论文题目: 分布异构环境中事务工作流技术的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机科学与技术
作者: 任怡
导师: 吴泉源
关键词: 事务工作流,过程模型,并发调度,失效恢复,实现框架
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 工作流技术是实现业务过程自动化的一种有效手段，事务处理技术对于提高WfMS(Workflow Management System)的可靠性，保证分布、异构的复杂业务过程的正确性具有重要作用。分布、异构环境中的大规模工作流应用具有结构复杂性、长期运行性、执行依赖性、并发执行性、结果补偿性、功能替代性等特点，因此，与具有ACID特性的传统事务相比，工作流应用中的事务通常生命周期较长、操作粒度较大、恢复属性多样且应用语义丰富。为解决传统事务面临的挑战，人们提出了多种高级事务模型及方法，但由于工作流应用的上述特点，这些技术仍然不能很好地处理如何保证工作流的事务特性的问题。 为了更好地解决上述问题，在20世纪90年代，人们将高级事务处理思想与工作流技术相融合，衍生出事务工作流(transactional workflow)技术，该技术对于支持分布、异构、复杂的关键业务过程的自动化、推动其迈向实用具有重要意义，成为十年来事务处理和工作流领域的研究热点之一。 事务工作流的正确性保证包括定义时和运行时两方面。为了准确刻画事务工作流，更好地描述其定义时和运行时的特征，对其进行合理建模是非常必要的；另外，异构环境中事务工作流的恢复属性具有多样性，不同属性的组合失配会导致有关事务特性不能得到保证，因此需要对事务工作流进行定义时的良构性判定。在此基础上，一个事务工作流的执行要能够将系统从一个一致性状态转换到另一个一致性状态，并且还要满足语义原子性要求，这就需要在运行时从并发控制和失效恢复两方面提供正确性保证。 本文针对事务工作流技术已有工作的某些不足，在相关模型及其合理性判定、并发调度、失效恢复以及实现框架几个方面进行了比较深入的研究，用定义良好的语义、算法和机制来提高工作流管理系统的正确性和可靠性，并将其进一步延伸并应用到基于Web Services的事务工作流环境中，从而能够更好地支持大规模、分布、异构、长期运行的复杂业务过程。主要工作包括： 1．深入研究了事务处理技术的起源和发展，总结了并发控制与恢复两个核心技术的研究现状，探讨了平坦事务模型的各种表现形式，研究了加入应用语义而形成的各种扩展事务模型和事务工作流，分析了相关技术的最新研究进展，包括随着跨组织业务过程集成技术的发展而得到普遍关注的开放松耦合Web Services环境中的事务处理技术，结合已有的研究成果，展望了事务处理技术未来的研究方向。 2．针对目前模型研究的不足，提出了事务工作流的过程模型TWPM。该模型支持事务恢复模式和事务恢复策略的声明，以区分事务性的和非事务性的子过程，描述不同活动可能具有的不同恢复属性；给出了面向事务工作流的执行状态转换图，可更好地描述事务工作流的执行特征；通过描述含非事务性组成的事务工作流的成功和失败语义，定义了语义原子性的概念；提出将语义原子性、可串行性和可恢复性作为事务工作流执行时的正确性准则。在TWPM模型的基础上，提出
论文目录:
图表目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 事务处理技术及其相关研究
1.1.1 基本概念
1.1.2 相关研究
1.1.2.1 事务处理核心技术
1.1.2.2 平坦事务模型
1.1.2.3 高级事务模型和方法
§1.2 工作流技术概述
1.2.1 工作流参考模型
1.2.2 WfMS的建立时和运行时功能
§1.3 工作流中的事务需求
1.3.1 应用案例
1.3.2 工作流应用的特点及其事务需求
1.3.3 工作流应用中的事务与传统事务的差异
1.3.4 事务工作流的提出
§1.4 本文的相关工作
1.4.1 事务工作流相关工作
1.4.2 Web Services环境下的事务处理
§1.5 本文的研究内容
1.5.1 事务工作流的关键技术分析
1.5.2 本文研究针对的问题
1.5.3 本文的工作
§1.6 本文的组织结构
第二章 事务工作流的过程模型及良构性判定准则
§2.1 引言
§2.2 事务工作流的过程模型TWPM
2.2.1 事务工作流的概念模型
2.2.1.1 基本概念
2.2.1.2 恢复模式和恢复策略
2.2.1.3 语义原子域
2.2.1.4 事务工作流的形式化表示
2.2.2 事务工作流的执行语义
2.2.2.1 控制模式
2.2.2.2 完成路径
2.2.2.3 完成集
2.2.3 事务工作流的状态转换
2.2.4 运行时的正确性准则
2.2.4.1 语义原子性
2.2.4.2 可串行性和可恢复性
2.2.4.3 小结
§2.3 良构性及其判定准则
2.3.1 良构性——定义时的正确性准则
2.3.2 良构性判定准则
2.3.3 良构性的判定方法
§2.4 相关工作
§2.5 本章小结
第三章 基于QoS的事务工作流并发调度
§3.1 引言
§3.2 事务工作流的并发需求特点分析
§3.3 研究现状
3.3.1 几种传统并发控制机制
3.3.2 相关工作分析
§3.4 基于冲突检测的事务工作流动态并发调度CBDS算法
3.4.1 算法概述
3.4.2 CBDS算法
3.4.2.1 事务工作流的初始化
3.4.2.2 活动的调度执行
3.4.2.3 事务工作流实例的夭折
3.4.2.4 事务工作流实例的提交
3.4.3 算法的正确性分析
3.4.3.1 可串行性
3.4.3.2 可恢复性
3.4.3.3 避免饿死现象的产生
§3.5 CBDS算法的改进
3.5.1 QoS参数
3.5.2 基于QoS的可减少连锁夭折的并发调度CBDS~+算法
3.5.2.1 基本思想
3.5.2.2 基于QoS的延迟调度策略和SAFE集扩充策略
3.5.2.3 CBDS~+算法
3.5.2.4 性能模拟
§3.6 相关工作的比较
3.6.1 比较准则
3.6.2 比较结果
§3.7 本章小结
第四章 层次式的事务工作流失效恢复
§4.1 引言
§4.2 事务工作流失效恢复的相关概念
4.2.1 执行历史和补偿图
4.2.2 系统失效和逻辑失效
4.2.3 完全补偿和部分补偿
4.2.4 向前恢复和向后恢复
§4.3 失效处理范围和循环处理问题
4.3.1 失效处理范围的确定
4.3.2 循环处理问题
§4.4 HFR算法：层次式的失效恢复
4.4.1 算法描述
4.4.1.1 异常分发子算法
4.4.1.2 工作流失效恢复子算法
4.4.1.3 失效活动预处理子算法
4.4.1.4 块补偿图生成子算法
4.4.1.5 有关HFR算法的讨论
4.4.2 实例分析
4.4.3 算法的正确性
4.4.4 算法的性质
4.4.5 性能分析
4.4.6 与CBDS算法及其改进算法CBDS~+的联系
§4.5 相关工作
§4.6 本章小结
第五章 基于Web Services的事务工作流
§5.1 引言
§5.2 相关工作的分析和比较
§5.3 Web Services组合及其结构
§5.4 Web Services组合的事务模型
5.4.1 事务恢复属性
5.4.2 补偿和功能替代
5.4.3 Web Services组合中的事务
§5.5 HFR4WS算法：Web Services组合的失效恢复
5.5.1 算法描述
5.5.2 算法的正确性
5.5.3 补偿代价的分析
§5.6 基于HFR4WS算法的失效恢复机制
§5.7 应用和发展前景
5.7.1 基于Web Services的跨组织的关键业务过程集成
5.7.2 基于Web Services的业务网格
5.7.3 开放式网络环境中的相关研究
§5.8 本章小结
第六章 事务工作流的实现框架
§6.1 引言
§6.2 实现框架的原理和组成
6.2.1 数据结构
6.2.2 扩展的XPDL语言
6.2.3 过程定义的检查工具
6.2.4 并发调度器
6.2.5 事务性失效恢复管理器
§6.3 双层事务管理体系
6.3.1 概述
6.3.2 过程级和活动级的事务管理
§6.4 基于实现框架的系统总体结构
§6.5 本章小结
第七章 结束语
§7.1 论文的主要贡献
§7.2 未来进一步的工作
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
攻读博士学位期间参加的科研工作和获得的奖励
参考文献表
发布时间: 2006-09-22
参考文献
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