實時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，社會進入全球互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時代，這對于傳統(tǒng)的實時系統(tǒng)應(yīng)用提出了互聯(lián)、互通、可擴展性等新的要求。與此同時，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、高互操作性的特點用于實時系統(tǒng)應(yīng)用的構(gòu)建成為實時系統(tǒng)構(gòu)建今后的發(fā)展方向。與此同時，實時SOA業(yè)已成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研

2、究的熱點問題之一。
　　 由于實時系統(tǒng)中資源有限，實時任務(wù)帶有時間限制，因此調(diào)度問題一直是實時系統(tǒng)領(lǐng)域的主要研究問題之一。在實時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，因此針對實時SOA中調(diào)度問題進行研究，提出適合的調(diào)度方法對于今后實時系統(tǒng)應(yīng)用的發(fā)展具有重要意義。
　　 目前，有關(guān)實時SOA中調(diào)度問題的相關(guān)研究中，有一個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?這個問題對于實時SOA來講特別重要，實時系統(tǒng)的關(guān)鍵特點就是要保證實時性，因此請求不能無限期等待下去，必須要進行合理調(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，同時還要考慮如何對服務(wù)的實時運行狀態(tài)建模，發(fā)現(xiàn)運行中的請求沖突，以方便進行調(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，對實時SOA中存在的上述調(diào)度關(guān)鍵問題進行了深入研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下：
　　 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。實時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。如果對某個請求提供者進行響應(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)請求所耗費的資源全部浪費，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，對當(dāng)前服務(wù)請求的結(jié)果成功概率進行預(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)運行時模型
　　 實時SOA系統(tǒng)運行過程中，組合服務(wù)也會面臨服務(wù)請求超出服務(wù)能力的情況，此時多個組合服務(wù)可能會同時請求相同的子服務(wù)而發(fā)生沖突。為了發(fā)現(xiàn)并解決沖突，需要建立多個組合服務(wù)運行時(runtime)模型?；谟猩珪r間Petri網(wǎng)提出了動態(tài)有色時間Petri網(wǎng)模型，使用該模型對系統(tǒng)多

7、組合、多服務(wù)同時運行的實時運行狀態(tài)進行建模。模型中位置表達服務(wù)，變遷表達服務(wù)執(zhí)行，有向弧表達服務(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)加入與撤除表達實時SOA中服務(wù)不斷組合、執(zhí)行、終止等的過程。對模型的運算規(guī)則進行了說明，給出模型的可達性、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)有色時間Petri網(wǎng)的組合服務(wù)調(diào)度方法
　　 基于動態(tài)有色時間Petri網(wǎng)

8、模型，提出實時SOA中組合服務(wù)運行時服務(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)。針對運行時發(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)約開始時間、截止期等的動態(tài)調(diào)整，實現(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，進而實現(xiàn)組合服務(wù)成功請求響應(yīng)成功數(shù)量的最大化，達到調(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)的實時SOA模型
　　 針對分布式控制系統(tǒng)的特點，提出了以實時服務(wù)層為中心的、包括物理層、實時消息層和應(yīng)用層等四層架構(gòu)的實時SOA模型。實時服務(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