可以是用户之 前组合的优秀模板。 2 1 2 逻辑运行层 用户需求的主要执行部分，逻辑运行层主要是针对用户界面层提交的服务 组合要求，对组合文档中的活动结点进行绑定和实例化，驱动流程中的服务，完 成用户需求，把结果返回给用户，并对期间的异常进行必要的处理。 1 文档解析 将用户界面层提交的服务组合流程文档解析，进行组合信息的抽取和组织， 并初始化流程信息。 2 流程调度 依据流程的状态，将不同状态的流程放到不同的队列，并将就绪的流程依照 先来先服务的策略启动调度算法运行。 3 服务驱动 即将流程中绑定的服务实例根据不同的服务类型分配不同的驱动代理，驱动 服务，并返回结果的过程。 4 异常处理+ 流程的运行可能会因异