CN101277304B - 基于规则的Web服务运行环境管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于规则的Web服务运行环境管理系统包括：容器监控模块和自适应管理模块，其中容器监控模块包括：监控管理接口和分布式管理接口；自适应管理模块包括：信息分析器、规则解析器、组件执行器、管理模块库和规则库，其中：监控管理接口对容器进行各项监控和操作；分布式管理接口的主要作用是将Web服务容器中的运行数据封装为Web服务资源；信息分析器对分布式管理接口提交的运行数据进行分析；规则解析器对规则进行解析，解析的主要目的是找出对应的管理模块进行业务执行；组件执行器根据解析结果，调用管理模块库进行执行。本发明通过基于规则的自主管理机制，形成了对Web服务的管理框架，提高了Web服务的可管理性和服务质量；且可以使用标准化的RuleML规则，根据系统运行状态和规则进行自适应的调整。

Description

基于规则的Web服务运行环境管理系统及管理方法 

技术领域

本发明涉及一种基于规则的Web服务运行环境管理系统及管理方法。 

背景技术

Web服务建立了一组开放的标准，这使得仅仅通过网络连接，就可以对基于规范开发的各种应用进行调用和整合，从而在互联网上完成更加复杂的任务。从表面上看，Web服务是一个应用程序，它通过WSDL向外部的用户或其它应用程序提供接口，可以通过消息传输进行远程调用。从深层次上看，Web服务是一种新的Web应用程序分支，它们是自包含、自描述、模块化的应用，可以在网络中被描述、发布、查找以及通过Web来调用。Web服务是基于网络的、分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得Web服务能与其它兼容的组件进行互操作。 

Web服务是由一系列XML技术为核心的内容组成，主要包括XML Schema、SOAP、WSDL和UDDI。XML Schema是一个开放的模型，它使用XML语法，定义了XML文档的结构，并对XML文档的元素、属性和数据类型进行约束。SOAP提供了跨语言、跨平台的节点之间的消息交换方式，是Web服务传输过程中最重要的技术。WSDL通过XML文档描述了服务的性质以及调用服务的机制，客户端可以通过WSDL自动生成和获取，它主要包括服务接口(Serviceinterface)和服务实现(Service implementations)。UDDI利用注册、查找和访问，提供了动态获取和调用服务的机制，在为服务请求者寻找合适服务的过程中起到重要作用。Web服务技术使得底层平台对应用交互透明，应用的互操作能力得到了前所未有的提升，从而成为新一代互联网软件技术。 

RuleML是由第六届泛太平洋人工智能国际会议(PRICAI′00)在2000年8月提出，旨在支持构建规则的基于XML规则标记语言。RuleML的目的是建立一个开放的、与开发者无关的基于XML或者RDF的规则语言。RuleML规则是由规则原子(Atom)组成的，主要包括规则头部和规则体部。规则体部(Body)部分是规则触发的前提，规则头部(Head)是规则触发的结果。对于每个规则原子内部，包括运算名称(Rel)以及常量(Ind)和变量(Var)等数据类型。 

Web服务的可管理性是分布式软件体系结构中重点关注的环节之一。如何管理分布式系统，在系统运行时有效地监控和管理，保证运行平台的使用者和管理者对系统的管理和控制，在软件理论研究和软件系统设计的过程中受到了广泛关注。在面向服务领域，运行平台的可管理性 是保证系统运行的重要支撑条件。根据系统需求，面向服务环境存在着一系列的容器中间件，它们结构相似但功能各异。由于Web服务技术在消息传输、报文解析、流程调用等方面区别于传统的系统模型结构，因此如何在此基础上形成一种管理框架，针对各种面向Web服务的容器进行监控和管理，是亟需解决的问题。 

目前管理技术比较通用的是Java管理扩展(Java Management Extensions，JMX)。JMX提供了标准的方法来管理资源，并且实现了动态代理来管理这些资源。JMX具体描述一个管理框架，这个框架包括三层，设备层，代理层和管理层。 

设备层：设备层允许开发者快速地提供基于Java的管理方案，方案适用于计算和通信系统。它为基于Java技术的对象提供了即时的可管理性。 

代理层：主要定义了各种服务以及通信模型。该层的核心是一个MBean服务器，所有的管理构件都需要向它注册，才能被管理。 

管理层：管理层提供了一系列的管理构件，它们可以作为管理器或者代理来进行管理。为了采用已经存在的技术，JMX规范提供了广泛适用的管理接口，包括SNMP和CMIP等。 

传统的管理Web服务的方式是通过Web管理控制台，由管理员查看服务运行和容器性能等信息，经过分析后进行控制操作。这种方式紧密依赖于人工活动，在日益复杂的计算环境中，面对逐渐增长的管理成本，无法有效地支持对Web服务运行环境的管理。在此基础上演变出的管理方案通常是采用独立运行的监控服务器，替代人工管理的方式对Web服务和服务组合运行环境进行监控和管理。这种管理模式虽然具有自动管理的基本机制，但是没有形成标准的管理规则，而且管理功能固定地集成到管理工具中，缺少灵活可扩展的特性。 

发明内容

本发明的目的：克服现有技术的不足，提出一个基于规则的Web服务运行环境管理系统，该系统通过基于规则的自主管理机制，形成了对Web服务的管理框架，提高了Web服务的可管理性和服务质量；且可以使用标准化的RuleML规则，根据系统运行状态和规则进行自适应的调整。 

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于规则的Web服务运行环境管理系统，包括：容器监控模块和自适应管理模块，其中容器监控模块包括：监控管理接口和分布式管理接口；自适应管理模块包括：信息分析器、规则解析器、组件执行器、管理模块库和规则库，其中： 

监控管理接口对容器进行各项监控和操作；分布式管理接口的主要作用是将Web服务容器中的运行数据封装为Web服务资源；信息分析器对分布式管理接口提交的运行数据进行分析；规则解析器对规则进行解析，解析的主要目的是找出对应的管理模块进行业务执行；组件执行器根据解析结果，调用管理模块库进行执行； 

系统的工作过程为：监控管理接口从Web服务容器中获得运行数据后，通过Web管理控制台进行人工管理，或将运行数据发送给分布式管理接口，通过分布式管理接口为后续的自适应管理提供基础；分布式管理接口把运行数据提交给信息分析器，信息分析器对运行数据进行分析，规则解析器根据信息分析器获得的分析结果，利用规则空间库对RuleML格式的规则进行解析，获得解析结果，寻找出对应的管理模块库中的管理模块，由组件执行器调用管理模块库中对应的管理模块执行，从而实现对Web服务容器进行的管理。 

本发明与现有技术相比的优点在于： 

(1)本发明通过对容器运行状态的监控，遵循分布式管理框架的管理，并基于规则进行分析和调用，形成基于规则的Web服务容器的管理方法。该方法可以使用标准化的RuleML规则，根据系统运行状态和规则进行自适应的调整。 

(2)分布式管理接口根据监控管理接口的数据，对运行数据进行统一封装，提高了互操作的特点。 

(3)信息分析器对数据进行分析，实现了可配置的调用。 

(4)对规则进行解析，实现了基于规则的规范化规则制定。 

(5)本发明的管理组件可以根据需求进行扩展添加，提高了可扩展性。 

附图说明

图1为本发明的总体架构图； 

图2为本发明的实现流程图； 

图3为本发明的分布式接口的结构图； 

图4为本发明的监控管理接口的结构图； 

图5为本发明的自适应管理模块流程图； 

图6为本发明的规则空间图。 

图7为本发明的规则库中的规则模板图。 

具体实施方式

如图1所示，本发明分为容器监控模块和自适应管理模块，其中容器监控模块包括：监控管理接口、分布式管理接口；自适应管理模块包括：信息分析器、规则解析器、组件执行器、管理模块库和规则库； 

其中，在容器内部署监控管理接口，监控管理接口可以对容器进行各项操作。为了更好地监控和管理Web服务容器，遵循Web服务分布式管理WSDM框架，设计了分布式管理接口。分布式管理接口的主要作用是将系统的运行信息封装为Web服务资源信息分析器对分布式管理接口提交的信息进行分析。规则解析器对规则进行解析，解析的主要目的是找出对应的管理模块进行业务执行，获得解析结果后，组件执行器调用管理模块库进行执行。 

如图2所示，本发明的工作过程是：监控管理接口从系统中获得CPU利用率、Java虚拟机内存和调用时间等运行数据后，通过Web管理控制台进行人工管理；也将运行数据发送给分布式管理接口，通过分布式管理接口为后续的自适应管理提供基础。分布式管理接口把运行数据提交给信息分析器，根据规则库的规则两者解析，获得解析结果，寻找对应的管理模块库中的管理模块，使用Java反射机制进行调用。 

如图3所示，为了更好地监控和管理Web服务容器，在监控管理接口的基础上，本发明遵循Web服务分布式管理WSDM框架，设计了分布式管理接口。分布式管理接口的主要作用是将系统的运行信息封装为Web服务资源，并为后续的分析和计算提供数据支持。分布式管理接口主要由WSDM管理器、WSDM监控器和WSDM容器三部分组成。 

WSDM管理器是在分布式管理接口中调度全局信息和数据的功能单元。在整个XManager框架中，只有一个WSDM管理器，即采用单例模式进行设计。它主要负责对WSDM容器中的资源数据进行各种操作，作为接口供外部运行程序获取和调用。WSDM管理器负责将数据封装为XML格式的数据。 

WSDM监控器是负责监控系统内运行数据的功能单元。系统采取可扩展模式，提供多种监控器，包括对CPU、Java虚拟机内存和服务调用时间的监控组件。每个监控器对系统内运行的数据进行监控，从监控管理接口中获得数据，并且将数据放入相应的WSDM容器中。 

WSDM容器主要是对WSDM监控器监控到的数据进行资源化操作。WSDM容器中主要维护一个资源池，资源池中的元素是资源原子。资源原子的作用是将某一种类型的系统运行信息，如CPU、Java虚拟机内存和服务调用时间等，保存在资源原子中，为数据分析和管理提供支持。资源原子按照WSDM框架，拥有自己的资源属性文档和相关属性信息。资源属性文档是遵循Web服务资源框架WSRF规范在资源中表示其各种主要信息的XML格式文档。WSDM容器操作的对象是资源原子，在每个原子中，保持着一个数据结构，该结构呈现队列的形式，存放着N个数据。当读取到新的数据后，将队列的头指针向后移动，并将新的数据添加到队列尾部。队列的长度是可配置的，可以根据监控的需要而改变队列长度，即资源原子中保存的信息数量。 

如图4所示，为本发明的监控管理接口的结构图，监控管理接口包括流程管理和系统管理两部分，这两部分是并列的关系，即每部分分别负责管理系统某一方面的信息，它们之间没有交互过程。 

流程管理负责管理工作流引擎中的BPEL流程，它既可以管理静态的BPEL流程模板，又可以管理动态的流程实例。当工作流引擎启动并部署流程模板后，就可以通过流程管理查看到流程模板信息。当工作流引擎启动新的流程实例后，就可以查看到新的流程实例信息。 

系统管理主要负责监控和管理Web服务容器内部的运行数据信息，包括线程池、缓冲区和Java虚拟机内存和调用时间等信息，反映出系统当前的运行状态。容器通过对其内部结构管理完成对系统当前状态的观察，对Web服务容器的每个线程池，缓冲区设置管理程序，在管理接口中调用相应管理程序进行管理。管理接口采用外观模式，对外提供一个统一接口，内部连接多个线程池管理、缓冲区管理接口。 

如图5所示，本发明的自适应管理模块流程过程。信息分析器是对分布式管理接口提供的信息进行分析，包括提取数据、进行计算等，信息分析器进行分析时主要是采用常规的正态分布方法，获得与目前运行状态相应的状态值。规则解析器是对XML进行解析，它提取出系统的运行信息，采用规则库中的规则进行解析，获得解析结果，解析主要是与规则库中的规则头部进行对比，获得是否触发规则的分析结果。组件执行器根据规则解析器的解析结果，选择相应的规则库中的RuleML规则，调用管理模块库进行执行。 

如图6所示，本发明的管理模块库的结构主要是具有业务功能的Java类，可以使用反射机制对其进行调用。 

RuleML规则是由一系列的规则原子Atom组成的，每个规则原子进行自身业务的逻辑运算。在解析RuleML的过程中，主要是对单个规则原子以及规则原子之间的运算。因此需要对规则原子的计算过程进行设计和实现。为了将规则原子与系统设计对应起来，将RuleML中每个规则原子映射为一个管理模块。管理模块库是具有计算功能的程序组件，由组件执行器进行调用。管理模块库主要分为两种：条件组件和结论组件。条件组件是在RuleML中Body部分出现的规则原子，它的主要功能是进行判断，返回结果统一为布尔型。结论组件是在条件满足的情况下，对系统进行各项操作。主要有： 

(1)当容器所在的机器负载低，并且容器的等待队列中有作业在等待线程调用的时候，要增加容器的作业线程。当容器所在的机器负载高的时候需要减少容器的作业线程。 

(2)当容器运行数据出现异常时，将该数据写入容器的日志系统中，作为系统运行的记录信息。 

(3)当流程的伙伴服务时间过长时，修改流程伙伴链接，替换为等价服务。 

(4)当系统运行出现一定问题时，发出SOAP消息到企业服务总线，为服务选择提供依据。 

如图7所示，为本发明的规则库的结构或实现过程。规则语言主要是为了解决在商业计算过程中，将根据业务逻辑总结出的规律形成为一定形式的文档，并在后续过程中遵循文档进行解析，辅助系统运行过程。规则语言通常分为条件部分和结论部分。条件部分是规则触发的前提，结论部分是规则触发后要执行的一系列活动。定义规则的方式有多种形式，目前比较流行的是基于XML的规则定义方式。 

规则库的结构主要是XML格式的规则模板。它的具体结构如下： 

(1)规则体部：主要是描述了事件发生的条件，当此条件成立时，可以触发该规则； 

(2)规则头部：主要是描述了事件发生的结论，当条件成立时，触发头部的规则； 

体部和头部都是XML规则，它们共同组成了一个XML格式的RuleML规范。RuleML是一种W3C组织推荐的标准规则模板，它的形式可以参见相关规范。 

RuleML把一个规则划分成为若干个原子(atom)部分规则系统，以<head>标签表示事实的结论(即Then部分)，用<body>表示前提(即If部分)。它不但可以表示各种流行的规则系统，还可以用<var>，<ind>等表示不同的单个常量或逻辑变量以及结构，用<rel>表示谓词或关系符号。 

图7中，<Head>部分是头部，<Body>部分是体部。 

Claims (7)

1.一种基于规则的Web服务运行环境管理系统，其特征在于包括：容器监控模块和自适应管理模块，其中容器监控模块包括：监控管理接口和分布式管理接口；自适应管理模块包括：信息分析器、规则解析器、组件执行器、管理模块库和规则库，其中：

监控管理接口对容器进行各项监控和操作；分布式管理接口的主要作用是将Web服务容器中的运行数据封装为Web服务资源；信息分析器对分布式管理接口提交的运行数据进行分析；规则解析器对规则进行解析，解析的主要目的是找出对应的管理模块进行业务执行；组件执行器根据解析结果，调用管理模块库进行执行；

系统的工作过程为：监控管理接口从Web服务容器中获得运行数据后，通过Web管理控制台进行人工管理，或将运行数据发送给分布式管理接口，通过分布式管理接口为后续的自适应管理提供基础；分布式管理接口把运行数据提交给信息分析器，信息分析器对运行数据进行分析，规则解析器根据信息分析器获得的分析结果，利用规则库对RuleML格式的规则进行解析，获得解析结果，寻找出对应的管理模块库中的管理模块，由组件执行器调用管理模块库中对应的管理模块执行，从而实现对Web服务容器进行的管理。

2.根据权利要求1所述的基于规则的Web服务运行环境管理系统，其特征在于：所述的运行数据至少包括CPU利用率、Java虚拟机内存和服务调用时间。

3.根据权利要求1或2所述的基于规则的Web服务运行环境管理系统，其特征在于：所述的分布式管理接口主要由WSDM管理器、WSDM监控器和WSDM容器组成，其中：

WSDM管理器为分布式管理接口中调度全局信息和数据的功能单元，采用单例模式进行设计，即在整个框架中只有一个WSDM管理器，它主要负责对WSDM容器中的资源数据进行各种操作，作为接口供外部运行程序获取和调用；

WSDM监控器为分布式管理接口内运行数据的功能单元，采取可扩展模式，提供多种监控器，包括对CPU、Java虚拟机内存和服务调用时间的监控组件，每个监控器对系统内运行的数据进行监控，从监控管理接口中获得数据，并且将数据放入相应的WSDM容器中；

WSDM容器主要对WSDM监控器监控到的数据进行资源化操作，WSDM容器中主要维护一个资源池，资源池中的元素是资源原子；资源原子的作用是将某一种类型的Web服务容器中运行数据，保存在资源原子中，为数据分析和管理提供支持；资源原子按照WSDM框架，拥有自己的资源属性文档和相关属性信息；资源属性文档是遵循Web服务资源框架WSRF规范在资源中表示其各种主要信息的XML格式文档，WSDM容器操作的对象是资源原子，在每个原子中，保持着一个数据结构，该结构呈现队列的形式，存放着N个数据，当读取到新的数据后，将队列的头指针向后移动，并将新的数据添加到队列尾部；队列的长度是可配置的，可以根据监控的需要而改变队列长度，即资源原子中保存的信息数量。

4.根据权利要求1所述的基于规则的Web服务运行环境管理系统，其特征在于：所述的监控管理接口包括流程管理和系统管理两部分，这两部分是并列的关系，即每部分分别负责管理系统某一方面的信息，它们之间没有交互过程；流程管理负责管理工作流引擎中的BPEL流程，它既可以管理静态的BPEL流程模板，又可以管理动态的流程实例；系统管理主要负责监控和管理系统内部的运行信息，包括CPU利用率、Java虚拟机内存和服务调用时间、线程池、缓冲区信息，反映出系统当前的运行状态。

5.根据权利要求1所述的基于规则的Web服务运行环境管理系统，其特征在于：所述的信息分析器进行分析时主要是采用正态分布方法。

6.根据权利要求1所述的基于规则的Web服务运行环境管理系统，其特征在于：所述的规则解析器根据信息分析器的分析结果，与规则库中的规则头部进行对比，获得是否触发规则的解析结果。

7.根据权利要求1所述的基于规则的Web服务运行环境管理系统，其特征在于：所述的规则库的结构主要是XML格式的规则模板，它的具体结构如下：

(1)规则体部：主要是描述了事件发生的条件，当此条件成立时，可以触发该规则；

(2)规则头部：主要是描述了事件发生的结论，当条件成立时，触发头部的规则；

规则体部和规则头部均是XML规则，它们共同组成了一个XML格式的RuleML规范。

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