技术领域探索：搜索计算、资源管理与合规规则验证

### 技术领域探索：搜索计算、资源管理与合规规则验证 #### 1. 搜索计算框架核心与用户角色 搜索计算框架的核心目标是执行多领域查询。查询管理器会将查询拆分为子查询，例如“我可以在哪里参加科学会议？”“哪个地方靠近美丽的海滩？”“从我的居住地乘坐廉价航班可以到达哪个地方？”，并将这些子查询与服务集市存储库中注册的相关数据源绑定。以会议查询为例，可使用 Eventful.com 获取会议信息；对于靠近海滩的地方，可通过 Yelp.com 查找；航班信息则可从 Expedia 获取。基于此映射，查询规划器会生成优化的查询执行计划，规定查询执行的步骤顺序。最后，执行引擎通过服务调用框架向指定服务提交服务调用，结合服务调用的输出构建查询结果，计算查询结果的全局排名，并按全局相关性顺序输出查询结果。 搜索计算应用的开发涉及不同角色和专业知识的用户： - **服务发布者**：负责实现中介、包装器或数据实例化组件，使数据源与服务集市标准接口和预期行为兼容。他们在服务存储库中注册服务集市定义，并声明可用于连接的模式。 - **专家用户**：通过选择感兴趣的服务集市、选择支持该服务集市的数据源，并通过连接模式将它们连接起来，来配置搜索计算应用。他们还会根据最终用户的控制和可配置性选择来配置用户界面。 - **最终用户**：使用专家用户配置的搜索计算应用。他们通过提交查询、检查结果，并根据探索性信息搜索方法（即“Liquid Query”）来完善或发展自己的信息需求。 #### 2. 搜索计算架构设计 为了为用户提供高效的搜索计算框架，并应对多领域搜索查询所需的服务、用户和方法的预期数量，采用分布式范式是必然的选择。这需要处理分布式系统常见的挑战，如异构性、可扩展性、并发性、故障处理和透明性。 搜索计算架构按逻辑层设计如下： - **服务层**：提供包装和公开现有服务的功能。 - **执行与集市层**：通过引擎组件物理编排查询执行计划，并通过存储库和调用环境提供服务集市抽象。 - **查询层**：将服务集市上的高级查询描述转换为服务实现上的优化执行计划。查询和优化计划存储在存储库中，以便后续重用。 - **应用层**：提供 REST API 来提交查询，一个应用存储库来存储特定于应用的数据（如用户界面定义），以及对“Liquid Query”的支持。这得益于客户端数据管理和与 SeCo 后端的异步通信，实现了流畅的用户交互。 - **工具层**：为所提出架构的各个层次横向提供设计、管理和交互功能。 架构的部署根据可扩展性和性能要求进行。采用基于网格计算框架内共享空间的面向服务架构（基于空间的架构）。这种架构的优势在于无需将应用的各个部分分离到离散的物理运行时。部署分为三个独立的层级： - **服务层**：由提供对注册服务访问的处理节点组成。 - **客户端层**：由本地运行“Liquid Query”用户界面的客户端机器组成，该界面作为 JavaScript 组件在 Web 浏览器中运行。 - **引擎层**：代表查询引擎，由客户端调用，并对注册服务执行搜索计算查询。 引擎层的部署利用高端应用服务器。为了实现可扩展性和高性能，负载均衡器将执行负载分配到一组可用的处理单元上。网格管理器负责监控基础设施，根据预定义的服务级别协议（SLA）提供网格容器的实例化和恢复。最后，网格容器托管处理和存储单元，并通过元组空间进行通信。采用 Gigaspaces XAP 作为可扩展、高性能、可靠的数据网格实现，支持多种集群拓扑，以提供集群内存数据存储库（缓存和应用数据）、快速消息总线和运行应用代码的分布式平台。 #### 3. IT 系统对地球资源利用的影响 信息技术无处不在，数据中心（计算系统密集部署的地方）消耗了成熟经济体中约 2% 的可用电力。此外，办公室和家庭中的 IT 系统约消耗 8% 的电力，而移动电话、PDA 等消费设备以及其他家用电器在充电或未使用时的电力消耗又占总电力消耗的 6 - 8%。随着计算功率密度从每平方英尺几十瓦增加到数百瓦，人们对 IT 系统的电力管理给予了极大关注。 为应对这些功率密度问题，采取了一系列措施，包括重新设计计算和存储系统以实现电力的控制和管理，采用技术监测和了解数据中心的热能分布，并开始将电网与数据中心基于 IT 的电力需求集成。 虽然管理基于 IT 的电力是一个重要问题，但 IT 本身也可用于帮助管理地球资源，如家庭和企业的电力、农业和工业的水输送和分配、洪水和污水控制、道路交通管理和道路收费、物流和制造过程等使用资源并产生废物的活动。 在城市中，资源的使用往往很少被测量。例如，家庭的电力供应每月很少被多次测量。一旦账单提交，消费者对能源的使用地点一无所知，也无法规划如何管理电力。在电力分配网络中，更关键的问题是故障识别，由于对分配网络的监测很少，愤怒的客户成为故障位置和时间信息的唯一来源。同样，工业、农业、企业客户和消费者的用水通常也没有在详细层面上进行监测，漏水等问题导致了浪费和低效。 一旦这些资源交付系统和相应的消费系统实现了仪器化，所产生的数据就可以用于更有效地管理资源。资源管理系统结合了数据采集、分配、建模、优化和决策支持等领域，开始允许自动化系统管理城市内的资源。例如，在城市交通管理、数据中心能源管理、城市和郊区水管理、货物分配中的碳管理等方面的应用，展示了模型及其集成到这些仪器化系统操作中的重要性。通过维持相同的服务水平，资源减少的范围显示了可能的节约程度，并提供了实现数据流、模型和决策相结合的 IT 架构描述。 #### 4. 流程感知信息系统中可实例化合规规则图的设计与验证 在许多应用领域，业务流程需要遵守特定规则和政策，这些规则和政策源于领域特定要求，如标准化或法律法规。确保业务流程的合规性对企业至关重要，因为审计和认证已成为许多领域的竞争优势。例如，获得认证的家庭友好型企业对潜在员工更具吸引力，诊所向患者证明其审计治疗达到一定标准。由于流程模型是表示业务流程的常用方式，因此可以通过验证要安装在流程感知信息系统中的流程模型是否符合规定的合规规则来确保业务流程的合规性。 以下是对软件开发过程施加的质量合规规则示例： | 规则编号 | 规则内容 | | ---- | ---- | | c1 | 必须在开始开发之前定义目标。 | | c2 | 每个测试活动都必须进行文档记录。 | | c3 | 开发冻结后，不得再进行任何开发活动。 | | c4 | 在进行第二次可用性测试之前，必须在第一次可用性测试后进行必要性检查。 | | c5 | 测试之后必须进行审批和集成。此外，在审批和集成之间不得进行任何更改。 | 到目前为止，现有的方法主要侧重于检查与特定流程模型对应的特定于流程的合规规则。然而，在实践中，合规规则通常以更通用的方式指定，并非专门针对特定的流程模型。例如，规则 c2 指的是一般的测试活动，而不是软件开发过程中实际存在的功能测试。为了支持广泛的实际合规规则，必须能够验证特定于流程和独立于流程的合规规则在流程模型上的有效性。 为了支持独立于流程的合规规则，需要在不同设计级别定义合规规则。在用户层面，需要对合规规则进行直观的高级表示；而在系统层面，则必须能够自动验证流程模型是否符合合规规则。这需要将合规规则实例化到特定的流程模型上，并为其配备形式语义以便后续验证。 通过使用领域模型将独立于流程的合规规则实例化到特定的流程模型上，得到的合规规则实例可以单独验证。这使得在合规违规时能够提供单独的合规报告和解决方案。在用户层面，基于图结构的直观可视化用于指定合规规则；在系统层面，合规规则图基于一阶逻辑和执行轨迹配备形式语义，确保独立于特定的流程元模型。该方法通过与现有方法的基于模式的比较、对合规规则和流程模型共存的一般讨论，以及原型实现进行了验证。 以软件开发过程为例，假设存在一个抽象的软件开发过程模型，以及相关的领域模型。如规则 c2 中提到的一般测试活动，在领域模型中可以更具体地建模为可用性测试或功能测试，可用性测试又可进一步细分为可用性演练、可用性问卷或可用性思考出声测试。由于软件开发过程模型中没有直接的“测试”活动，因此需要使用领域模型将规则 c2 实例化到该过程模型上。基于领域模型，规则 c2 中提到的一般测试活动可以实例化为过程模型中包含的三个更具体的测试活动，即可用性演练、可用性问卷和功能测试，从而得到三个合规规则实例 c21、c22 和 c23： - c21：功能测试必须进行文档记录。 - c22：可用性演练必须进行文档记录。 - c23：可用性问卷必须进行文档记录。 根据过程模型的控制流，可用性演练和功能测试都进行了文档记录，因此 c21 和 c22 得到满足。然而，可用性问卷在过程模型中没有进行文档记录，违反了实例 c23。 使用实例化的方式使得对规则 c2 在软件开发过程模型上的验证成为可能。并且，维护规则 c2 并在需要时进行实例化，而不是用其具体实例替代规则 c2，具有多方面的优势。在更复杂的领域模型和流程中，如果不进行实例化，合规规则的数量可能会急剧增加，导致合规规则建模和维护的工作量巨大。此外，支持高级合规规则和合规规则实例化有助于合规规则的演变。例如，如果规则 c2 需要调整，要求每个测试活动不仅要进行文档记录，还要获得批准，若采用显式建模所有规则实例的策略，修改工作将变得非常繁琐；而通过维护高级规则并进行实例化，只需修改高级规则，实例化过程会自动调整所有相关的实例。 下面是一个简单的 mermaid 流程图，展示了合规规则实例化的过程： ```mermaid graph LR A[合规规则 c2] --> B[领域模型] B --> C[软件开发过程模型 P] C --> D[c21: 功能测试必须记录] C --> E[c22: 可用性演练必须记录] C --> F[c23: 可用性问卷必须记录] ``` 综上所述，搜索计算在信息查询和处理方面提供了高效的框架和架构，IT 系统在资源管理方面具有巨大的潜力，而合规规则验证则确保了业务流程的规范性和质量。这些技术领域相互关联，共同推动着信息技术在各个领域的应用和发展。 ### 技术领域探索：搜索计算、资源管理与合规规则验证 #### 5. 搜索计算的操作流程与优势 搜索计算的核心操作围绕多领域查询开展，以下是详细的操作步骤： 1. **查询拆分与绑定**：查询管理器将用户提出的复杂查询拆分为多个子查询，如前文提到的关于会议、海滩和航班的查询。然后，将这些子查询与服务集市存储库中注册的相关数据源进行绑定。例如，会议查询绑定到 Eventful.com，靠近海滩的地方查询绑定到 Yelp.com，航班信息查询绑定到 Expedia。 2. **查询计划生成**：查询规划器根据上述映射，生成优化的查询执行计划，明确执行查询的步骤顺序。 3. **查询执行与结果处理**：执行引擎依据查询执行计划，通过服务调用框架向指定服务提交服务调用。将服务调用的输出进行组合，构建查询结果。计算查询结果的全局排名，并按照全局相关性顺序输出查询结果。 搜索计算的优势体现在多个方面： - **多领域支持**：能够处理不同领域的查询，满足用户多样化的信息需求。 - **优化执行**：通过生成优化的查询执行计划，提高查询执行效率。 - **用户友好**：不同角色的用户都能在搜索计算应用中找到适合自己的操作方式，最终用户可以通过“Liquid Query”进行探索性信息搜索。 #### 6. 搜索计算架构的部署与特点 搜索计算架构的部署分为三个层级，每个层级都有其独特的作用： | 层级 | 组成 | 作用 | | ---- | ---- | ---- | | 服务层 | 提供对注册服务访问的处理节点 | 为查询提供数据来源 | | 客户端层 | 本地运行“Liquid Query”用户界面的客户端机器 | 为用户提供交互界面 | | 引擎层 | 由客户端调用，对注册服务执行搜索计算查询的查询引擎 | 执行查询操作 | 引擎层的部署利用高端应用服务器，为实现可扩展性和高性能，采用了以下措施： - **负载均衡**：负载均衡器将执行负载分配到一组可用的处理单元上，避免单个处理单元负担过重。 - **网格管理**：网格管理器负责监控基础设施，根据预定义的服务级别协议（SLA）提供网格容器的实例化和恢复。 - **数据存储与通信**：网格容器托管处理和存储单元，并通过元组空间进行通信。采用 Gigaspaces XAP 作为数据网格实现，提供集群内存数据存储库、快速消息总线和分布式平台。 搜索计算架构的特点包括： - **分布式设计**：采用分布式范式，应对多领域搜索查询的复杂性和高并发需求。 - **模块化架构**：各个层级和组件相互独立又协同工作，便于维护和扩展。 - **高性能与可靠性**：通过负载均衡、网格管理和数据网格实现，确保系统的高性能和可靠性。 下面是一个 mermaid 流程图，展示了搜索计算架构的部署层级和数据流动： ```mermaid graph LR A[客户端层] --> B[引擎层] B --> C[服务层] C --> B B --> A ``` #### 7. IT 系统资源管理的挑战与解决方案 IT 系统在资源利用方面面临着诸多挑战： - **电力消耗大**：数据中心、办公室和家庭中的 IT 系统以及消费设备消耗大量电力。 - **资源使用监测不足**：城市中资源的使用往往缺乏详细测量，如电力和水的使用情况。 - **故障识别困难**：电力分配网络等资源交付系统的故障监测不足，导致故障识别困难。 为了解决这些挑战，采取了以下解决方案： - **系统设计优化**：重新设计计算和存储系统，实现电力的控制和管理。 - **技术监测应用**：采用技术监测和了解数据中心的热能分布，以及资源交付系统的运行情况。 - **资源集成与自动化管理**：将电网与数据中心基于 IT 的电力需求集成，利用资源管理系统实现自动化资源管理。 IT 系统资源管理的意义在于： - **节能减排**：降低 IT 系统自身的电力消耗，减少对环境的影响。 - **提高效率**：通过对资源使用的监测和管理，提高资源利用效率。 - **保障服务**：及时识别和处理资源交付系统的故障，保障服务的稳定运行。 #### 8. 合规规则验证的重要性与方法 合规规则验证对于企业的业务流程至关重要，主要体现在以下几个方面： - **满足法规要求**：确保业务流程符合法律法规和行业标准。 - **提升竞争力**：通过审计和认证，提高企业的信誉和竞争力。 - **保障质量**：保证业务流程的质量和效率，减少错误和风险。 合规规则验证的方法包括： - **实例化规则**：利用领域模型将独立于流程的合规规则实例化到特定的流程模型上。 - **形式化语义**：在系统层面为合规规则图配备基于一阶逻辑和执行轨迹的形式语义，确保自动验证的准确性。 - **单独验证**：对合规规则实例进行单独验证，便于提供单独的合规报告和解决方案。 以软件开发过程为例，合规规则验证可以帮助企业确保软件开发过程的规范性和质量。通过对合规规则的实例化和验证，可以及时发现和解决软件开发过程中存在的问题，提高软件的可靠性和可维护性。 综上所述，搜索计算、IT 系统资源管理和合规规则验证这三个技术领域在信息技术的发展中都具有重要的地位。它们相互关联，共同为企业和用户提供更高效、更可靠的信息技术服务。在未来的发展中，这些技术领域有望不断创新和完善，为社会的进步做出更大的贡献。