淺析云計(jì)算與SOA相融合的工作流技術(shù)

戴經(jīng)國　楊雙如　藍(lán)天

[摘要]傳統(tǒng)的工作流技術(shù)只關(guān)注簡單的工作流轉(zhuǎn)和監(jiān)控，無法滿足跨組織的業(yè)務(wù)以及應(yīng)用集成等復(fù)雜需求。文章結(jié)合面向服務(wù)體系架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）的思想，將面向服務(wù)的特征與云計(jì)算的優(yōu)勢進(jìn)行融合，探討SOA與云計(jì)算相融合的工作流技術(shù)，提出了工作流模型和管理系統(tǒng)模型并分析了其的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]工作流技術(shù)； SOA；云計(jì)算；工作流管理系統(tǒng)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201615120

1引言

作為企業(yè)經(jīng)營過程重組與過程自動(dòng)化的一種手段，工作流技術(shù)實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的自動(dòng)調(diào)度、資源的優(yōu)化和管理，是對工作流程及其各操作步驟之間業(yè)務(wù)規(guī)則的抽象、概括描述。工作流建模，即將工作流程中的工作如何前后組織在一起的邏輯和規(guī)則，在計(jì)算機(jī)中以恰當(dāng)?shù)哪Ｐ捅磉_(dá)并對其實(shí)施計(jì)算。高度完成企業(yè)業(yè)務(wù)目標(biāo)，因而越來越多的企業(yè)利用工作流技術(shù)解決信息自動(dòng)化問題。但是隨著信息技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)規(guī)模的日益擴(kuò)展，一個(gè)企業(yè)要想處于不敗之地，必須與其他企業(yè)進(jìn)行合作與交流，不能孤立存在，企業(yè)間的合作日益密切，跨組織、跨地域明顯。[1-4]傳統(tǒng)的工作流模型將業(yè)務(wù)過程與企業(yè)資源綁定，業(yè)務(wù)模型與組織和資源模型結(jié)合過于緊密，不適合企業(yè)的動(dòng)態(tài)變化和發(fā)展的要求。[5]

文章在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，將工作流與SOA的思想和云計(jì)算的特征深度結(jié)合，提出了云計(jì)算和SOA相融合的工作流技術(shù)，以適應(yīng)當(dāng)今開放、分布、異構(gòu)、贏利、動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中企業(yè)的復(fù)雜應(yīng)用需求。在文章的下述部分，將闡述SOA與云計(jì)算相融合的工作流技術(shù)的原理，提出該工作流模型CSOWF以及對應(yīng)的工作流管理系統(tǒng)CSOWFMS，并討論其的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，最后給出總結(jié)，將對云計(jì)算與SOA相融合的工作流技術(shù)的發(fā)展前景給出初步的預(yù)測。

2基本原理

面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）[6]是一種服務(wù)導(dǎo)向的組件模型。服務(wù)是指軟件中的一些處理過程或是封裝成獨(dú)立業(yè)務(wù)模塊的程序邏輯單元，可以通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)訪問和調(diào)用，而且接口公開。服務(wù)提供者開發(fā)出各種有用的服務(wù)，經(jīng)過嚴(yán)格測試后把服務(wù)發(fā)布到公共的服務(wù)注冊表上，服務(wù)消費(fèi)者通過查找服務(wù)注冊表找到所需要的服務(wù)，然后就可以使有那個(gè)所需要的服務(wù)了。由傳輸機(jī)制綁定服務(wù)，然后通過接口契約規(guī)定的格式來執(zhí)行服務(wù)。使用工作流技術(shù)可以把簡單的服務(wù)聚集為復(fù)雜的服務(wù)，服務(wù)可以鏈接在一起實(shí)現(xiàn)較高級別的業(yè)務(wù)功能，利用SOA其松散耦合、接口標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)獨(dú)立、粗粒度、位置透明等特點(diǎn)，解決異構(gòu)性、互操作性等問題，高效地利用或重組企業(yè)現(xiàn)有的應(yīng)用資源，適應(yīng)業(yè)務(wù)流程和資源動(dòng)態(tài)變化的需求。

將公共的服務(wù)注冊表存儲于云空間中，利用“云計(jì)算”的特點(diǎn)，將“云”作為資料存儲以及應(yīng)用服務(wù)的中心，搭建計(jì)算機(jī)存儲、運(yùn)算中心，使得企業(yè)內(nèi)部或跨組織、跨地域企業(yè)可以通過一根網(wǎng)線借助瀏覽器方便進(jìn)行訪問服務(wù)，這樣企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計(jì)算機(jī)和存儲系統(tǒng)。利用云計(jì)算其低成本、靈活、可計(jì)量性等特點(diǎn)，解決企業(yè)高成本、資源浪費(fèi)、服務(wù)分配不當(dāng)?shù)葐栴}。

SOA與云計(jì)算相融合的工作流技術(shù)，SOA的服務(wù)，以最有效的架構(gòu)方式進(jìn)行服務(wù)整合，強(qiáng)調(diào)服務(wù)如何應(yīng)用，而云計(jì)算解決的是提供服務(wù)的“多少”，即“量”方面的問題，通過網(wǎng)絡(luò)按需提供給企業(yè)。

21工作流、SOA、云計(jì)算的映射模型

工作流的整個(gè)生命周期中，從產(chǎn)生業(yè)務(wù)流程需求到實(shí)現(xiàn)流程，與SOA和云計(jì)算的映射模型可以分為圖1中所示的五層。

表示層：表示層是針對用戶的，該層由用戶接口和商業(yè)流程界面組成，不需要專門的領(lǐng)域知識，只需要定義用戶接口以及相關(guān)的流程界面。

服務(wù)層：完成業(yè)務(wù)流程的建模后，由專門的人員根據(jù)活動(dòng)的目標(biāo)與條件（時(shí)間、資源、人員、數(shù)據(jù)等），將活動(dòng)（或任務(wù)）與相關(guān)的業(yè)務(wù)流程服務(wù)進(jìn)行綁定。在服務(wù)的選擇上要根據(jù)一定的策略進(jìn)行匹配。完成流程中所有活動(dòng)（或任務(wù)）與對應(yīng)的服務(wù)一一綁定后，可以將服務(wù)按照唯一標(biāo)識進(jìn)行編排，形成一個(gè)服務(wù)流程序列。

服務(wù)組件層：在SOA下建模，服務(wù)獨(dú)立于應(yīng)用程序和開發(fā)平臺，其技術(shù)細(xì)節(jié)的實(shí)現(xiàn)是通過組價(jià)的組合來完成的。任何應(yīng)用都可以通過高內(nèi)聚、低耦合的方式進(jìn)行組件包裝。組件之間通過分組或者重新組合便形成了服務(wù)組件層。

云應(yīng)用層：該層包括軟件包、客戶管理、面向?qū)ο髴?yīng)用。“云應(yīng)用”的工作原理是把傳統(tǒng)軟件“本地安裝、本地運(yùn)算”的使用方式變?yōu)椤凹慈〖从谩钡姆?wù)，云應(yīng)用不但可以幫助用戶降低IT成本，更能大大提高工作效率。

從表示層到云應(yīng)用層，實(shí)際上是一個(gè)目標(biāo)功能的分解過程，下面給出具體工作流到服務(wù)層以及云應(yīng)用層的映射關(guān)系。

22工作流、服務(wù)、云計(jì)算之間的映射機(jī)制

利用SOA的思想以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)，SOA結(jié)構(gòu)由服務(wù)提供者、服務(wù)注冊中心、服務(wù)消費(fèi)者三部分組成，服務(wù)提供者是一個(gè)可以通過網(wǎng)絡(luò)尋址的實(shí)體，它接收和執(zhí)行消費(fèi)者的請求。把自己的服務(wù)注冊到服務(wù)注冊中心，以便服務(wù)消費(fèi)者能夠發(fā)現(xiàn)和訪問該服務(wù)。因此每個(gè)企業(yè)將自己組織內(nèi)部的應(yīng)用組件化，以服務(wù)庫的形式發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)注冊中心，并且建立好相關(guān)的業(yè)務(wù)流程模型。不管是企業(yè)內(nèi)部或者是跨組織，跨地域的企業(yè)需要服務(wù)時(shí)，通過云計(jì)算技術(shù)在服務(wù)注冊中心按需搜索合適服務(wù)，利用云計(jì)算技術(shù)，能夠高效、便捷、低成本、隨時(shí)隨地篩選出最能滿足需求的服務(wù)。[7]

在選擇服務(wù)的過程中，除了根據(jù)活動(dòng)（或任務(wù)）功能目標(biāo)和相關(guān)條件（如時(shí)間、資源、人員、數(shù)據(jù)等）進(jìn)行搜索合適的服務(wù)外，還可以根據(jù)服務(wù)的其他方面進(jìn)行篩選，例如性能、信譽(yù)等，并結(jié)合搜素服務(wù)策略進(jìn)行查找。適當(dāng)?shù)姆?wù)查找與組合機(jī)制，能夠降低服務(wù)查找和服務(wù)使用者之間的緊耦合關(guān)系，使得企業(yè)在開發(fā)新業(yè)務(wù)的同時(shí)，能夠集成企業(yè)遺留應(yīng)用，減少重復(fù)開發(fā)，也降低了服務(wù)管理的難度，因此可以根據(jù)服務(wù)查找與服務(wù)組合技術(shù)進(jìn)行篩選合適的服務(wù)。

23云計(jì)算與SOA相融合的工作流的優(yōu)點(diǎn)

利用云計(jì)算能夠節(jié)約軟硬件成本，節(jié)省物理空間，高效、方便、低成本地完成服務(wù)資源的選擇和分配。[8]云計(jì)算提供給企業(yè)更多的靈活性，企業(yè)可以根據(jù)自己的業(yè)務(wù)情況來決定是否需要增加服務(wù)，企業(yè)也可以從小做起，用最小的投資來滿足你的現(xiàn)狀，而當(dāng)企業(yè)的業(yè)務(wù)增長到需要增加服務(wù)的時(shí)候，可以根據(jù)自己的情況對服務(wù)進(jìn)行選擇性增加，使企業(yè)的業(yè)務(wù)利用性最大化。

3云計(jì)算與SOA相融合的工作流

文章提出的云計(jì)算與SOA相融合的工作流技術(shù)主要探討兩個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）將工作流活動(dòng)與服務(wù)進(jìn)行合理映射，定義和執(zhí)行工作流程。

（2）利用服務(wù)和云計(jì)算進(jìn)行工作流的管理。

前者針對工作流程本身而言，是把工作流的業(yè)務(wù)模型定義與實(shí)現(xiàn)分開；定義時(shí)使業(yè)務(wù)人員關(guān)注于領(lǐng)域業(yè)務(wù)模型的構(gòu)造；執(zhí)行時(shí)將業(yè)務(wù)工作流部署于SOA環(huán)境中，運(yùn)用云計(jì)算優(yōu)勢，將服務(wù)注冊中心存儲于云存儲空間中，將服務(wù)組件層與云應(yīng)用層密切聯(lián)系起來。以服務(wù)的方式為活動(dòng)分配資源，合理調(diào)度，完成運(yùn)行過程。后者則是針對工作流管理系統(tǒng)而言，改變傳統(tǒng)的集中式管理模式，通過服務(wù)機(jī)制對工作流的構(gòu)造、執(zhí)行和監(jiān)控進(jìn)行分布式管理。

31工作流模型

SOA下的工作流利用服務(wù)靈活性，在定義和實(shí)施上都能更適合復(fù)雜的實(shí)際環(huán)境需求；特別是在流程的執(zhí)行上，SOA提供了一個(gè)自動(dòng)完成活動(dòng)或任務(wù)的良好環(huán)境。同時(shí)，工作流技術(shù)可以很好地植入到云計(jì)算項(xiàng)目中。云計(jì)算流程天然地由不同的、序列化的事務(wù)組成的工作流程。具體模型如圖2所示。

圖2的服務(wù)可以分為系統(tǒng)服務(wù)和非系統(tǒng)服務(wù)兩大類。系統(tǒng)服務(wù)指為進(jìn)行工作流管理而提供的服務(wù)；非系統(tǒng)服務(wù)是為工作流程提供的服務(wù)。非系統(tǒng)服務(wù)存儲于云中，通過云計(jì)算按需查找服務(wù)，SOA與云計(jì)算相融合，能夠高效、方便、低成本完成跨組織、跨地域的業(yè)務(wù)服務(wù)流程。

32工作流管理系統(tǒng)

云計(jì)算與SOA相融合的工作流管理系統(tǒng)CSOWFMS是一個(gè)虛擬的工作流管理系統(tǒng)，由流程定義工具、監(jiān)控管理工具盒引擎服務(wù)、定義存儲服務(wù)、實(shí)例存儲服務(wù)組成，并使用通用的注冊查找服務(wù)和元數(shù)據(jù)存儲服務(wù)[7]，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中，流程定義存儲服務(wù)提供保存流行定義文件的服務(wù)；流程實(shí)例存儲服務(wù)保存流程實(shí)例狀態(tài)數(shù)據(jù)；工作流引擎服務(wù)負(fù)責(zé)從流程定義存儲服務(wù)保存流程實(shí)例數(shù)據(jù)，通過調(diào)用其他服務(wù)完成流程活動(dòng)，與其他引擎服務(wù)協(xié)作可進(jìn)行流程遷移或并行執(zhí)行。用戶則通過用戶界面與工作流引擎進(jìn)行交互。

在CSOWFMS中，工作流的使用不再限于它的位置，任務(wù)由服務(wù)完成。只要為服務(wù)定義標(biāo)準(zhǔn)接口，它們就能被任何依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用訪問到。由于一個(gè)流程不再限制于工作流引擎的位置，流程能夠在任何地方設(shè)計(jì)、存儲和執(zhí)行。而且SOA服務(wù)與云計(jì)算相融合，因此利用云計(jì)算的優(yōu)勢，將能夠高效、靈活、方便、隨時(shí)隨地、低成本完成實(shí)際情況計(jì)算服務(wù)的需求。用戶能夠選擇分布在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的任何可獲得的工作流引擎服務(wù)來開始執(zhí)行一個(gè)流程。在執(zhí)行過程中，可以在不同的引擎服務(wù)間遷移來達(dá)到負(fù)載平衡，降低不同應(yīng)用和引擎服務(wù)間的通信費(fèi)用，易于從錯(cuò)誤中恢復(fù)。甚至一個(gè)流程同時(shí)在多個(gè)引擎服務(wù)上執(zhí)行以獲得更高的效率?？梢?，CSOWFMS具有分布、高效、容錯(cuò)、負(fù)載平衡等優(yōu)點(diǎn)、非常適應(yīng)復(fù)雜信息環(huán)境的需求。[8-9]

4實(shí)現(xiàn)技術(shù)

云計(jì)算與SOA相融合的工作流的實(shí)現(xiàn)依賴于SOA和云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)。流程以XML描述并與Web服務(wù)相結(jié)合非常重要。Web Service是SOA的一種實(shí)現(xiàn)方法。Web服務(wù)是構(gòu)架在XML和Internet技術(shù)上的分布式計(jì)算技術(shù)，其目的是利用已經(jīng)廣泛使用的Internet協(xié)議在分布節(jié)點(diǎn)之間傳遞稱為消息的XML文檔。

利用XML、WSDL、SOAP等Web服務(wù)技術(shù)分別可實(shí)現(xiàn)流程與服務(wù)的描述、數(shù)據(jù)映射以及通信，而UDDI則提供了服務(wù)發(fā)布與發(fā)現(xiàn)和重用的手段。由于這些技術(shù)都是開放標(biāo)準(zhǔn)的，以這些技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的工作流，不關(guān)系具體的業(yè)務(wù)流程所依賴的語言、系統(tǒng)或?qū)ο竽Ｐ?，跨多個(gè)應(yīng)用的業(yè)務(wù)自動(dòng)化更容易。業(yè)務(wù)流程可集合成復(fù)雜的工作流，設(shè)計(jì)、開發(fā)、維護(hù)和使用工作流都變得相對容易。

利用云計(jì)算技術(shù)，利用虛擬化機(jī)制將具體的計(jì)算特性加以封裝隱藏，對外提供統(tǒng)一邏輯接口，從而屏蔽物理設(shè)備多樣性帶來的差異，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、應(yīng)用虛擬化和桌面虛擬化，虛擬化是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)機(jī)制基于計(jì)算服務(wù)資源使用量付費(fèi)的效用計(jì)算機(jī)制，用一個(gè)實(shí)例可以同時(shí)處理多個(gè)企業(yè)請求的業(yè)務(wù)服務(wù)流程。云計(jì)算提高了流程發(fā)布為服務(wù)供外包調(diào)用的安全性，同時(shí)對策略管理、可靠消息傳遞、事務(wù)處理等的支持。

5結(jié)論

文章結(jié)合了面向服務(wù)體系架構(gòu)對復(fù)雜的信息化環(huán)境的支持與工作流技術(shù)在業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化方面的優(yōu)勢，以及根據(jù)云計(jì)算在按需計(jì)算服務(wù)資源方面的優(yōu)勢，提出了云計(jì)算與SOA相融合的工作流技術(shù)。以服務(wù)為實(shí)現(xiàn)工作流業(yè)務(wù)流程的手段，文章探討了工作流與服務(wù)以及云計(jì)算的映射原理，提出了云計(jì)算和SOA相融合的工作流模型CSOWF和描述以及云計(jì)算服務(wù)化的工作流管理系統(tǒng)CSOWFMS，最后探討了其的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。相信隨著SOA和云計(jì)算的日益成熟以及工作流的深入發(fā)展，三者的結(jié)合將會成為必然。

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