SOA等級(jí)化服務(wù)替換理論與機(jī)制.pdf

1、面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)SOA(Service-Oriented Architecture)，作為新一代軟件架構(gòu)，在學(xué)術(shù)研究及企業(yè)實(shí)踐中得到了日益廣泛的關(guān)注，已成為新興商業(yè)應(yīng)用--云計(jì)算的技術(shù)基石之一。隨著SOA日益成熟和普及，在Internet上出現(xiàn)了大量功能相同或相近的服務(wù)。借助SOA架構(gòu)松耦合特性，服務(wù)替換得以進(jìn)行。
　　 服務(wù)替換是指，在一個(gè)服務(wù)組合應(yīng)用的上下文環(huán)境中，以新服務(wù)替換應(yīng)用中某個(gè)成員服務(wù)，并保留系統(tǒng)原有的某些屬性。

2、服務(wù)替換理論及機(jī)制為SOA軟件容錯(cuò)、持續(xù)演進(jìn)支持、運(yùn)行性能提高和可生存性增強(qiáng)等方面提供了核心技術(shù)支撐，已成為一個(gè)科學(xué)問(wèn)題。
　　 大量服務(wù)不斷地涌現(xiàn)，造就了Internet上數(shù)量豐富、功能相同或相似、交叉或重疊的可用服務(wù)集合。為合理、有效地使用這些服務(wù)，有必要在功能上對(duì)它們進(jìn)行分類和管理，建立基于功能強(qiáng)弱的等級(jí)化組織；對(duì)同一功能下的服務(wù)，按照非功能屬性加以分類和管理，滿足差異性的消費(fèi)模式。這種等級(jí)化的服務(wù)選擇、替換與管理是傳統(tǒng)軟

3、件理論，甚至現(xiàn)今的服務(wù)計(jì)算理論所無(wú)法涵蓋的，缺乏相應(yīng)的原則、方法和技術(shù)。
　　 本論文關(guān)注SOA等級(jí)化服務(wù)替換理論及機(jī)制，在以下方面展開(kāi)研究：
　　 首先，等級(jí)化服務(wù)替換的首要問(wèn)題是如何衡量等級(jí)化服務(wù)替換的正確與否。服務(wù)相容性，被認(rèn)為是正確服務(wù)替換的標(biāo)準(zhǔn)。然而，沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一、嚴(yán)格的服務(wù)相容性概念。本論文研究采用進(jìn)程代數(shù)(π-演算)描述服務(wù)契約，對(duì)服務(wù)及其組合的可觀察外部消息行為進(jìn)行建模。將服務(wù)組合和替換分析問(wèn)題看作一個(gè)模

4、型檢驗(yàn)問(wèn)題，并從三個(gè)視角進(jìn)行討論，即成員服務(wù)的類型(孤立/交互服務(wù))、服務(wù)組合的環(huán)境(開(kāi)放/自包含系統(tǒng))和研究關(guān)注的問(wèn)題(局部/全局屬性)。在此基礎(chǔ)上，研究不同服務(wù)相容性約束及其內(nèi)在聯(lián)系，描述服務(wù)相容性約束的規(guī)范形式和等級(jí)化的服務(wù)相容性譜系。
　　 其次，在SOA服務(wù)自治性環(huán)境中，服務(wù)替換的主要挑戰(zhàn)之一是，以WSDL形式存在服務(wù)的內(nèi)部細(xì)節(jié)不透明性。在這種情況下，等級(jí)化服務(wù)替換的難點(diǎn)是，如何利用有限的WSDL信息判斷服務(wù)替換的正確

5、性。結(jié)合基于may-，should-和must-測(cè)試偏序理論，服務(wù)相容性被區(qū)分為所有計(jì)算路徑上的相容性和部分計(jì)算路徑上的相容性。服務(wù)接口的類型用來(lái)刻畫(huà)服務(wù)消息交互模式。等價(jià)的接口具有相同的接口類型和輸入/輸出消息集。以接口等價(jià)為基礎(chǔ)的服務(wù)契約等價(jià)描述了等價(jià)服務(wù)替換。接口的子類型具有更多的接收消息能力和更少的發(fā)送消息選擇。以接口子類型為基礎(chǔ)的子契約描述了等級(jí)化服務(wù)替換。
　　 再次，在SOA軟件可生存性環(huán)境中，成功實(shí)施服務(wù)替換的關(guān)

6、鍵難題之一是，迅速找到與被替換服務(wù)完全等價(jià)的候選替換服務(wù)。在系統(tǒng)發(fā)生故障的緊急情況下，允許降級(jí)服務(wù)替換是主要應(yīng)急措施之一。降級(jí)服務(wù)替換的難點(diǎn)是，采取什么替換關(guān)系理論保證實(shí)施替換后的系統(tǒng)仍可保持服務(wù)相容性。本論文研究的關(guān)注點(diǎn)是，具有交互協(xié)議的、流程形式的服務(wù)。首先，標(biāo)識(shí)實(shí)施替換后不影響系統(tǒng)相容性的成員服務(wù)變化；然后，如果實(shí)施替換后原有的系統(tǒng)相容性受到影響，那么，需要確定這些對(duì)系統(tǒng)相容性的影響是否是可接受的，即實(shí)施替換后的系統(tǒng)能否繼續(xù)提供至

7、少一組核心服務(wù)，以降級(jí)的形式工作。
　　 最后，等級(jí)化服務(wù)替換中非功能屬性分析的關(guān)鍵問(wèn)題是計(jì)算服務(wù)組合的QoS。服務(wù)組合QoS計(jì)算的主要挑戰(zhàn)是，計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)服務(wù)組合的QoS。本論文研究利用流程結(jié)構(gòu)樹(shù)對(duì)服務(wù)組合Orchestration模型進(jìn)行分解，采用形式化標(biāo)記描述服務(wù)的組合結(jié)構(gòu)。利用run和configuration概念，將有向無(wú)環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為包含多個(gè)N-Structure的選擇結(jié)構(gòu)。利用Markov鏈描述任意環(huán)結(jié)構(gòu)，求解每個(gè)成

8、員組件的平均執(zhí)行次數(shù)。最后，依據(jù)Orchestration模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其成員組件間的相互關(guān)系(即最大化結(jié)構(gòu)描述)，通過(guò)前序遍歷流程結(jié)構(gòu)樹(shù)，集成從葉節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)的成員服務(wù)QoS，得到整個(gè)組合服務(wù)的QoS。
　　 本論文研究主要貢獻(xiàn)如下：
　　 1.分析了不同的服務(wù)相容性約束及其內(nèi)在聯(lián)系，給出了一個(gè)支持等級(jí)化服務(wù)替換、由弱到強(qiáng)的服務(wù)相容性譜系。
　　 2.提出了基于may-，should-和must-測(cè)試偏序理論

9、的服務(wù)相容性概念；并以此為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)的嚴(yán)格等價(jià)和升級(jí)服務(wù)替換擴(kuò)展到了等級(jí)化服務(wù)替換，并提出了保持服務(wù)系統(tǒng)相容性的降級(jí)服務(wù)替換。
　　 3.給出了WSDL服務(wù)的等級(jí)化替換理論與機(jī)制，利用WSDL服務(wù)中有限的接口信息判斷服務(wù)替換正確性；給出了BEPL流程服務(wù)的降級(jí)替換理論與機(jī)制，增強(qiáng)SOA系統(tǒng)在故障時(shí)間內(nèi)的可生存性。
　　 4.提出了一種基于流程結(jié)構(gòu)樹(shù)計(jì)算組合服務(wù)QoS的方法，能在擬線性時(shí)間內(nèi)完成組合服務(wù)QoS的計(jì)算。