面向遷移實例旅行圖動態適應性的目錄服務研究

摘 要：遷移工作流是一種基于遷移實例在工作位置之間連續遷移并就地利用位置服務執行任務的工作流管理模式，許可的工作位置及遷移順序由預先規劃的旅行圖約定。針對一旦工作位置故障或服務發生變化，預先規劃的遷移路線就不能實現，從而影響遷移工作流的可靠執行，提出了一種分布式目錄服務結構。該結構通過對目錄服務組件的設計，不僅支持遷移實例旅行圖的靜態規劃，而且支持基于服務推薦的遷移路線的動態修正，從而大大提高了遷移實例旅行圖的動態適應性。

關鍵詞：遷移工作流； 遷移實例； 路線圖； 動態適應性； 分布式目錄服務

中圖分類號：TP302文獻標志碼：A

文章編號：1001-3695(2009)06-2303-03

doi:10.3969/j.issn.1001-3695.2009.06.092

Study of directory services for itinerary dynamic adaptability of migrating instance

DU Xiao-hui， ZENG Guang-zhou， GUO-Lei， GAO-Lei

(School of Computer Science Technology， Shandong University， Jinan 250101， China)

Abstract:

Migrating workflow is a workflow management model in which the migrating instance moves among working places continuously and executes tasks by using local services. The permitted working places and the traveling order are determined by the itinerary graph predefined for the migrating instance. If some working places break down or local services are changed then migrating workflow can not be executed reliably because the original traveling path within the itinerary graph can not be formed correctly. To solve above problems， this paper proposed a distributed directory service architecture， which not only supported the static planning of itinerary graph， but also supported the dynamic revising of traveling path by recommendation of working place for migrating instance to update the traveling path. The example demonstrats that the directory service components can greatly enhance the dynamic adaptability of itinerary for migrating instance.

Key words：migrating workflow; migrating instance; itinerary graph; dynamic adaptability; distributed directory services

遷移工作流是近年來工作流技術研究的一個新方向^[1，2]。文獻[2]給出了一個由遷移工作流引擎、工作位置服務和遷移實例組成的遷移工作流管理系統框架。其中，以移動agent為范型構造的遷移實例是業務過程的執行主體，它可以攜帶工作流說明、遷移路線圖（簡稱旅行圖）和工作流數據在工作位置之間連續遷移，并就地利用工作位置服務執行一項或多項任務。

按照遷移實例就地利用工作位置服務執行任務的工作流管理模式，遷移實例需要知道哪里存在可以利用的服務，哪里可以提供最佳服務，因此，旅行圖是支持遷移實例有效工作的基礎。文獻[2]給出了一種利用集中式目錄服務為遷移實例規劃旅行圖的方法，它在遷移工作流設計階段，首先通過遷移工作流引擎收集所有工作流聯盟成員的服務承諾；然后建立一個全局目錄服務信息庫，并基于工作流定義中的任務和目錄服務信息庫中服務之間的對照關系，為遷移實例規劃一個用三元組（任務，服務，位置）表示的旅行圖。工作流定義告訴遷移實例每一步應該做什么，旅行圖告訴遷移實例相應的任務應該到哪里去做。

遷移工作流引擎管理的集中式目錄服務支持遷移實例旅行圖的靜態規劃，但對工作位置及其服務變化的適應能力差。在遷移實例攜帶旅行圖工作后，一旦某個工作位置主機故障，或其提供的服務發生變化，則可能會因遷移實例找不到合適的工作位置或服務而中斷整個遷移工作流程的進行。

為了提高遷移實例旅行圖對工作位置及其服務變化的動態適應性，本文在文獻[2]的基礎上，建立了一種分布式目錄服務體系結構，并通過對目錄服務組件的設計，支持遷移實例快速發現服務變化和變更旅行路線圖。

1 目錄服務模型及其體系結構

本文的目錄服務模型參考LDAP（RFC 2251）^[3]建立。其中，目錄信息的基本單位是服務條目，每個服務條目用屬性集合表示，每個屬性包含一個屬性類型和一個或多個屬性值；服務條目以樹型結構進行組織，并稱做目錄樹，在目錄樹上，每個服務條目都有自己的識別名(distinguished name， DN)和相對識別名(relative distinguished name， RDN)。DN是服務條目在整個樹中的惟一標志；RDN是服務條目在父節點下的惟一標志。

定義1 遷移工作流目錄服務中的服務條目用六元組（id，type，TTL，source，spec，body）表示。其中：id是服務條目的標志；type是服務的類型；TTL是服務的生命周期；source是服務所在工作位置的IP地址；spec是服務功能及引用的描述；body是服務的實現體。

定義2 全局目錄服務結構是一棵遷移工作流引擎管理的目錄樹。其中，根節點表示工作流管理機上的服務集合；葉子節點表示工作位置上的服務集合；其他節點表示域服務組，域服務組按照服務內容劃分，具有相同服務范圍的工作位置合并成一個組。

定義3 局域目錄服務結構是工作位置管理的兩棵目錄樹。其中一棵是本地目錄樹；另一棵是鄰居目錄樹。鄰居是指全局目錄樹上與其同父的兄弟工作位置。

基于文獻[2]給出的遷移工作流管理系統框架，遷移工作流目錄服務體系結構如圖1所示。全局目錄服務組件部署在遷移工作流管理機上，在設計遷移工作流時，管理者可以使用全局目錄服務組件為遷移實例規劃旅行圖。局域目錄服務組件部署在每個工作位置的主機上，它一方面為遷移實例查詢和利用本地服務提供支持，并向全局目錄服務組件報告本地可用的服務及服務變化； 另一方面檢測鄰居位置上的服務變化，為遷移實例提供必要的遷移建議，也稱做導航^[4]。

2 目錄服務組件的設計

全局目錄服務組件和局域目錄服務組件的結構基本相同，由目錄信息庫、查詢支持模塊、歸檔模塊和管理模塊等組成，如圖2所示。

2.1 查詢支持模塊

查詢支持模塊的結構如圖3所示。通過緩沖器和線程池提高對并發查詢的響應速度，查詢線程池中預先生成一定數量的熱線程，動態調節器可以根據系統運行情況對線程池中的熱線程數量進行調整。

調度器是查詢支持模塊的控制部件。它按照調度算法對查詢消息緩沖器中的消息進行調度。消息調度器周期性地執行下述操作：a）如果查詢消息緩沖器不空，則從緩沖器中取出一個查詢消息；b）如果結果緩存器中存在滿足要求的歷史記錄，則直接將歷史記錄送到應答消息緩沖器，否則激活查詢線程池中的一個空閑線程進行查詢。

2.2 歸檔模塊

歸檔的目的是為了在目錄服務信息受到意外破壞時，能夠快速進行恢復。本文使用單獨的線程進行歸檔，歸檔文件用XML描述，歸檔算法的思想來源于文獻[5，6]。

歸檔文件包括一個checkpoint文件和一個log文件。Checkpoint文件保存目錄信息在某一時刻的狀態；Log文件記錄這個時刻以后對目錄信息的操作。歸檔文件中的數據使用XML表示，并通過自定義的XML Schema對其進行有效性檢查。歸檔線程按照歸檔算法對目錄信息進行歸檔，通過JDOM實現歸檔文件的讀寫。歸檔算法的基本步驟如下：

a）系統啟動T1 s后，歸檔線程開始對內存中的目錄信息進行歸檔，產生初始checkpoint文件；

b）歸檔線程記錄對目錄信息的所有操作，生成log文件；

c）經過T2 s后，歸檔線程根據舊的checkpoint文件和新生成的log文件產生新的checkpoint文件；

d）重復步驟b）和c）。

T2是歸檔周期參數，如果T2值過大，則歸檔不及時，可能會降低目錄服務的可靠性；如果T2值過小，則歸檔太頻繁，會消耗大量的系統資源，降低系統的性能。T2的選擇要根據系統中服務信息變化的頻率來確定。

當系統由于某種原因重啟或目錄信息遭到破壞時，通過將當前checkpoint文件中的信息恢復到內存中；然后再執行對應的log文件中記錄的操作，就可以對目錄信息進行恢復。

2.3 管理模塊

管理模塊的功能包括初始化目錄信息庫和動態維護目錄信息等。

系統啟動時，服務加載器加載本地服務庫中所有服務的實現類，并解析其屬性描述文件(XML)，形成初始目錄信息庫。當本地服務發生變化時，本地服務監測器捕獲這些變化，通過信息更新器對目錄信息庫進行維護，并將服務變化報告給遷移工作流引擎及其鄰居工作位置。

遠程位置監測器在全局目錄服務和局域目錄服務中的作用略有不同。在全局目錄服務中，它接收來自工作流聯盟中所有工作位置的報告，用以建立和維護全局目錄信息庫。在局域目錄服務中，它只接收來自鄰居位置的報告，以便在本地服務失效時，為遷移實例推薦一個可能的工作位置。

管理模塊中有一個線程負責對目錄信息庫中的服務條目進行超期管理: 如果信息源沒有在目錄信息的生存周期內（由TTL值確定）對其進行刷新，則認為此目錄信息已經失效，對其進行刪除，這樣可以減少無效信息的存儲，節省系統資源。

3 一個遷移實例旅行圖動態適應性的用例

圖4是一個移動購書流程中遷移實例旅行路線動態適應的例子，其中，購書用戶是遷移實例的創建者，書店A和B提供圖書銷售服務，銀行A和B提供電子轉賬服務。移動購書流程在山東大學移動計算及應用技術實驗室研制的遷移工作流管理平臺上用Java語言仿真實現。



假設用戶欲購買20本XX圖書，他創建了一個購書遷移實例Book_Shopper，并為其編寫了購書任務說明書，包括書名、作者、出版社、出版時間、購買數量等信息。Book_Shopper旅行圖動態適應的過程可描述如下：

購書用戶首先通過全局目錄服務組件查詢購書聯盟中的書店和銀行，為Book_Shopper規劃旅行圖，如，創建地→書店A（請求購書）→銀行A（付款）→書店A（付款確認，交易完成）→創建地。然后，將攜帶購書任務說明書、旅行圖和購書用戶付款銀行信息的Book_Shopper派遣到第一個工作位置，即書店A。

a)在書店A。Book_Shopper通過局域目錄服務組件查詢售書信息，發現書店A僅能夠提供其中的10本。它決定先采購這10本，于是向書店A的售書服務系統提交購書請求。

書店A的售書人員按照Book_Shopper請求，填寫圖書預售單，并告知其書店A的收款銀行信息。Book_Shopper遷移到銀行A進行電子轉賬支付。

b)在銀行A。假定銀行A的柜臺服務發生故障而不能提供電子轉賬服務，但銀行A的柜臺人員通過局域目錄服務組件查詢，得知其同行系統的鄰居銀行B可以提供該項服務，于是建議Book_Shopper到銀行B執行付款轉賬任務。

Book_Shopper遷移到銀行B執行電子轉賬付款任務。付款任務完成后，它攜帶銀行B數字簽名的付款證明，返回書店A。

c)在書店A。Book_Shopper向書店A的售書服務系統提交銀行B簽名的付款證明。如果付款無誤，則售書人員將數字簽名的圖書售書單提交給Book_Shopper并結束在書店A的購書任務。

Book_Shopper向書店A咨詢是否知道還有其他書店能夠提供XX圖書售書服務，書店A通過局域目錄服務組件查詢，得知其鄰居書店B能提供該項服務，于是建議Book_Shopper前往書店B。

d)在書店B。Book_Shopper首先請求購書；然后按照書店B的推薦到銀行B執行付款任務；最后攜帶銀行B數字簽名的付款證明返回書店B，結束在書店B的購書任務。

e)Book_Shopper完成購書任務后回到創建地，最終的實際旅行圖是: 創建地→書店A→銀行A→銀行B→書店A→書店B→銀行B→書店B→創建地。

4 結束語

 在遷移工作流管理系統中，遷移實例是任務執行的主體，旅行圖是支持遷移實例有效工作的基礎，它告訴遷移實例如何在工作位置之間遷移。集中式全局目錄服務雖然可以為遷移實例預先規劃旅行圖，但預先規劃的旅行圖缺乏柔性，它不能適應工作位置及其服務的變化。本文在集中式全局目錄服務的基礎上，建立了一種分布式目錄服務體系結構，設計了目錄服務組件，它不僅支持遷移實例旅行圖的靜態規劃，而且支持遷移路線的動態修正，從而大大提高了遷移實例旅行圖的動態適應性。本文提出的分布式目錄服務結構具有如下特點:a)采用全局—局域兩級目錄結構，目錄信息分布式存儲，提高了目錄服務的健壯性和響應速度; b)通過緩沖技術和線程池技術，提高了對并發查詢的響應速度; c)通過歸檔技術，提高了目錄信息的可靠性; d)基于服務推薦的遷移實例旅行路線的動態修正，對工作位置和服務的變化具有動態適應性，具體的服務推薦機制及其實現方法見文獻[4]。

本文下一步的工作是研究遷移工作流管理系統中的協同目錄服務模型及其實現方法，以支持多工作位置對遷移實例的協同服務推薦，優化遷移實例的旅行路線。

參考文獻：

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[4]楊公平，曾廣周. 基于導航的遷移工作流組織與執行[J].吉林大學學報：工學版， 2006，36(5)：819-823.

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