SOA等級化服務替換理論與機制.pdf

1、面向服務的體系結(jié)構(gòu)SOA(Service-Oriented Architecture)，作為新一代軟件架構(gòu)，在學術(shù)研究及企業(yè)實踐中得到了日益廣泛的關注，已成為新興商業(yè)應用--云計算的技術(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。借助SOA架構(gòu)松耦合特性，服務替換得以進行。
　　 服務替換是指，在一個服務組合應用的上下文環(huán)境中，以新服務替換應用中某個成員服務，并保留系統(tǒng)原有的某些屬性。

2、服務替換理論及機制為SOA軟件容錯、持續(xù)演進支持、運行性能提高和可生存性增強等方面提供了核心技術(shù)支撐，已成為一個科學問題。
　　 大量服務不斷地涌現(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集合。為合理、有效地使用這些服務，有必要在功能上對它們進行分類和管理，建立基于功能強弱的等級化組織；對同一功能下的服務，按照非功能屬性加以分類和管理，滿足差異性的消費模式。這種等級化的服務選擇、替換與管理是傳統(tǒng)軟

3、件理論，甚至現(xiàn)今的服務計算理論所無法涵蓋的，缺乏相應的原則、方法和技術(shù)。
　　 本論文關注SOA等級化服務替換理論及機制，在以下方面展開研究：
　　 首先，等級化服務替換的首要問題是如何衡量等級化服務替換的正確與否。服務相容性，被認為是正確服務替換的標準。然而，沒有一個統(tǒng)一、嚴格的服務相容性概念。本論文研究采用進程代數(shù)(π-演算)描述服務契約，對服務及其組合的可觀察外部消息行為進行建模。將服務組合和替換分析問題看作一個模

4、型檢驗問題，并從三個視角進行討論，即成員服務的類型(孤立/交互服務)、服務組合的環(huán)境(開放/自包含系統(tǒng))和研究關注的問題(局部/全局屬性)。在此基礎上，研究不同服務相容性約束及其內(nèi)在聯(lián)系，描述服務相容性約束的規(guī)范形式和等級化的服務相容性譜系。
　　 其次，在SOA服務自治性環(huán)境中，服務替換的主要挑戰(zhàn)之一是，以WSDL形式存在服務的內(nèi)部細節(jié)不透明性。在這種情況下，等級化服務替換的難點是，如何利用有限的WSDL信息判斷服務替換的正確

5、性。結(jié)合基于may-，should-和must-測試偏序理論，服務相容性被區(qū)分為所有計算路徑上的相容性和部分計算路徑上的相容性。服務接口的類型用來刻畫服務消息交互模式。等價的接口具有相同的接口類型和輸入/輸出消息集。以接口等價為基礎的服務契約等價描述了等價服務替換。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的子契約描述了等級化服務替換。
　　 再次，在SOA軟件可生存性環(huán)境中，成功實施服務替換的關

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

7、少一組核心服務，以降級的形式工作。
　　 最后，等級化服務替換中非功能屬性分析的關鍵問題是計算服務組合的QoS。服務組合QoS計算的主要挑戰(zhàn)是，計算復雜結(jié)構(gòu)服務組合的QoS。本論文研究利用流程結(jié)構(gòu)樹對服務組合Orchestration模型進行分解，采用形式化標記描述服務的組合結(jié)構(gòu)。利用run和configuration概念，將有向無環(huán)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為包含多個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系(即最大化結(jié)構(gòu)描述)，通過前序遍歷流程結(jié)構(gòu)樹，集成從葉節(jié)點到根節(jié)點的成員服務QoS，得到整個組合服務的QoS。
　　 本論文研究主要貢獻如下：
　　 1.分析了不同的服務相容性約束及其內(nèi)在聯(lián)系，給出了一個支持等級化服務替換、由弱到強的服務相容性譜系。
　　 2.提出了基于may-，should-和must-測試偏序理論

9、的服務相容性概念；并以此為基礎，將傳統(tǒng)的嚴格等價和升級服務替換擴展到了等級化服務替換，并提出了保持服務系統(tǒng)相容性的降級服務替換。
　　 3.給出了WSDL服務的等級化替換理論與機制，利用WSDL服務中有限的接口信息判斷服務替換正確性；給出了BEPL流程服務的降級替換理論與機制，增強SOA系統(tǒng)在故障時間內(nèi)的可生存性。
　　 4.提出了一種基于流程結(jié)構(gòu)樹計算組合服務QoS的方法，能在擬線性時間內(nèi)完成組合服務QoS的計算。