分布式工作流环境中数据管理的研究
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摘 要
工作流管理系统的概念起源于是办公自动化领域，它根据一些定义好的规则，
把任务或信息在参与者之间传递。这一概念是支持业务过程高效运行的思想、理
论、方法、技能和系统的总称，是企业业务过程重组以及业务过程的自动化的关
键技术。在当前复杂、异构、分布的企业环境中，分布式的工作流管理系统逐渐
成为研究热点。然而，人们更多的是关注分布式工作流系统的过程建模、任务的
调度算法等方面，对于工作流中数据管理的研究比较少，本文把工作流系统中的
数据管理作为一个主要研究内容，重点研究分布式工作流环境中数据管理的三个
方面：异构数据的交互、数据一致性保护、资源数据的自适应分配。
本文首先介绍了课题的研究背景和国内外研究现状，其次，指出本文研究内
容所涉及到的一些关键技术。最后，分别对工作流系统数据管理的三个方面进行
重点研究。具体研究内容如下
1.分布式环境中工作流异构数据的交互和集成方面：首先介绍分布式工作流
环境的各种异构数据并把数据进行分类，然后把中间件的思想和 XML 技术运用到
工作流环境当中来。本文的主要贡献是构建了基于中间件的工作流系统异构数据
的交互体系结构，并使用 XSD 定义了控制数据和相关数据的全局模式。从而在分
布式工作流系统中实现异构数据的透明访问。
2. 工作流数据的一致性保护方面：首先分析了破坏工作流系统中数据一致性
的两个重要原因：异常和并发。然后针对异常造成的数据一致性问题提出了基于
事件的多版本控制思想来恢复数据；针对由并发引起的一致性问题，本文提出了
基于语义隔离域的工作流长事务混合并发控制算法来保护数据的一致性，并通过
对长事务进行乐观并发控制，提高了系统的并发度。
3. 资源数据的自适应分配方面：工作流执行过程中，各种资源数据会动态变
化，事先定义好资源分配规则的方式不能很好的应对这种变化，本文采用自适应
思想，提出了一个自适应资源分配框架，这个框架使用自适应贪婪算法作为优化
器的核心组件，把自适应技术和工作流引擎结合起来，使得分布式工作流管理系
统能够针对资源的变动和任务执行的反馈数据，动态的调整资源分配策略。
关键词: 分布式工作流 数据管理 异构数据 一致性保护 长事务
WRPOA A-Greedy
ABSTRACT
The concept of workflow management system originates from the field of office
automation. The workflow passes the task or information between the participants
according to some defined rules. The workflow refers to the combination of the ideas,
theories, methods, skills and systems that support business processes to run efficiently,
and also is the key technology of the enterprise business process reengineering and
business process automation. In the current complex, heterogeneous, distributed
enterprise environments, distributed workflow management system is becoming a hot
direction of research. However, people are more concerned about the process modeling
of workflow and scheduling of task etc。The data stream research of the workflow is
fragmented. This paper considers data management in the workflow system to be a main
research subject, focusing on three areas of data management in distributed workflow
environment: heterogeneous data interaction, data consistency protection, adaptive
allocation of resource data.
Firstly, the paper introduces the research background and current status of the
research. Secondly, a number of key technologies about our research are introduced.
Finally, we focus on three aspects of the workflow management's data management. The
specific research content is as follows:
1. The interaction and integration of heterogeneous data in distributed workflow
environment: Firstly, we introduce various heterogeneous data in distributed workflow
environment and classify the data according to the characteristics. Then the middleware
ideas and the XML technology were introduced in workflow environment. The main
contribution of this paper is to construct middleware-based interaction architecture and
define the overall pattern of the control data and associated data using xml schema.
2. Consistency protection of the workflow data: Firstly, this paper analyzes two
important reasons which destroy the data consistency in workflow system: exception
and concurrency. Then, for exceptions we propose the event-based multi-version control
algorithm to recover the data; and this paper also presents transactional workflow mixed
concurrency control based on semantic isolation sphere to solve the data problems
arising from concurrency.
3. The adaptive distribution of resource data: Various resource data dynamically
change while workflow is running. Pre-defined allocation rules of resources can not
respond to those changes. This paper proposes an adaptive resource allocation
framework that uses adaptive query technology. The framework integrates adaptive
technology with workflow engine and uses the adaptive greedy algorithm as the core
component of the optimizer. In this way, the distributed workflow management system
can adjust dynamically according to the resources changes and feedback of activity run.
Keywords: Distributed workflow, data management, heterogeneous
data, protection of consistency, long transaction
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论.....................................................................................................................1
§1.1 研究背景 ...........................................................................................................1
§1.2 国内外发展和研究现状 ...................................................................................2
§1.3 工作流技术未来的主要研究方向 ...................................................................2
§1.4 本文的研究思路 ...............................................................................................3
§1.4.1 分布式工作流环境中数据管理............................................................... 3
§1.4.2 工作流中资源数据的自适应分配........................................................... 4
§1.4 论文结构 ...........................................................................................................4
第二章 WorkFlow 相关概念及关键技术分析 .............................................................. 6
§2.1 WFMC 参考模型 ..............................................................................................6
§2.2 数据流模式和控制流模式 ..................................................................................9
§2.2.1 工作流中的控制流模式........................................................................... 9
§2.2.2 工作流中的数据流分类和模式............................................................. 10
§2.3 关键技术 .........................................................................................................12
§2.3.1 分布式工作流......................................................................................... 12
§2.3.2 XML ........................................................................................................ 14
§2.3.3 高级事务模型（长事务处理技术）....................................................... 15
§2.3.4 适应性工作流......................................................................................... 15
§2.5 本章小结 .........................................................................................................16
第三章 分布式工作流环境中异构数据转换和交互...................................................17
§3.1 分布式工作流环境中的异构数据 .................................................................17
§3.1.1 异构数据库和异构数据的概念............................................................. 17
§3.1.2 分布式工作流环境中异构数据的分类................................................. 18
§3.2 中间件技术和 xml 在异构数据交互中的应用 .............................................20
§3.3 基于中间件和 xml 的分布式工作流数据交互模型 .....................................21
§3.3.1 思想来源................................................................................................. 21
§3.3.2 基本思路................................................................................................. 21
§3.3.3 工作流控制数据的集成模型................................................................. 22
§3.3.4 工作流模型间以及相关数据的交互模型............................................. 24
§3.5 本章小结 .........................................................................................................26
第四章 分布式环境中工作流数据的一致性保护.......................................................28
§4.1 破坏工作流数据一致性的原因分析 .............................................................28
§4.1.1 工作流中的异常..................................................................................... 28
§4.1.2 工作流中的并发..................................................................................... 29
§4.2 恢复和补偿---异常引起的不一致性保护 .....................................................30
§4.2.1 常见异常处理模式................................................................................. 30
§4.2.2 基于事件的多版本控制......................................................................... 31
§4.3 并发控制 ............................................................................................................33
§4.3.1 思想来源................................................................................................. 33
§4.3.2 事务模型................................................................................................. 34
§4.3.3 语义隔离域............................................................................................. 35
§4.3.4 长子事务................................................................................................. 36
§4.3.4 算法描述................................................................................................. 37
§4.3.4 性能分析................................................................................................. 38
§4.4 本章小结 .........................................................................................................38
第五章 采用自适应技术管理工作流资源数据...........................................................40
§5.1 工作流动态变化的特征及分类 .....................................................................40
§5.2 自适应技术 .....................................................................................................41
§5.3 自适应与工作流环境资源数据的变更 .........................................................41
§5.4 资源模型 .........................................................................................................42
§5.4.1 资源分类................................................................................................. 42
§5.4.2 资源分配................................................................................................. 42
§5.4.3 资源变动................................................................................................. 43
§5.5 工作流资源数据自适应模型（WRPOA）.................................................. 43
§5.5.1 WRPOA 模型 ..........................................................................................44
§5.5.2 WRPOA 模型处理流程 ..........................................................................44
§5.5.3 WRPOA 模型分析 ..................................................................................45
§5.6 A-Greedy 查询优化算法 ................................................................................ 46
§5.6.1 自适应循环框架..................................................................................... 46
§5.6.2 A-Greedy 的主要思想............................................................................ 47
§5.6.3 A-Greedy 的优化过程............................................................................ 48
§5.6.3 A-Greedy 算法的性能评估.................................................................... 48
§5.7 本章小结 .........................................................................................................49
第六章 总结与展望 ................................................................................................... 51
§6.1 总结 .................................................................................................................51
§6.1 工作展望 .........................................................................................................52
参考文献.........................................................................................................................53
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.............................................58
致 谢...........................................................................................................................59
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 研究背景
90 年代以来，计算机以及计算机网络逐渐得到普及和延伸，同时现代企业中
的各种资源和决策制定表现出分布、异构、松散耦合和变化迅速的特点。这些特
点都表明：集中式信息处理技术已经不能适应需求，必须要发展异构分布环境下，
使关联的任务能够高效运转并能监控其执行的技术，因此分布式工作流技术应运
而生。
1993 年工作流管理联盟（workflow Management Coalition,即WFMC ）成立，
它标志着工作流技术成为一个新的计算机研究领域，其术语及概念也开始得到了
人们的承认。工作流并没有一个统一的定义，不同机构和学者从不同角度给出了
自己的工作流定义[1]。一般来说，工作流是指能够完全或者部分自动执行的经营过
程，它按照定义好的过程模型协调一系列活动，使文档、信息或任务能在不同的
执行者之间传递和执行。而用来管理工作流的工作流管理系统（Workflow
Management）一般包括建模，执行，流程管理和监控等功能。
从工作流定义中我们可以看出，工作流可看做是业务流程的一个计算机实现。
它是支持现代企业业务过程重组和自动化的一项关键技术。工作流技术实现了业
务逻辑和流程逻辑的分离,可以规范化业务流程的定义和分析，实现业务单元的自
动组装,降低了复杂流程应用难度,同时也提高了企业运营效率，实现了现代企业
所追求的“在适当时间把适当的信息发送给适当的人”
目前众多组织和厂商已开始重视分布式工作流的研究[2]。但分布式工作流管
理系统的构建还要很多问题要解决。首先，布式组件之间如何通信就是一个很重
要的问题。它涉及到异构环境下的通信问题；其次，工作流引擎的分布虽然解决
了集中式控制造成的瓶颈,但也在一定程度上使得系统复杂性增加,数据一致性
和数据的并发控制维护相对困难；另外，在分布式环境中，有许多不同的协议，
同样的数据在不同组织，不同企业间有不同的表示格式。
而且，在现有的工作流系统中，研究人员一般都集中研究业务过程中的控制
流，对于工作流中的数据管理以及数据流并没有给予足够的重视，因此，本文主
要研究方向集中在分布式环境下工作流系统中数据的管理以及工作流资源数据的
自适应。
摘要：
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摘要工作流管理系统的概念起源于是办公自动化领域，它根据一些定义好的规则，把任务或信息在参与者之间传递。这一概念是支持业务过程高效运行的思想、理论、方法、技能和系统的总称，是企业业务过程重组以及业务过程的自动化的关键技术。在当前复杂、异构、分布的企业环境中，分布式的工作流管理系统逐渐成为研究热点。然而，人们更多的是关注分布式工作流系统的过程建模、任务的调度算法等方面，对于工作流中数据管理的研究比较少，本文把工作流系统中的数据管理作为一个主要研究内容，重点研究分布式工作流环境中数据管理的三个方面：异构数据的交互、数据一致性保护、资源数据的自适应分配。本文首先介绍了课题的研究背景和国内外研究现状，其...
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