服务网格工作流管理技术研究

论文摘要

随着网格研究的深入和网格基础设施的发展，在服务网格上开发了越来越多的功能强大、需要大量资源的科学计算和协同应用，很多网格应用具有时间、空间和资源等多种约束条件。网格工作流可以方便的构建、执行、管理和监控网格应用，使得网格应用能够自动实施并且效率较高。但是，由于网格的动态性、分布性、异构性和自治性导致传统工作流的一些方法和技术不能有效地应用到网格工作流中解决相关的一些问题。本文根据服务网格资源的特点，允许工作流中用户在不考虑资源物理位置的前提下，对服务网格工作流的过程模型、服务资源管理及任务调度机制、实时故障检测及容错处理机制、访问控制机制以及网格工作流的体系结构进行了深入研究，主要研究内容和创新如下：网格工作流过程模型，传统的工作流模型缺乏形式化的工作流描述语言，在传统工作流网的研究基础上，结合高级Petri网的思想，通过增加动态元素，提出了动态网格工作流网DGWF-Net建模语言，能够解决网格工作流过程模型中的规模问题、动态性问题和选择性问题。同时，提出了基于图形归约规则的网格工作流过程模型验证方法。网格工作流资源管理模型，服务网格工作流中任务与所请求的服务资源联系起来需要经过服务注册、服务发现、服务分配以及服务集成到工作流等过程。在此基础上，提出了基于工作流引擎的服务资源管理模型，由服务资源语义信息管理服务，工作流中任务并行分析器，全局资源管理器及局部资源管理器构成。同时，提出了基于语义的全局工作流服务资源匹配机制以及基于遗传算法的工作流中任务调度策略。网格工作流容错机制，网格工作流在任务执行过程中不可避免地会出现各种故障现象，为使网格工作流运行可靠，就必须提供实时监控工作流任务及故障恢复机制。通过研究产生不同故障的原因，提出了一种基于心跳机制和消息通知订阅机制相结合的网格工作流故障实时检测模型，在此基础上实现了基于任务级和流程级的网格工作流故障恢复策略。网格工作流访问控制模型，网格工作流在运行过程中，跨越多个不同的网格自治域，每个域的访问控制策略和需求可能十分不同，为防止非法用户的侵入或者因合法用户的不慎操作所造成关键资源的破坏，通过工作流上下文环境，引入了有效授权单元的概念，提出了基于服务的网格工作流动态访问控制模型，将工作流中任务和服务相联系，实现了工作流中访问控制的最小特权原则。同时给出了授权过程中基于职责分离规则的角色权限定制，有效授权单元定制以及工作流运行过程中的权限动态调整算法。网格工作流管理体系结构，给出了网格工作流管理系统的总体框架，包含网格工作流门户，网格工作流引擎，网格工作流服务资源管理，网格工作流容错处理及网格工作中流访问控制等模块，基于上述研究内容和方法，在Globus平台上开发了原型系统，实现了“旅游服务”网格工作流的模拟。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 服务网格体系结构
• 1.1.1 开放网格服务体系
• 1.1.2 Web服务资源框架
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 服务网格应用需要工作流
• 1.2.2 工作流的基本概念
• 1.3 网格工作流研究现状
• 1.3.1 网格工作流规范
• 1.3.2 网格工作流相关项目
• 1.4 研究的主要的问题
• 1.4.1 网格工作流过程模型问题
• 1.4.2 网格工作流服务资源管理问题
• 1.4.3 网格工作流容错问题
• 1.4.4 网格工作流访问控制问题
• 1.5 论文主要研究内容和贡献
• 1.6 论文章节组织结构
• 第二章 网格工作流过程模型研究
• 2.1 传统工作流模型
• 2.2 Petri网与工作流网
• 2.2.1 Petri网理论基础
• 2.2.2 工作流网基础
• 2.3 动态网格工作流网
• 2.3.1 着色Petri网基本理论
• 2.3.2 动态网格工作流网
• 2.4 网格工作流过程模型合理性验证
• 2.5 本章小结
• 第三章 网格工作流服务资源管理研究
• 3.1 网格资源管理相关工作研究
• 3.2 网格工作流服务资源管理模型
• 3.2.1 网格工作流服务信息管理模型
• 3.2.1.1 网格信息管理相关研究
• 3.2.1.2 本体论及语义Web服务
• 3.2.1.3 网格服务语义信息模型
• 3.2.1.3.1 网格服务本体模型
• 3.2.1.3.2 网格服务注册中心
• 3.2.1.3.3 S-GSML到GS-UDDI映射机制
• 3.2.2 工作流任务并行分析器
• 3.2.2.1 工作流任务的拓扑表示
• 3.2.2.2 网格工作流任务最大并行度
• 3.2.3 全局资源管理器
• 3.2.3.1 全局资源管理模型
• 3.2.3.2 全局网格工作流服务发现匹配机制
• 3.2.3.3 全局网格工作流服务匹配算法
• 3.2.4 局部资源管理器
• 3.2.4.1 网格工作流任务调度模型
• 3.2.4.2 基于遗传算法的网格工作流任务调度算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 网格工作流容错机制
• 4.1 相关工作研究
• 4.2 网格工作流容错体系结构
• 4.3 网格工作流故障检测机制
• 4.4 网格工作流容错机制
• 4.4.1 基于检查点策略的任务容错
• 4.4.2 基于重试的工作流中任务容错策略
• 4.4.3 基于备份的工作流中任务容错策略
• 4.4.4 基于替代的工作流容错策略
• 4.4.5 基于冗余的工作流容错策略
• 4.4.6 基于自定义异常的工作流容错策略
• 4.5 实验仿真及结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 网格工作流中访问控制研究
• 5.1 访问控制相关工作研究
• 5.2 网格工作流访问控制机制
• 5.2.1 网格工作流访问控制模型
• 5.2.2 网格工作流中访问控制
• 5.2.2.1 角色权限分配
• 5.2.2.2 授权单元定制过程
• 5.2.2.3 动态访问权限变迁
• 5.3 本章总结
• 第六章 网格工作流管理原型系统
• 6.1 网格工作流管理系统体系结构
• 6.2 网格工作流原型系统设计
• 6.2.1 网格工作流过程定义模块
• 6.2.2 网格服务信息模块
• 6.2.3 网格工作流引擎模块
• 6.2.4 网格工作流容错模块
• 6.2.5 网格工作流访问控制模块
• 6.3 原型系统实验
• 6.4 本章小节
• 第七章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 一、个人简历
• 二、科研成果
• 三、学术论文
• 四、获奖情况