實(shí)時(shí)SOA中的服務(wù)調(diào)度關(guān)鍵問題研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，社會進(jìn)入全球互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，這對于傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用提出了互聯(lián)、互通、可擴(kuò)展性等新的要求。與此同時(shí)，為了滿足大規(guī)模分布式系統(tǒng)應(yīng)用的構(gòu)建，SOA(Service OrientedArchitecture)逐漸得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛重視，已經(jīng)成為構(gòu)建新一代分布式系統(tǒng)指導(dǎo)架構(gòu)思想。因此，將SOA松耦合、高互操作性的特點(diǎn)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用的構(gòu)建成為實(shí)時(shí)系統(tǒng)構(gòu)建今后的發(fā)展方向。與此同時(shí)，實(shí)時(shí)SOA業(yè)已成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研

2、究的熱點(diǎn)問題之一。
　　 由于實(shí)時(shí)系統(tǒng)中資源有限，實(shí)時(shí)任務(wù)帶有時(shí)間限制，因此調(diào)度問題一直是實(shí)時(shí)系統(tǒng)領(lǐng)域的主要研究問題之一。在實(shí)時(shí)SOA中，服務(wù)成為新的系統(tǒng)資源，傳統(tǒng)的針對物理資源(CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等)的調(diào)度方法對于服務(wù)不再適用，因此針對實(shí)時(shí)SOA中調(diào)度問題進(jìn)行研究，提出適合的調(diào)度方法對于今后實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展具有重要意義。
　　 目前，有關(guān)實(shí)時(shí)SOA中調(diào)度問題的相關(guān)研究中，有一個(gè)非常重要的問題需要解決：在服務(wù)提供者對其

3、所提供的服務(wù)并發(fā)響應(yīng)能力有限的情況下，如果請求者的請求數(shù)量太多，超過服務(wù)提供者并發(fā)響應(yīng)能力，應(yīng)當(dāng)如何調(diào)度來滿足盡量多的請求?這個(gè)問題對于實(shí)時(shí)SOA來講特別重要，實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵特點(diǎn)就是要保證實(shí)時(shí)性，因此請求不能無限期等待下去，必須要進(jìn)行合理調(diào)度。問題的解決，必須要考慮被請求的服務(wù)是原子服務(wù)還是組合服務(wù)，不同的類型服務(wù)的調(diào)度方法、難度不同，同時(shí)還要考慮如何對服務(wù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)建模，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的請求沖突，以方便進(jìn)行調(diào)度分析。本文結(jié)合國家課題以

4、及社會上常見的分布式控制系統(tǒng)所面臨的問題，以服務(wù)計(jì)算相關(guān)技術(shù)和方法為理論基礎(chǔ)，結(jié)合控制調(diào)度理論和Petri網(wǎng)等理論工具，對實(shí)時(shí)SOA中存在的上述調(diào)度關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1、針對原子服務(wù)提出了基于歷史相似服務(wù)請求的服務(wù)調(diào)度方法
　　 原子服務(wù)是指本身不再請求其他服務(wù)的結(jié)果。實(shí)時(shí)SOA中原子服務(wù)的服務(wù)能力有限，尤其是封裝了物理設(shè)備操作邏輯的原子服務(wù)。當(dāng)其面臨的請求數(shù)目超出提供者服務(wù)能力

5、情況下，如何實(shí)現(xiàn)響應(yīng)請求數(shù)量最大化成為系統(tǒng)調(diào)度必須解決的問題。為了實(shí)現(xiàn)響應(yīng)成功的請求數(shù)量最大化，應(yīng)當(dāng)盡量減少對可能失敗的請求進(jìn)行響應(yīng)，以節(jié)省服務(wù)提供者的資源來提供給那些執(zhí)行結(jié)果成功的服務(wù)請求。如果對某個(gè)請求提供者進(jìn)行響應(yīng)并執(zhí)行，結(jié)果由于各種原因服務(wù)執(zhí)行失敗，對于提供者來講這次響應(yīng)請求所耗費(fèi)的資源全部浪費(fèi)，這種情況應(yīng)盡量避免出現(xiàn)。通過對服務(wù)歷史請求的服務(wù)方法、服務(wù)參數(shù)、服務(wù)結(jié)果等的分析，從歷史請求中找出當(dāng)前請求的相似請求；通過對相似歷史請

6、求結(jié)果成功率的統(tǒng)計(jì)，對當(dāng)前服務(wù)請求的結(jié)果成功概率進(jìn)行預(yù)測，優(yōu)先調(diào)度成功概率較高的請求執(zhí)行。
　　 2、提出了基于Petri網(wǎng)的組合服務(wù)運(yùn)行時(shí)模型
　　 實(shí)時(shí)SOA系統(tǒng)運(yùn)行過程中，組合服務(wù)也會面臨服務(wù)請求超出服務(wù)能力的情況，此時(shí)多個(gè)組合服務(wù)可能會同時(shí)請求相同的子服務(wù)而發(fā)生沖突。為了發(fā)現(xiàn)并解決沖突，需要建立多個(gè)組合服務(wù)運(yùn)行時(shí)(runtime)模型?；谟猩珪r(shí)間Petri網(wǎng)提出了動態(tài)有色時(shí)間Petri網(wǎng)模型，使用該模型對系統(tǒng)多

7、組合、多服務(wù)同時(shí)運(yùn)行的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行建模。模型中位置表達(dá)服務(wù)，變遷表達(dá)服務(wù)執(zhí)行，有向弧表達(dá)服務(wù)預(yù)約信息、服務(wù)執(zhí)行信息以及服務(wù)組合、調(diào)用關(guān)系；通過弧的動態(tài)加入與撤除表達(dá)實(shí)時(shí)SOA中服務(wù)不斷組合、執(zhí)行、終止等的過程。對模型的運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行了說明，給出模型的可達(dá)性、有界性、可激發(fā)性、可調(diào)度性、沖突等特性分析，并給出模型構(gòu)建算法。
　　 3、提出了基于動態(tài)有色時(shí)間Petri網(wǎng)的組合服務(wù)調(diào)度方法
　　 基于動態(tài)有色時(shí)間Petri網(wǎng)

8、模型，提出實(shí)時(shí)SOA中組合服務(wù)運(yùn)行時(shí)服務(wù)預(yù)約方法。通過服務(wù)預(yù)約、預(yù)約沖突監(jiān)測等實(shí)現(xiàn)在服務(wù)數(shù)量、服務(wù)能力有限情況下的服務(wù)沖突盡早發(fā)現(xiàn)。針對運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)的組合沖突，提出了面向組合服務(wù)截止期的沖突調(diào)整算法，算法基于隨機(jī)思想，通過對組合服務(wù)中未執(zhí)行子服務(wù)的預(yù)約開始時(shí)間、截止期等的動態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)盡量多組合服務(wù)預(yù)約無沖突、盡量減少由于子服務(wù)沖突而造成組合服務(wù)請求失敗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)組合服務(wù)成功請求響應(yīng)成功數(shù)量的最大化，達(dá)到調(diào)度目標(biāo)要求。經(jīng)過沖突調(diào)整，還是無

9、法消除沖突的情況，提出基于最多沖突請求丟棄、關(guān)鍵沖突請求丟棄、組合完成度的請求丟棄等多種請求丟棄方法，通過多種不同丟棄策略的組合實(shí)現(xiàn)請求丟棄對系統(tǒng)的影響最小。
　　 4、提出了面向分布式控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)SOA模型
　　 針對分布式控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了以實(shí)時(shí)服務(wù)層為中心的、包括物理層、實(shí)時(shí)消息層和應(yīng)用層等四層架構(gòu)的實(shí)時(shí)SOA模型。實(shí)時(shí)服務(wù)層以服務(wù)調(diào)度中心SSC為核心，結(jié)合準(zhǔn)入安全控制器ASC、服務(wù)使用調(diào)度器SUC、服務(wù)配置