Ausführung von grammatikbasierten Prozessmodellen in einer Cloud Umgebung

Abstract

Sowohl für die Beschreibung von Geschäftsprozessen als auch für die Beschreibung anderer Prozessarten, wie beispielsweise wissenschaftlicher Experimente (Scientific Workflows), existieren vielfältige Prozessmodelle und Prozessbeschreibungssprachen. Das Institut für Architektur von Anwendungssystemen (IAAS) entwickelt eine Sprache zur Beschreibung von Prozessen, im Folgenden als Workflow Grammatik (WoG) bezeichnet, die auf dem Konzept der formalen Sprachen basiert. Ein Prozessmodell wird dabei durch eine Grammatik dargestellt. Eine Prozessausführung wird durch ein Wort der durch die Grammatik beschriebenen Sprache repräsentiert. Workflow Grammatiken sind so aufgebaut, dass bestehende Prozessbeschreibungssprachen auf Workflow Grammatiken abbildbar sind. Damit wird erreicht, dass unterschiedliche Sprachen und Sprachtypen vergleichbar und sinnvoll klassifizierbar werden, indem man sie auf Workflow Grammatiken als Vergleichsbasis abbildet. Ein weiterer Aspekt, der im Zentrum dieser Arbeit steht, ist die einheitliche Ausführung. Prozessmodelle unterschiedlicher Sprachen können von der gleichen Workflow Engine ausgeführt werden, indem sie zunächst in Workflow Grammatik Modelle konvertiert und anschließend auf einer Workflow Grammatik Workflow Engine ausgeführt werden. In dieser Arbeit wird die Ausführung von Workflow Grammatiken durch eine Workflow Engine untersucht. Eine Workflow Grammatik auszuführen bedeutet, mit Hilfe der Produktionsregeln einer solchen Grammatik ein Wort zu erzeugen. Aus der Theoretischen Informatik sind Automatenmodelle bekannt, die ebenfalls auf Grammatiken arbeiten. Diese Automaten produzieren jedoch keine Wörter, sie erkennen oder akzeptieren Wörter. Zunächst werden die prinzipiellen Unterschiede zwischen akzeptierenden und generierenden Automaten beschrieben und analysiert. Anschließend werden für die Grammatiktypen der Chomsky Hierarchie Verfahren zur Erzeugung von Wörtern entwickelt. Diese orientieren sich an den akzeptierenden Automatenmodellen, beachten jedoch zusätzlich die speziellen Eigenschaften von Workflow Grammatiken. Ein weiterer Teil dieser Arbeit besteht in der Analyse des Aufbaus einer Workflow Engine. Nach einer kurzen Begriffsdefinition und -abgrenzung werden konkrete Beispielarchitekturen beschrieben und verglichen. Ausgehend von diesen Betrachtungen werden der allgemeine Aufbau und die prinzipielle Funktionsweise einer Workflow Engine beschrieben. Der dabei vorgestellte modulare Aufbau wird anschließend im Kontext der Ausführung von Workflows innerhalb einer Cloud Umgebung näher betrachtet. Anhand zweier Anwendungsszenarien wird gezeigt, wie die Modularisierung einer Workflow Engine dazu genutzt werden kann, einzelne Funktionalitäten in die Cloud Umgebung auszugliedern. Die Betrachtungen sowohl zum Erzeugen von Wörtern aus einer Grammatik als auch zum allgemeinen Aufbau einer Workflow Engine werden anschließend kombiniert. Es wird der Aufbau einer modularen Workflow Engine zur Ausführung von Workflow Grammatiken vorgestellt. Dabei wird beschrieben, wie eine gegebene Workflow Grammatik in eine interne Repräsentation überführt wird, um diese anschließend effizient ausführen zu können. Basierend auf dem zuvor beschriebenen Entwurf wurde ein Prototyp einer Workflow Grammatik Workflow Engine entwickelt. Der Aufbau sowie die wesentlichen Aspekte der Implementierung des Prototypen werden abschließend kurz vorgestellt.