关键业务环境下的BPEL引擎系统与验证技术研究

admin · 发表于 2022-9-5 21:19:57

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雅宝题库解析：
面对不断变化的用户、应用和市场需求，构建正确、可靠、高效的业务流程已经成为当前企业和机构加快对需求的响应速度、提高生产力和竞争力、降低运营成本的核心任务。在企业和机构的内部，有一类关键业务（Mission-Critical），这类业务往往涉及面广、环节多、参与者众，对企业和机构至关重要。为支撑复杂应用的大规模关键业务系统提供满足其性能、可靠性和正确性需求的运行环境，是业务流程管理技术面临着的一个重大挑战。以技术的发展来看，企业和组织越来越倾向于采用以BPEL为代表的Web服务技术来解决业务流程中的异构系统集成和互操作题目。作为其核心运行系统的BPEL引擎，管理业务流程的生命周期，为业务流程提供部署、运行、监控和管理的基础平台。尽管目前已经存在着许多商业及开源的BPEL引擎产品，但是离达到关键业务系统应用的需求还有一定距离，主要表现在高并发访问处理、确定的执行语义以及功能正确性等方面。针对上述题目，本文以提供关键业务环境下可靠、正确和高性能的BPEL引擎为目标，重点研究了“面向服务的高并发BPEL引擎体系结构”、“基于分层有限状态机的BPEL执行引擎”和“基于H-BEEM 的协议处理验证方法”三个方面的关键技术，研究工作的主要内容和成果包括：(1) 针对BPEL引擎在高并发情况下出现的线程池耗尽和内存溢出题目，以提供BPEL流程服务为功能基础，提出了一种面向服务的高并发BPEL引擎体系结构SHCA4BE，给出了SHCA4BE的基本对象及相互关系，为BPEL引擎的基本功能提供支持。SHCA4BE的并发管理机制由三部分组成：首先，分阶段的Web服务协议处理框架将Web服务协议的请求处理分成几个阶段，为每个阶段分配合适的线程池，避免了为每个请求单独分配一个线程而导致的线程池耗尽。其次，基于堆栈的并发流程实例执行结构在流程实例仅仅保存堆栈和对流程定义的引用，减小了流程实例的内存占用，为每个流程实例而不是为每个活动的执行分配一个线程，减少了流程实例执行需要的线程数。最后，基于辅助栈的Flow分支执行结构针对基于有向图的BPEL定义，将活动并发分支的执行限定在一个或少数几个线程内，减少多并发分支所消耗的线程资源。通过以上机制，合理、公平地处理各种并发请求消息，提高线程和内存的利用率，为大量流程实例及Flow分支提供一个高性能、可靠的并发运行环境。(2) 针对为了支撑系统长时间持续运行所带来的BPEL引擎正确性验证需求，以元分布式框架逻辑为基础，提出了一种基于分层有限状态机的BPEL执行引擎 H-BEEM。H-BEEM分为三个层次，第一层的协议处理层次模型PHLM定义了协议的基本数据项和数据格式，协议处理的变换规则，描述了BPEL协议与服务层、消息层和传输层协议处理之间的关系；第二层的流程执行层次模型PELM定义了流程实例上下文的基本数据项和数据格式，以及与流程层协议请求和流程层协议响应之间的变换规则，描述了流程实例创建、执行、相关集生成与匹配等之间的协议变换。第三层的活动执行层次模型AELM定义了基于堆栈的BPEL活动执行数据结构，描述了BPEL基本活动、结构化活动和域活动的执行行为和数据操作。BPEL引擎协议处理的功能行为进行了形式化描述，给出了在协议处理过程中BPEL引擎内部的主要状态，状态之间的迁移，以及状态迁移过程中的数据操作。通过H-BEEM，BPEL引擎的执行语义得到了形式化地定义，并且从输入到输出的协议处理步骤与H-BEEM上可接受的句子一一对应，使得BPEL引擎的协议处理行为等价于H-BEEM上可接受的语言。(3) 针对引擎协议处理功能的正确性验证题目，提出了一种基于H-BEEM 的BPEL引擎协议处理验证方法。首先定义了H-BEEM协议处理的输入条件谓词、输出条件谓词及约束；然后将外部系统与BPEL引擎之间的输入输出分解为流程定义工具、客户端应用及人工任务服务器、Web服务、其他BPEL引擎和监控管理工具与BPEL引擎之间的输入输出，并分析每种外部系统与BPEL引擎之间的调用方式；最后给出BPEL引擎针对每种外部系统基于调用方式的协议处理步骤，证明对于每种外部系统的调用，其协议处理逻辑都能在H-BEEM上找到一条相对应的从开始状态到结束状态的执行路径，保证了在简单和复杂的调用场景下，H-BEEM协议处理的功能正确性。(4) 基于面向服务的高并发BPEL引擎体系结构SHCA4BE实现了XServices BPEL引擎，该引擎是XServices服务组合平台的重要组成部分。在XServices BPEL引擎设计与实现中，给出了引擎系统层次结构、引擎核心类设计及实现、分阶段的Web服务协议处理框架实现，以及BPEL相关集生成及匹配实现。性能分析表明，在高并发环境下，XServices BPEL引擎的性能要优于Apache ODE。最后，通过在电子公文交换系统、三维地质勘探信息可视化审核系统和基于SOA的卫星测控系统等应用系统中的应用，验证了XServices BPEL引擎对各种类型BPEL业务流程的支持。

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