摘要 w e b 服務是一個嶄新的分布式計算模型，它的出現(xiàn)解決了企業(yè)之 間及企業(yè)內部異構系統(tǒng)之間的互操作和互通信的問題。事務則是一種 保證應用一致可靠的有效機制。w e b 服務松偶合的特點使得w e b 服 務事務尤為重要。w e b 服務事務，尤其是組合服務事務對服務質量 ( q o s ) 和服務計算的一致性和可靠性起著重要作用。 本文針對組合服務事務的長事務特點，提出了一個基于域的組合 服務事務嵌套模型( s b e t ) ，通過對組合服務事務進行進一步的事務 劃分，將組合服務平坦的事務模型擴展為嵌套的事務模型，使得事務 撤銷時，可以選擇性的回退到某一個一致點，以保證事務的語義一致 性。為了保證服務質量，在s b e t 的基礎上提出一個支持q o s 約束 的組合服務事務恢復算法。該算法能將補償?shù)姆秶刂圃诘讓拥挠?內，減少補償代價，保證服務質量在用戶可接受的范圍內接近最優(yōu)， 同時保證事務的語義原子性。為了提高組合服務的并發(fā)度并保證并發(fā) 的正確性，提出一個基于沖突概率的組合服務事務并發(fā)控制算法。該 算法充分考慮了組合服務事務中的各種并發(fā)情況，引入語義單元、沖 突類鎖和臨界區(qū)的概念來保證事務調度的語義可串行性，同時通過調 度的優(yōu)先級規(guī)則來避免死鎖。最后，針對當前組合服務執(zhí)行引擎大都 缺乏對組合服務事務的有力支持，設計了一個支持組合服務事務的原 型系統(tǒng)( t c w s ) 。該系統(tǒng)基于w s t r a n s a c t i o n 規(guī)范，在協(xié)調各成員 服務的事務行為的同時，還提供了錯誤恢復和并發(fā)控制的功能。 本文主要在組合服務事務模型、錯誤恢復、并發(fā)控制及支持事務 的組合服務原型系統(tǒng)等方面進行研究，為組合服務事務的研究提供了 新的思路和方法。 關鍵詞組合服務，組合服務事務，錯誤恢復，并發(fā)控制，q o s a b s t r a c t w e bs e r v i c ei san e wd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gm o d e l ，w h i c hs o l v e s p r o b l e m s o fi n t e r - c o l l a b o r a t i o na n di n t e r - c o m m u n i c a t i o nb e t w e e n h e t e r o g e n e o u ss y s t e m sf r o md if f e r e n te n t e r p r i s e s o ro n ee n t e r p r i s e t r a n s a c t i o ni sa ne f f i c i e n tm e c h a n i s mt oi n s u r ec o n s i s t e n c ya n dr e l i a b i l i t y o ft h ea p p l i c a t i o n w e bs e r v i c et r a n s a c t i o ni s e s p e c i a l l yi m p o r t a n c ef o r t h ec h a r a c t e r i s t i co fr e l a x e dc o u p l i n g w e bs e r v i c et r a n s a c t i o n ，e s p e c i a l l y c o m p o s i t es e r v i c et r a n s a c t i o np l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) a n dc o n s i s t e n c ya n dr e l i a b i l i t yf o rs e r v i c ec o m p u t i n g c o m p o s i t es e r v i c et r a n s a c t i o ni sl o n gt r a n s a c t i o n ，s ot h i sp a p e r p r e s e n t sas c o p eb a s e de m b e d d e dt r a n s a c t i o nm o d e lo fc o m p o s i t es e r v i c e ( s b e t ) ，w h i c hi s e x t e n d e df r o mf l a tm o d e lo fc o m p o s i t es e r v i c e t r a n s a c t i o nt h r o u g hf u r t h e rt r a n s a c t i o np a r t i t i o n w h e nt r a n s a c t i o ni s c a n c e l l e d ，u s e r sc a nr o l l b a c kt oac e r t a i nc o n s i s t e n tp o i n ts e l e c t i v e l yt o i n s u r es e m a n t i cc o n s i s t e n c y i no r d e rt og u a r a n t e eq o s ，at r a n s a c t i o n r e c o v e ra l g o r i t h m s u p p o r t i n gq o sr e s t r i c t i o n i s p r e s e n t e d ，b a s e do n s b e to fc o m p o s i t es e r v i c e t h e a l g o r i t h m c a n k e e p t h ea r e ao f c o m p e n s a t i o ni na b o t t o ms c o p e ，r e d u c et h ec o s to f c o m p e n s m i o n ，i n s u r e q o sa p p r o a c h i n gt ot h eb e s tw h e nt r a n s a c t i o nr e c o v e r i n g ，a n dc a na l s o i n s u r es e m a n t i ca t o m i co ft r a n s a c t i o n i no r d e rt oe n h a n c ec o n c u r r e n c y a n di n s u r ec o r r e c t n e s s ，ac o n c u r r e n c yc o n t r o la l g o r i t h mo fc o m p o s i t e s e r v i c et r a n s a c t i o nb a s e do np r o b a b i l i t yo fc o n f l i c ti s p r e s e n t e d w i t h f u l l yc o n s i d e r i n go f e a c hc o n c u r r e n c yc o n t r o lc i r c u m s t a n c e ，t h ea l g o r i t h m i n t r o d u c e st h ec o n c e p to fs e m a n t i cu n i t ，l o c ko nc o n f l i c tc l a s sa n dc r i t i c a l s e c t i o nt og u a r a n t e es e m a n t i cs e r i a l i z a b i l i t yo ft r a n s a c t i o ns c h e d u l i n g ， a n da v o i d sd e a dl o c k i n g b yp r i o r i t y r u l eo fs c h e d u l i n g a tl a s t ，a p r o t o t y p eo fc o m p o s i t es e r v i c es y s t e ms u p p o r t i n gt r a n s a c t i o nn a m e d t c w si s d e s i g n e d ，w h i c hs o l v e st h ep r o b l e mt h a tm o s t l ye x i s t i n g p r o d u c t so rp r o t o t y p e sf o rc o m p o s i t es e r v i c ee x e c u t i n gl a c kt r a n s a c t i o n s u p p o r t i n g t h ep r o t o t y p ei sb a s e do nw s t r a n s a c t i o ns p e c i f i c a t i o n b e s i d e sc o o r d i n a t i n gt r a n s a c t i o n a lb e h a v i o ro fm e m b e rs e r v i c e s i ta l s o p r o v i d e sf u n c t i o n so f e r r o r r e c o v e r ya n dc o n c u r r e n c yc o n t r 0 1 o u rr e s e a r c ho nt r a n s a c t i o nm o d e lo fc o m p o s i t es e r v i c e ，e r r o r r e c o v e r y , c o n c u r r e n c yc o n t r o la n dc o m p o s i t es e r v i c ep r o t o t y p es y s t e m s u p p o r t i n gt r a n s a c t i o np r o v i d e san e wi d e aa n dan e wa p p r o a c h f o r r e s e a r c ho nc o m p o s i t es e r v i c et r a n s a c t i o n k e yw o r d s c o m p o s i t es e r v i c e ，c o m p o s i t es e r v i c et r a n s a c t i o n ，e r r o r r e c o v e r y , c o n c u r r e n c yc o n t r o l ，q u a l i t yo fs e r v i c e - i i i - 原創(chuàng)性聲明 本人聲明，所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作 及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲 得中南大學或其他單位的學位或證書而使用過的材料。與我共同工作的 同志對本研究所作的貢獻均已在論文中作了明確的說明。 作者簽名：鱟莛籃、日期：量墮- - 年月翌日 學位論文版權使用授權書 本人了解中南大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權 保留學位論文并根據(jù)國家或湖南省有關部門規(guī)定送交學位論文，允許學 位論文被查閱和借閱；學校可以公布學位論文的全部或部分內容，可以 采用復印、縮印或其它手段保存學位論文。同時授權中國科學技術信息 研究所將本學位論文收錄到中國學位論文全文數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡向 社會公眾提供信息服務。 作者簽名：鱟整盜導師 碩十學位論文 第一章緒論 1 1 引言 1 1 1 研究背景 第一章緒論 上世紀末到本世紀初，w e b 服務迅速發(fā)展起來。w e b 服務是自包涵自描述性的、 獨立的、模塊化的應用程序，具有分布、異構、自治、松耦合、以及運行時間長和不 可預見性等特點。它能有效地集成i n t e m e t 上的業(yè)務過程和應用程序。w e b 服務涉及 到的最基本的技術規(guī)范包括：w e b 服務描述語言w s d l i l l 、統(tǒng)一描述、發(fā)現(xiàn)和集成 u d d l l 2 1 以及簡單對象訪問協(xié)議s o a p l 3 1 。由于w r e b 服務建立于s o a p 協(xié)議之上，基 于x m l 的s o a p 消息在h t t p 協(xié)議上傳輸，能很好地穿越防火墻，從而使電子事務 的過程可以跨越各個系統(tǒng)。同時使用x m l 進行消息傳遞，也使信息和數(shù)據(jù)能在異構 系統(tǒng)間傳遞，并使不同系統(tǒng)間的協(xié)同工作成為可能【4 1 。w e b 服務技術應用的日益廣泛 使w e b 服務成為i n t e m e t 網(wǎng)絡環(huán)境中資源封裝的標準【5 l 。 隨著電子商務的不斷發(fā)展以及跨組織應用的日益復雜，單個w e b 服務己無法滿 足復雜業(yè)務的需求，同時，運行在不同平臺之上的w e b 服務可能是以不同的方式創(chuàng) 建、用不同程序語言實現(xiàn)、由不同供應商提供的，因此需要根據(jù)特定的應用背景和需 求將多個具有不同業(yè)務功能的w e b 服務按照一定的業(yè)務流程邏輯組合起來，構建復 雜的服務滿足業(yè)務需求【5 1 ，這就是組合服務。組合服務是通過將現(xiàn)有的w e b 服務聚合 起來按照一定的次序工作而提供的一個新的增值服務【6 】，其中現(xiàn)有的w e b 服務稱為它 的成員服務。組合服務為復雜的w e b 應用提供了有效的解決方案，它提高了w e b 服 務組件的可重用性和利用率，使得企業(yè)應用集成變得越來越容易?？偟膩碚f，w e b 服務可以劃分為兩種，基本服務和組合服務。基本服務即原子服務，不能再分離出其 他服務，其功能單一，往往不能滿足終端應用的需求；組合服務則是由基本服務組合 而成，通過組合可以得到新的復雜的能滿足終端應用需求的w e b 服務。 為了滿足建立在資源動態(tài)變化之上業(yè)務日益復雜的商務應用的需求，w e b 服務有 效地利用現(xiàn)有的w e b 數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)過濾、服務組合等技術，以進行w e b 上分散資 源的集成，并在其中應用訪問控制、事務機制，以保證服務響應的可靠性以及服務組 件的協(xié)同工作【7 1 ，這些技術構成了w e b 服務的核心支撐技術，也是w e b 服務領域研 究的熱點。在w e b 服務的組合和協(xié)調工作中，首先需要保證服務執(zhí)行的質量和可靠 性，這是w e b 服務的質量控制問題；其次需要保證服務執(zhí)行中的安全性，這是w e b 服務的訪問控制問題【7 1 。這兩個問題都是w e b 服務，尤其是組合服務所面臨的重要課 題。 碩士學位論文 第一章緒論 1 1 2 問題的提出 w - e b 服務提供的是相互獨立的網(wǎng)絡平臺上應用的連接和信息的集成，在這樣的分 布式環(huán)境中，w e b 應用需要相互協(xié)同工作并保持一致，以得到可靠的結果和輸出1 7 j ， 我們可以借用事務機制來實現(xiàn)。事務機制是w e b 服務能否投入商業(yè)應用的關鍵技術之 一。作為容錯系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)可靠性的有效手段，事務機制被應用到w r e b 服務中， 為w 曲服務執(zhí)行結果的正確性、一致性提供保障。應用于w 曲服務中的事務稱為w e b 服務事務。 相對于基本服務，組合服務出錯的可能性更大，可能的情況有：成員服務失 敗；網(wǎng)絡環(huán)境故障；組合服務運行平臺出錯【8 】。同時組合服務的業(yè)務過程由來 自于不同業(yè)務領域的業(yè)務任務組成，而這些業(yè)務域是松散耦合的，它們位置分散，且 各自有運行平臺【9 】。因此組合服務需要事務機制來進行錯誤恢復、協(xié)調管理不同業(yè)務 域的交互合作以及對多個成員服務的輸出狀態(tài)或結果進行處理，以保證組合服務的正 確性與可靠性，這種事務稱為組合服務事務。組合服務事務并不嚴格遵循a c i d 屬性。 由于組合服務所處的松散耦合環(huán)境和長時間運行的特點，傳統(tǒng)的鎖技術不再適用，組 合服務事務需要放松事務的a c i d 屬性，并通過補償事務來保證這種放松的屬性。本 文將重點對組合服務的事務性進行研究探討，文中的w e b 服務事務主要指的是組合 服務事務。 1 1 3 研究的目的與意義 由于單個w e b 服務功能單一，w e b 服務只有組合起來才能實現(xiàn)功能強大的增值 服務，但是組合服務的真正價值會受到其可靠性的影響。不同的w e b 服務組合，由 于涉及不同領域、不同組織、不同平臺，而且各服務均是自治獨立的，加上網(wǎng)絡等因 素，錯誤發(fā)生的幾率很大，所以事務必然成為服務必不可少的一部分，組合服務需要 事務處理來保證結果的一致可靠性。 隨著人們對組合服務質量要求的提高，組合服務事務變得越來越重要。組合服務 事務機制的使用不僅能保證服務質量，還能在一定程度上提高服務質量。例如組合服 務事務的并發(fā)控制能提高服務效率和系統(tǒng)吞吐量，縮短服務請求的響應時間，并保證 服務在并發(fā)過程中的正確性。而錯誤恢復則能為服務事務的一致性提供保證，使得服 務事務在錯誤發(fā)生時，也能正確恢復。因此，本文希望通過組合服務事務的研究，提 供一些新的思路來保證并提高服務質量。 1 2w e b 服務的事務性研究現(xiàn)狀 w e b 服務中的事務處理通常是對高級事務處理技術的擴展。工業(yè)界注重的是w e b 服務事務規(guī)范和協(xié)議的標準化，并且提出多種w e b 服務事務相關規(guī)范；學術界的相 2 一 碩上學位論文 第章緒論 關研究工作則主要來源于事務性過程、w e b 服務組合的事務性等研究領域。 1 2 1 w e b 服務事務處理相關工業(yè)規(guī)范 常見的w e b 服務事務規(guī)范包括b t p ( b u s i n e s st r a n s a c t i o np r o t o c 0 1 ) 【l o j 、 w s t w s c ( w e bs e r v i c e st r a n s a c t i o n w e bs e r v i c e sc o o r d i n a t i o n ) 1 - 1 3 】、w s c a f ( w e bs e r v i c e sc o m p o s i t e a p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ) 1 4 - 1 6 】等。 b t p 規(guī)范是由o a s i s 組織在2 0 0 2 年針對w e b 應用提出的一個基于x m l 的事務 支持協(xié)議，用于協(xié)調多個有自主行為的參與者。它支持兩種擴展事務，即原子事務和 內聚事務。w s t 腳s c 是i b m 、m i c r o s o f t 、b e a 等在2 0 0 2 年8 月發(fā)布的基于x m l 、 s o a p 、w s d l 等w e b 服務標準的規(guī)范。它定義有兩種事務類型，原子事務和業(yè)務活 動，同時它定義了一個可擴展的協(xié)調框架。該框架提供三種協(xié)調服務：激活服務、注 冊服務、協(xié)議服務，以支持原子事務和業(yè)務活動。w s c a f 則是a r j u n a 、f u j i t s u 、i o n a 、 o r a c l e 等公司于2 0 0 3 年7 月發(fā)布的。此規(guī)范定義了三種事務類型，a c i d 事務、長時 間活動和業(yè)務流程。這三種規(guī)范都是工業(yè)界提出的，在第二章將做詳細介紹。 這些規(guī)范由不同的廠商提出，具有相似性，同時又存在著競爭，不利于w e b 服 務的發(fā)展。2 0 0 7 年5 月8 日，國際標準組織o a s i s 宣布w s t r a n s a c t i o n ( w e bs e r v i c e t r a n s a c t i o n ) 1 1 版為最高等級的o a s i s 標準。這對w e b 服務和s o a 未來的發(fā)展至 關重要，它為開發(fā)人員提供了構造可靠分布式程序所需的框架。 1 2 2w e b 服務事務處理的學術研究現(xiàn)狀 學術界主要從事務模型、并發(fā)控制以及錯誤恢復等方面對w e b 服務的事務性進 行研究。 l 、w e b 服務事務模型 w 曲服務事務是松散耦合的，是跨企業(yè)的，具有不可預知性和運行時間長的特點。 而傳統(tǒng)的事務模型都是a c i d 事務，不能滿足w e b 服務事務的需求。因此必須針對 w e b 服務的環(huán)境特點，在高級事務模型的基礎上做擴展。 文獻【1 7 】提出一種基于嘗試保持和補償機制的組合服務事務管理模型，同時提出 了一種組合服務的多維協(xié)商模型。嘗試保持能使得用戶獲取最新數(shù)據(jù)，能減少c a n c e l 的情況。在多個客戶對同一個資源嘗試保持時，一旦某個客戶真正得到這個資源，其 他客戶就會被通知保持失效。文獻【1 8 】提出一種基于代理技術的事務處理模型，這種 模型能夠同時協(xié)調w e b 服務環(huán)境下的短事務和長事務，具有自動可靠的故障恢復機 制。模型的核心部件是代理，代理主要負責創(chuàng)建事務( 子事務) 和協(xié)調器( 參與者) ， 生成補償事務，同時負責超時檢測。該模型能協(xié)調兩種事務，原子事務和聚合事務。 補償事務能有效地撤銷事務產(chǎn)生的影響。 碩士學位論文第一章緒論 為了能更有效可靠的組合服務，部分文獻使用嵌套的事務模型框架【1 9 , 2 0 l 。其中文 獻1 9 】提出的事務框架聚集了不同的事務行為和事務語義，具有一定的通用性，同時 該文提出一系列事務有效性和正確性的保證規(guī)則，并使用a t s ( a c c e p t e dt e r m i n a t i o n s t a t e s ) 作為保證規(guī)則中的關鍵元素。 組合服務在執(zhí)行前需要靜態(tài)建模，部分研究者則考慮在組合服務建模時加入w e b 服務的事務屬性，即在應用開發(fā)的早期就融入事務屬性，如文獻 2 l 】和 2 2 】。文獻【2 l 】 中將組合服務的建模分為四層，結構模型( s t r u c t u r a lm o d e l ) 、工作流模型( w o r k f l o w m o d e l ) 、安全模型( s e c u r i t ym o d e l ) 以及事務模型( t r a n s a c t i o nm o d e l ) 。其中事 務模型位于頂層。在事務模型中采用u m l 建模，并采用了w s t r a n s a c t i o n 規(guī)范中的 原子事務和業(yè)務活動以區(qū)分a c i d 事務和長事務，在支持事務補償?shù)耐瑫r，還可以指 定服務質量。 2 、w - e b 服務事務的錯誤恢復 在w e b 服務環(huán)境中，存在很多可預知的或者不可預知的因素，會導致w e b 服務 的失敗。在這種情況下，w e b 服務事務需要一種有效的錯誤恢復機制來處理，保證 w e b 服務事務的一致性結果。研究者們紛紛提出各種錯誤恢復算法。總得來說錯誤恢 復算法可以劃分為兩種【2 3 1 ，向前恢復1 6 , 8 , 2 4 1 和向后恢復1 2 5 。2 引。前者往往是根據(jù)應用需 求，依賴于異常處理機制，將事務狀態(tài)遷移到一種可以接受的狀態(tài)；后者則可以有多 種策略去實現(xiàn)，如補償、重試、替換等等。 向前恢復的算法基本上都采用a t s 來描述事務的一致性，即事務所有可能的終 止狀態(tài)都被事先定義好，事務執(zhí)行的終止狀態(tài)只有滿足a t s 才能保證事務的一致性。 文獻【6 】提出一種構建可靠組合服務的方法，以保證組合服務事務放寬的原子性，該 文通過w e b 服務間的事務依賴關系來得到組合服務的事務流，事務流執(zhí)行的終止狀 態(tài)只有滿足a t s 才能保證事務的一致性。文獻【8 】提出一種基于事務模型的向前恢復 的方法，該文將c aa c t i o n ( c o o r d i n a t e da t o m i ca c t i o n ) 這一概念應用到w e b 服務事 務，從而提出w s c a ( w e bs e r v i c ec o m p o s i t i o na c t i o n ) 。它將成員服務事務與組合 服務事務分離，即對于組合服務來講，其成員服務只是外部資源，同時它為每一個參 與者指定了異常時應采取的行為。 分布式事務主要使用向后恢復的方法來保證事務完全或者部分的滿足a c i d 屬 性【2 9 1 。w 曲服務事務也不例外。雖然一些w r e b 服務協(xié)議在提供事務管理功能時，采 用補償機制來進行錯誤恢復，然而用于這些模型和協(xié)議中的補償機制是固定的，不能 滿足不同應用的需求。所以文獻【2 5 】針對業(yè)務流程提出一種多補償機制以保證錯誤恢 復，即一個業(yè)務活動可以定制多個補償操作，當發(fā)生異常時，可以根據(jù)異常的情況選 擇合適的補償操作，從而提高了補償?shù)撵`活性，更能滿足業(yè)務的需求。文獻【2 6 】則根 據(jù)終端用戶需求以及業(yè)務規(guī)則建立補償依賴關系，該文中定義了三種補償依賴 ( r e q u i r e m e n t 、e x c l u s i v e 、h i n t ) ，協(xié)調器則根據(jù)這些依賴關系，以及由參與者傳回來 碩士學位論文 第一章緒論 的條件值做補償?shù)臎Q定。 文獻 3 0 貝j j 將向前恢復和向后恢復結合起來，充分發(fā)揮了這兩種算法的優(yōu)點。該 文中向前恢復部分主要采用了a t s 來放寬事務的原子性。而在向后恢復部分則采用 域的形式來編制w e b 服務，域中的異常是可以捕獲處理的，其異常處理主要基于四 種策略：s k i p ，r e t r y ，a l t e r n a t e ，r e p l a c e 。 3 、w 曲服務事務的并發(fā)控制 并發(fā)控制是事務的關鍵技術之一，它可以保證多個事務正確有效的并發(fā)執(zhí)行，以 提高系統(tǒng)的吞吐量、效率和響應時間。人們通常采取可串行化作為事務并發(fā)執(zhí)行正確 的判斷準則，即事務的并發(fā)執(zhí)行當且僅當其執(zhí)行結果與這些事務按某一次序串行執(zhí)行 時的結果相同時，才是正確的。 短事務的并發(fā)控制常采用兩段提交協(xié)議，然而這對長事務并不適用，因此一些高 級事務模型中提出一種c h e c ko u t c h e c ki n 的并發(fā)控制機制【3 1 1 。文 3 2 貝j j 提出一種名為 j e n o v a 的并發(fā)控制機制，該機制建立于嵌套事務和允許控制的基礎上。其核心是允許 控制( a d m i s s i o nc o n t r 0 1 ) ，即一個服務在調度執(zhí)行前，先檢查資源是否足夠，只有 在資源足夠的情況下，才能調度執(zhí)行，同時更新資源。對于運行時間長的服務，該機 制采取資源鎖的策略。文 3 3 1 貝j j 結合了當前的w e b 服務事務協(xié)議和規(guī)范，基于服務提 供者提供的依賴關系圖，利用事務依賴管理器，對w e b 服務事務進行并發(fā)控制。文 中擴展了w s t r a n s a c t i o n ，使其具備并發(fā)控制的功能。文 3 4 貝j j 在現(xiàn)有兩段提交協(xié)議 的基礎上，提出一種基于優(yōu)先級調度機制的優(yōu)先提交協(xié)議( p r i o r i t yc o m m i tp r o t o c 0 1 ) ， 該協(xié)議考慮了消息的延遲問題，延遲消息的優(yōu)先級別會降低，從而保證實時事務能得 到及時的處理。 4 、w r e b 服務事務的調度和優(yōu)化 除了并發(fā)控制和錯誤恢復，事務流程的調度和優(yōu)化也是w e b 服務事務監(jiān)控執(zhí)行 中的關鍵技術。w e b 服務事務的調度包括對w e b 服務事務的執(zhí)行順序的檢測、驗證 和優(yōu)化。其中檢測和驗證是為了分析w e b 服務執(zhí)行順序流中是否存在不可達節(jié)點以 及是否存在死鎖和活鎖，而優(yōu)化是對w 曲服務執(zhí)行和調度順序進行改進，使優(yōu)化后 的執(zhí)行效果等同于優(yōu)化前，而性能得到提古【”】。 w e b 服務組合的優(yōu)化更著重于流程，通過分析并改進業(yè)務流程，以最大化流程內 部的并行度。例如，文【3 6 提出了一種分析算法，基于程序依賴圖( p r o g r a md e p e n d e n c e g r a p h ) 將組合的w 曲服務進行代碼分離，并重新生成符合原來語義的程序圖和新代 碼，將w 曲服務組合并行化。文【3 7 】提出了一種w r e b 服務組合的行為分析( b e h a v i o r a l a n a l y s i s ) 算法，通過檢查w 曲服務組合的各個狀態(tài)，分析各服務調用以及執(zhí)行步驟 的靜態(tài)依賴關系，將服務調用并行化，減少網(wǎng)絡通信開銷，從而提高w e b 服務組合 的性能。 對于w e b 服務，當有多個服務請求時會存在一個服務請求隊列。w e b 服務事務 碩士學位論文第一章緒論 流的處理多采用盡力而為( b e s te f f o r t ) 的服務模型，即單隊列、先到先服務( f i r s tc o m e f i r s ts e r v i c e ，f c f s ) 的服務模型，當?shù)却犃袧M時，采用尾部丟掉的方法【3 8 】。但是 這種方法在w e b 服務的事務處理中顯得粗糙，它對服務類型不加區(qū)分、對服務請求 不分輕重緩急統(tǒng)一處理，造成處理效率不高、服務質量不好。為了區(qū)分服務請求，最 常用的是優(yōu)先調度機爿 1 j 3 9 , 4 0 ，在這種機制下，不同類型的服務請求被賦予不同的優(yōu)先 級，優(yōu)先級決定了服務請求的調度順序。有研究者提出基于服務質量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 的優(yōu)先級調度，例如文獻【4 l 】和 4 2 】，其中文【4 2 】通過服務請求者的 q o s 要求，如服務價格、響應時間等來對服務請求劃分優(yōu)先級。該文提出的q o s 管 理調度既支持靜態(tài)調度，也支持動態(tài)調度。靜態(tài)調度時優(yōu)先級值從三個層次級別考慮， 即應用層優(yōu)先級別、設備層優(yōu)先級別、客戶層優(yōu)先級別；動態(tài)調度則通過配置來實現(xiàn)， 動態(tài)調度組件對于系統(tǒng)管理員是透明的，一旦配置好，則自動執(zhí)行。 1 3 研究內容 w e b 服務環(huán)境需要事務處理機制所提供的協(xié)調行為，以保證一致可靠的結果。 本課題研究的是組合服務的事務性，具體研究內容有： 1 、組合服務事務模型。組合服務所處的松散耦合環(huán)境要求其事務進一步放松 a c i d 屬性，對高級事務模型進行擴展，以保證語義上的a c i d 屬性。同時為了提高 組合服務事務處理的靈活性和可靠性，必須對組合服務事務進行進一步的事務劃分， 將平坦的組合服務事務模型擴展為嵌套的事務模型。 2 、組合服務事務的并發(fā)控制研究。組合服務事務的并發(fā)包括來自同一種組合服 務的事務實例并發(fā)和來自不同種組合服務的事務實例并發(fā)。組合服務事務的并發(fā)控制 對于保證服務執(zhí)行的正確性、提高服務效率以及服務質量都是很重要的。因此需要對 組合服務事務的并發(fā)控制進行研究，以提出一個有效的組合服務事務并發(fā)控制算法。 3 、組合服務事務的錯誤恢復研究。由于w e b 服務自身的特點，傳統(tǒng)的回滾機制 不再適用，補償機制變得至關重要。同時錯誤的發(fā)生，會影響服務質量，因此q o s 也是恢復中要考慮的一個重要因素。因此需要從這兩點出發(fā)，對組合服務的事務恢復 進行研究。 4 、原型系統(tǒng)的設計。目前雖然出現(xiàn)了多種的組合服務執(zhí)行引擎，如i b m 的 b p w s 4 j 4 3 】等等。但是大都缺乏對組合服務事務的強有力支持。因此支持組合服務事 務的原型系統(tǒng)也是本文的研究內容之一。 1 4 本文組織結構 本文共分六個章節(jié)，各章節(jié)內容如下： 第一章介紹w e b 服務事務研究的背景，分析了w e b 服務事務的當前研究現(xiàn)狀， 碩士學位論文第一章緒論 指出了研究的意義和目的，并在此基礎上提出了本文的研究內容。 第二章介紹了事務處理技術的相關概念，并對w e b 服務事務的相關規(guī)范做了分 析和比較。同時還介紹了服務組合語言b p e l ，并對b p e l 語言進行了事務支持擴展。 最后提出了一個基于域的組合服務事務模型s b e t 。 第三章結合組合服務事務模型s b e t ，在組合服務事務恢復的過程中引入q o s ， 提出了一個支持q o s 約束的組合服務事務恢復算法，并對其進行正確性分析以及模 擬實驗驗證。 第四章提出了一個沖突概率模型，并在此基礎上結合樂觀并發(fā)控制與悲觀并發(fā)控 制提出一個基于沖突概率的混合并發(fā)控制算法。同時對該算法進行了可串行性分析和 死鎖分析。 第五章主要在前面的基礎上，基于開源項目a c t i v e b p e l ，設計了一個遵循 w s b p e l 規(guī)范的支持組合服務事務的原型系統(tǒng)t c w s ，重點在組合服務事務管理系 統(tǒng)t m s s 以及其各關鍵部件的設計。 第六章對本文的工作進行總結，并指出本文工作的不足及以后研究的重點。 碩士學位論文第二章w e b 服務事務及其模型 2 1 事務處理技術 第二章w e b 服務事務及其模型 事務處理概念誕生于2 0 世紀7 0 年代初，最早源于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。事務處理技 術對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，d b m s ) 的真正成熟和實用化， 以及順利進入市場起到了關鍵作用【2 9 1 。事務最早是在商務運作的應用程序中用于保護 集中式數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。后來，事務的概念逐漸擴展到分布式計算這一更廣泛的領域 中。今天，事務己經(jīng)成為一個重要的編程范例，是構建可靠的分布式應用程序的關鍵。 2 1 i 傳統(tǒng)事務及其屬性 事務是構成一個邏輯工作單元的操作集合f 2 9 1 ，它是保證共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問和失 效恢復的關鍵。并發(fā)控制和錯誤恢復是事務的核心技術】。為確保數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一 致性，由離散的數(shù)據(jù)操作組成的事務具有邏輯完整性，只有這些操作全部完成時，數(shù) 據(jù)的一致性才能得以保持；任何一個操作失敗，都視整個事務失敗，事務應該回滾到 初始狀態(tài)。 事務是用戶定義的一個數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做要么全不做，是一個 不可分割的原子單位。它主要有以下四個屬性，原子性( a t o m i c i t y ) 、一致性 ( c o n s i s t e n c y ) 、隔離性( i s o l a t i o n ) 和持久性( d u r a b i l i t y ) ，簡稱為a c i d 屬性，其 具體含義如下： 1 、原子性：事務中所有的操作是不可分割的，要么全做要么全不做，即如果事 務成功，則所有操作都發(fā)生；如果不成功，則所有操作都不發(fā)生。 2 、一致性：事務執(zhí)行的結果必須是使數(shù)據(jù)庫從一個一致性狀態(tài)變遷到另一個一 致性狀態(tài)，沒有其它中間狀態(tài)的存在。這意味著只有在應用程序完成的時候才進行有 效狀態(tài)的轉變，從而使所有的數(shù)據(jù)都保持一致性。 3 、隔離性：一個事務的執(zhí)行不能被其他事務干擾，即在事務成功完成之前，其 內部的操作及使用的數(shù)據(jù)對其它并發(fā)事務是隔離的，各項操作的結果都不能被外界共 享。隔離性是事務可并發(fā)執(zhí)行的保證。 4 、持久性：一個事務一旦提交，它對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的改變就是永久性的，工作 的結果將會持久化保存起來，即使以后系統(tǒng)發(fā)生故障，也能保持或者恢復。 在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，事務的正確性由d b m s 予以保證。d b m s 一般通過恢復協(xié)議 保證事務的原子性和一致性，通過并發(fā)控制協(xié)議保證事務的隔離性，通過提交協(xié)議保 證事務的持久性。 堡蘭蘭垡堡塞 一 第二章w e b 服務事務及) 模型 一 = ：= =竺二：= 三：竺：! 蘭 2 1 2 高級事務模型 學者們已經(jīng)提出多種事務模型，其中扁平事務模型是所有事務模型中最簡單的一 種，其事務性應用控制只有一層。扁平事務模型能保證事務的a c i d 屬性，適用于短 事務和較為簡單的應用。但在面對長事務時，扁平事務模型不能滿足需求。長事務不 能通過簡單的回滾來保證一致性，因為這會導致時間和資源的浪費。于是人們對扁平 事務模型進行擴展，適當調整并放松事務的a c i d 要求，提出多種高級事務模型，主 要有嵌套事務模型、s a g a s 模型、分支匯合事務模型、f 1 e x i b l e 事務模型等等。 1 、嵌套事務模型1 4 5 j 嵌套事務模型允許子事務的包含關系，父子事務之間形成樹形結構。子事務可以 是嵌套的，也可以是扁平的，但是處在葉子節(jié)點的子事務一定是扁平的。子事務只能 在父事務開始后才能開始，而且只有父事務提交時，子事務的提交才能生效。父事務 回滾則其子事務全部回滾。分層結構提高了事務模塊化程度，允許更細粒度的恢復和 更高的并發(fā)度。 2 、s a g a s 模型【4 6 l s a g a s 模型的關鍵概念是補償事務，它容許將長事務劃分為多個子事務。每一個 子事務都對應一個補償事務，用于取消失敗時子事務產(chǎn)生的影響。s a g a s 是由預先定 義好執(zhí)行順序的子事務集合t 和對應的補償子事務集合c t 組成。一旦某個子事務t 失敗，系統(tǒng)將通過逆序執(zhí)行補償子事務以撤銷t 和t 之前提交的所有子事務產(chǎn)生的影 響。 3 、分支匯合事務模型【4 7 】 分支匯合事務模型采用動態(tài)重構技術，對活動的各個并發(fā)事務進行動態(tài)的修改。 在執(zhí)行中，一個事務可以分支為兩個獨立或者相互依賴的事務，然后可以將這兩個事 務合并成一個事務。通過動態(tài)重構執(zhí)行中的事務，可解決多個用戶的合作問題，提高 事務的并發(fā)度和吞吐率。 4 、f l e x i b l e 事務模型【4 8 j f l e x i b l e 事務模型是一種適用于多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的事務模型。一個f l e x i b l e 事務由 多個子事務組成。根據(jù)子事務的恢復特性，可將其分為可補償?shù)?、可重試的和p i v o t 三種。該模型通過指明各子事務間的依賴關系來支持對事務執(zhí)行的柔性控制，其關鍵 是提供備用執(zhí)行路徑。如果主子事務被撤銷，那么提交備用子事務并希望它成功執(zhí)行 以完成指定的任務。 2 1 3w e b 服務的事務性 w e b 服務不能只使用獨立于其他服務或者組件的事務，這種事務不能離開其所依 賴的w e b 服務進入另個w 曲服務。因此，w e b 服務需要一種能在服務間流動的事 碩士學位論文第二章w e b 服務事務及其模型 務來保證應用的一致性結果。這就需要在傳統(tǒng)事務模型的基礎上，吸取高級事務模型 的做法，放松a c i d 屬性，以適應w e b 服務環(huán)境。例如，w e b 服務事務多采用高級 事務模型中的補償技術，而且允許部分參與者工作失敗而整個事務繼續(xù)運行。在w e b 服務集成和交互過程中，w e b 服務事務能協(xié)調各服務，并對其輸出結果進行處理。 相對于傳統(tǒng)事務，w e b 服務事務主要有以下特點： 1 、w e b 服務涉及到商務處理，加上網(wǎng)絡延遲和與用戶的交互，往往運行時間長， 使得傳統(tǒng)的鎖定資源的策略不再適用，取而代之w e b 服務事務采用補償技術來保證 一致性。 2 、w e b 服務事務的參與者分布于i n t e m e t 上，一般來自于不同的組織和部門， 而且各參與者有著自治的特點，協(xié)調起來比較困難。 3 、w e b 服務事務比傳統(tǒng)事務更松散更靈活，放松了事務a c i d 屬性中的原子性， w e b 服務的商業(yè)邏輯往往允許部分參與者工作的失敗不取消整個事務的運行。 4 、w e b 服務事務處于完全開放的環(huán)境下，可能會遇到更多的故障問題，如網(wǎng)絡 通訊中斷、網(wǎng)絡阻塞延遲、系統(tǒng)節(jié)點崩潰等等。w e b 服務事務需要有能力對各種故障 做出及時的處理和恢復。 5 、w e b 服務事務對于服務質量和計算的可靠性起著重要的作用【7 1 。 2 2w e b 服務事務相關規(guī)范的分析與比較 由于開始沒有一個統(tǒng)一標準的w e b 服務事務規(guī)范，業(yè)界各組織企業(yè)紛紛提出自 己的w e b 服務事務規(guī)范。目前已經(jīng)出現(xiàn)的w e b 服務事務規(guī)范包括b t p l l 0 1 、 w s t w s c 1 1 3 1 、w s c a f t l 禾1 6 】等。 2 2 1w e b 服務事務規(guī)范w s - t r a n s a c tio no a sis 標準 w s t ，w s c 最早是由i b m 、m i c r o s o f t 、b e a 等在2 0 0 2 年8 月發(fā)布的事務規(guī)范， 它基于x m l 、s o a p 、w s d l 等w e b 服務標準，跟w e b 服務緊密綁定，是針對w e b 服務提出的。之后，經(jīng)過了多次修改，于2 0 0 5 年8 月形成w s t r a n s a c t i o n1 0 版本。 國際標準化組織o a s i s 則在1 0 版的基礎上，于2 0 0 7 年4 月發(fā)布w s t r a n s a c t i o n1 1 版本。w s t r a n s a c t i o n 最終成為w e b 服務事務統(tǒng)一的標準規(guī)范。 w s t r a n s a c t i o no a s i s 標準由3 個子規(guī)范組成：w s c o o r d i n a t i o n i l 3 】、 w s a t o m i c t r a n s a c t i o n 】及w s b u s i n e s s a c t i v i t y i l 2 】。該規(guī)范能使現(xiàn)存的業(yè)務流程、工 作流以及其他應用系統(tǒng)隱藏其私有協(xié)議，并在異構環(huán)境內運行。 規(guī)范中定義了兩種事務類型：原子事務和業(yè)務活動。其中原子事務是為了兼容遺 留的需要a c i d 屬性的應用系統(tǒng)而設計的。原子事務假設事務是短事務，它具有嚴格 的a c i d 屬性，其操作要么全部發(fā)生，要么一個也不發(fā)生。而業(yè)務活動則是針對長事 碩r 上學位論文第二章w e b 服務事務及其模型 務設計的，w e b 服務上的操作表現(xiàn)為松散的工作單元，也即任務。任務的結果在整個 活動完成之前就可以被其他事務共享。同時它采用補償機制來實現(xiàn)錯誤恢復，補償?shù)?語義是每個事務參與者會撤消它在對話期間已經(jīng)執(zhí)行完的操作。原子事務并不是業(yè)務 活動的一個特例。 針對這兩種事務類型，該規(guī)范大致提供了兩種協(xié)調協(xié)議：原子事務協(xié)議。主 要用于處理短期存在的活動，要求事務作用域內所有工作全部完成，也就是