基于移動Agent面向SOA架構的工作流引擎設計與實現

摘要:論文從服務計算試圖用自動分解需求，全網搜索小粒度服務，組裝出符合需求的應用邏輯的方式來完成以前的軟件開發任務。在這個框架中，研究的基本點是如何描述服務、如何發現服務、如何組裝服務、如何測試和驗證服務。具有形式化模型的服務組合能夠更好地保證組合正確性以及其它的相關特性。

關鍵詞:Agent;SOA;引擎設計方法;PI-演算;Web服務

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)32-9285-03

Based on Mobile Agent-oriented architecture SOA Design and Implementation of Workflow Engine

JIANG Min

(Taizhou Normal College， Taizhou 225300， China)

Abstract: This calculation from the service trying to use automatic decomposition of demand， the whole network search services to the small particle size， assembling applications that meet the needs of a logical way to complete the previous software development tasks. In this framework， the study of the basic point is how to describe the service， how to find services， how to assemble services， how to test and certification services. With a formal model of the service portfolio to better ensure the combination of accuracy， and other related characteristics.

Key words: agent; SOA; engine design method;PI-calculus; web services

1 Agent面向SOA架構的工作流引擎設計方法

1.1 模型驅動體系結構(Agent)與面向服務體系結構(SOA)

模型驅動體系結構是軟件開發方法上的革新，它源于解決重用和需求變化的問題。比較成熟的重用有二進制代碼級(這里將Java字節碼及.NET的中間代碼都認為是二進制代碼一級)，源代碼級兩種層次，其中二進制代碼級含主要是系統函數庫和應用函數庫[1]。隨著應用的發展，又出現了粒度較大的類庫以及粒度更大的組件庫。二進制代碼的重用粒度不斷變大的趨勢實際上反映了IT技術不斷向應用需求靠攏的趨勢。從源代碼級來說，開源軟件的發展使其有了更強的生命力。但是，從實踐中看來，開源軟件的源代碼級重用比二進制級的重用需要耗費更大的工作量。此時，重用并沒有擺脫物理形式的束縛，從邏輯上將更有價值的設計面重用起來，而設計往往才是高層次軟件重用的關鍵。

設計層的重用一直以來受到限制的原因之一是沒有通用的設計表達方式，各種軟件設計采用不同的表達符號體系是導致重用困難的原因之一。正是因為沒有統一的符號體系，所以也很難發展出通用的輔助設計工具。自從UML出現以后，這個問題在很大程度上得到了緩解。模型的表達有了廣為接受的方式，大部分的常用設計元素都可以用UML的元素來表達，這是UML最為成功之處。隨著UML推廣，各種自動化工具也相應產生，其中最為著名的是IBM的 RationalRose，它實現了UML圖形表示到多種語言的自動映射功能。

但是UML也面臨特定領域的優化和擴展問題，比如用于嵌入式實時領域的實時U側比，就需要擴展更多的關鍵元素。為了解決設計重用的問題，也為了解決中間件之間的互聯互通問題，OMG提出了一個元層解決方案，即模型驅動體系結構。MDA的核心在于其“元”層的思想，有了元層，整個體系就具有了無限可擴展性，這是MDA不同于其它技術的地方。基于MDA的軟件開發生命周期如圖1所示，其中把平臺獨立模型PIM轉換成一個或多個平臺相關模型PSM是MDA開發過程中最復雜的一步。

MDA是模型驅動體系結構，而SOA是面向服務體系結構，那么，兩者之間的聯系究竟是什么，為了解決這個問題，SLN.公司從企業計算的角度作了一個從應用出發的專題研究[2]。而從開放系統中間件的角度來看，SOA是為了解決更大粒度的重用所提出的概念，只不過，所采用的技術變為服務，而結構采用了三方模型而已。

傳統的組件和對象級重用較為強調重用粒度和互通互操作性，而作為企業計算來說，更加強調敏捷性和跨企業互通性。這就需要更大粒度的重用。此時，組件己經不能滿足需要，服務作為更大粒度的組件被提了出來，而且其使用方式上十分強調三方模型。

所以，MDA和SOA都是為了解決重用問題而出現的，而MDA強調模型重用和自動開發過程，SOA強調大粒度重用和跨域協作。它們都反映了敏捷性，敏捷性實際上與IBM按需計算是一個思想。即軟件可以按照需求的不同而快速變化重組[3]。從而避免需求的變化導致軟件的大規模重寫。總結一句，可以將重用、動態、敏捷、模型的關系概括如下:動態必須有重用的支持，而敏捷則必須以動態為基礎，模型則是設計層的重用。

1.2 服務組合中的模型方法

服務組合作為服務計算中的重要元素，其有效運行是服務計算動態性和敏捷性得以實現的保證。對服務組合建立模型是學術界和工業界一直共同努力的方向。其中有借鑒原有成果如UML為組件建模的，或者新辟描述語言如WSBPEL和WSCDL的，還有結合UML與WSBpEUWseDL的，都取得了一定的成果。

但是，服務組合必須用嚴格的形式化方法加以驗證，才能保證服務組合的正確性和可驗證性。

模型有形式化模型和非形式化模型以及半形式化模型的區別，如:U L就是一種半形式化模型，它定義了符號系統，但是沒有定義推理規則;而諸如進程代數和Petri網等就是典型的形式化系統。

2 基于Pi演算的驅動服務組合設計框架

2.1 UESTC-PLATFORM:一個服務計算可視化平臺

UESTC-PLATFORM是一個可視化的服務計算平臺，它支持服務設計、服務組合、服務仿真、服務部署等功能。其系統體系結構如圖2所示。

平臺提供了一套良好的訪問和管理系統的組件，以便用戶程序可以采用B/S方式和C/S兩種方式調用系統平臺。系統平臺采用了SOA架構進行設計，支持BPEL4WS1.1規范，從而保證系統能夠向企業級應用提供良好的松散藕合性，滿足企業業務的決速變化，并且支持在應用平臺中居于主流地位的國際規范。

UESTC-PLATFORM系統將服務劃分為兩大類:內部服務和外部服務。內部服務指的是與應用程序運行在同一個虛擬機下并被WSDL包裝成服務的JAVA組件;而外部服務即Web services，它和應用程序運行在不同的虛擬機，不同的進程、甚至是不同的網絡環境下。內部服務適用于企業內同構環境下的組件調用，外部服務適用于企業間異構環境下的組件調用。為了提高服務的調用效率，對內部服務的調用方式是直接解析服務并調用相應組件。

圖2中虛線框部分是屬于UESTC-PLATFORM的部分。其中具有可移植性、高效率、高性能的內核管理組件是系統的核心部分(點劃線虛框所示)，它對外提供了監視系統資源和運行狀態的接口，對內管理系統的各個組件和服務。此外，內核組件還具有一定的靈活性，可插拔、替換(采用foci技術)其他的實現技術。在本系統平臺中，采用基于IOC的技術來實現具體組件，并用Megaserver管理系統內的組件模塊，其下掛接了5個系統組成模塊:

BPEL工作流引擎:它是平臺的重要組成部分，符合業界BPEL4WSvl.1標準。使得基于本平臺的企業級應用能夠全面實現SOA架構和企業商業、辦公過程自動化。

內部服務:實現企業內部業務組件服務化。

規則引擎:按照業界標準實現業務規則的隨需應變。

相關資源:包括了排隊隊列、流程連接池、工作隊列、系統平臺參量、服務參數等。各種組件:指構成本系統的組件，包括服務管(Serviceman age)、日志、事務、持久化等。

2.2 基于Pi演算的形式化框架PIFF

1) PIFF:一個基于Pi演算的形式化框架

PIFF是一個基于Pi演算的形式化框架。它包括三個部分:第一個部分表明了WSCDLWSBPEL的關鍵元素和Pi演算之間的關系;第二部分表示了如何將高級結構——進程模式——建模為Pi演算的agent表達式;第三部分是一些指導和輔助驗證的工具。PIFF的結構如圖3所示。

2)WSCDL，WSBPEL和Pi演算元素的對應關系

Pi演算可以描述各種數據結構和控制結構。無論WSCDL還是WSBPEL，其組合描述都可以分為兩個邏輯部分，一是靜態信息描述;二是流控描述。映射關系描述在表1中。

3) 將高級結構映射到Pi演算

WS將高級結構映射到pi演算

CDL的核心信息交換部分包括在\"Interaction\"、\"exchange\"子元素，\"exchange\"有\"send\"和\"receive\"元素中。子元素。iteration有因為 WSCDL描述服務之間的交互規則，交互模式可以總結為三種模式之一:單向(one-way)，同步發送/接收和異步發送/接收。這些模式可以映射為相應的Pi演算，如表2所示。

WSBPEL交互模式比起WSCDL來說更加復雜一些，因為它可以用來描述組織內的業務流程。根據Alisati:Barros和Frar Puhimann的研究工作，Pi演算可以表達任何的工作流模式。通過分析和比較，該文選擇出一些核心模式，作為PIFF支持的內容。表3展示了這些模式。

4) PIFF框架的驗證方法

如前所述，PIFF不僅提供了用Pi演算表示WSCDL和WSBPEL的方法，也涉及如何驗證關鍵屬性的方法。在服務組合的過程中開發者必須保證服務組合的結果能滿足系統用戶的需求。系統設計者從全局觀點設計系統，但是開發者從本地的內部流程視角來看待服務組合[4]。因此，必須保證每個參與者產生與全局協議一致的交互方式。作為一種編排語言，WSCDL指定了交互行為的全局特征，也表示了全部參與者必須滿足的交互規則。怎樣形式化地驗證wscDL與WSBPEL的一致性是一個重要的問題。在PIFF的輔助下，可以保證這種一致性[5]。

當系統設計者提出一個WSCDL的服務組合描述時，全局設計可以映射為Pi演算表達式，此時，表達式就描述了系統需求，該表達式被稱為服務組合需求模型serum(service。composition irementmodel)。為了達到Serum的目標，一些本地流程必須創建出來，本地流程可表達為WSBPEL，設有N個本地服務被創建出來完成組合。

3 使用PIFF框架的實例

在此組合中，有五個參與者。Client Proxy是客戶代理。TravelAgentis負責聯系賓館、接受客戶請求。Balk負責支付服務。Elmer是Hotel的內部通道，檢查是否有空余房間。

1) 根據PIFF，一個SCRM可以構建如下:

(縮寫:CP-Client Proxy，TA-Travel Agent，BK-Bank，HT-Hotel，CK-HT內對外不可見的內部動作)

SCRM=CPTA.TAHT.(HTTA.TACP+HTBK).BKCP.CPBK.BKHT.HTTA.TACP).SCRM

每個發送操作都有相應的接收動作。SCRM可以解釋為:

CP發送請求(req)到TA;

TA接收到req，并且發送預定請求到HT;

HT檢查空余房間(通過發送que到CK，通過內部通道Inner進行)。如果CK的回答是有(ok)，HT發送支付請求 (Pay)給BK，否則(nok)HT發送拒絕信息(rer)給TA，然后TA發送拒絕信息(dec)給CP;如果HT發送pay，BK發送請求給要求cP支付，CP支付(fee);BK發送已支付信息(pok)給HT，HT再發送預定成功信息(suc)給TA，TA則發送確認信息(efhi)給CP。

2) 根據PIFF，一個essC RM模型可以創建如下:

3) 根據PIFF，為了檢查是否escort與scrim一致，每個cascara中的服務都必須驗證其一致性。在該例中，把Travel Agent作為樣例來說明如何驗證單個服務一致性。

4 結論

該文的研究工作實現了初步的融合，即可以通過UESTC PLATFORM調用MWP平臺工具。這里實現了兩個工作，一是將Pi演算描述的流程映射為 WSBPEL的框架;二是將 WSBPEL的流程描述逆向轉出(建模)為Pi演算的流程描述。這個研究工作仍在進行中，現在所定義的兩個映射器(正向映射和逆向映射)是進一步改進的重要基礎，也是以后實現對 WSCDL支持的重要參考。

參考文獻:

[1] 徐偉，金蓓弘，李京，等.一種基于移動Agent的復合認服務容錯模型[J].計算機學報，2005，28(4):558-567.

[2] 吳建，吳朝暉，李瑩，等.基于本體論和詞匯語義相似度的Web服務發現[J].計算機學報，2005，28(4):595-602.

[3] 李曼，王珊.基于領域本體的Web服務動態組合[J].計算機學報，2005，28(4):644-650.

[4] 劉必欣，王玉峰，賈焰，吳泉源.一種基于角色的分布式動態服務組合方法[J].軟件學報，2005，16(11):1859-1867.

[5] 杜宗霞，懷進鵬.主動分布式Web服務注冊機制研究與實現[J].軟件學報，2006，17(3):454-462.