随着计算技术、互联网技术和面向服务体系架构(Service-Oriented Architecture, SOA)的发展,以服务理念为核心的新一代云计算技术已经成为当前国际研究的一个热点和前沿领域。毋庸置疑,云计算正推动着信息技术向社会化、集约化和专业化加速转型。云计算促进信息技术多条产业链之内和之间的资源聚合、信息共享和协同工作,为我们通往面向服务的计算时代开辟全新的道路。云计算同样促进“核心简单,边缘丰富”的互联网向“网络丰富,边缘简单,交互智能”的云计算中心演化。而且通过软件的动态重用和柔性重组,云计算中心支撑服务流程的优化与重构并提升资源的利用效率。因此,近年来云计算驱动下的服务资源按需和有效的使用受到了学术界和工业界的广泛关注。然而,由于云服务的虚拟化、自治性、动态变化性、可用性和可扩展性等,使得在云环境下流程服务模型的分析和分布式执行以及基础设施服务资源的动态配给等方面都出现了许多新的特点和难点。传统的计算模式已经不能满足新的云计算服务架构的需求,迫切需要加强云服务所涉及的学术和关键技术问题的研究。为此,本文综述了SOA、服务组合以及基础设施服务资源的研究现状,针对流程服务组合的兼容性分析、分布式执行以及基础设施服务性能最优化方面存在的不足,分别从以下方面展开研究：针对流程服务组合中存在的部分兼容性问题,提出基于Petri网的优化控制策略来规避。首先,基于多个服务交互的实例,分析其兼容性,并研究控制算法,使得在不改变其内部逻辑的基础上来确保它们的兼容性。其次,给出了受控服务组合的形式化定义,并根据约减规则生成了约减的服务组合网状态可达图,从而识别出死锁状态和无死锁状态。在导致死锁状态的关键变迁上添加相应的控制库所和弧,并结合最大允许反馈控制策略,从而推导出最优控制器,并证明了该方法的正确性。最后,通过对流程服务组合中交互行为不兼容的实例证实了基于最优控制器策略的有效性。针对不同组织之间的统一流程定制和动态服务流程分割问题,提出基于多个BPEL引擎支持的动态服务流程分割方法。首先提出了基于高级Petri网的水平分割和垂直分割方法,将一个全局的BPEL模型分割为若干个完备的执行分片,然后根据组织的不同,分别放置在多个BPEL引擎上执行。为进一步提高多个BPEL引擎共同执行的性能,提出了混合分割方法及其体系结构,从而提高了BPEL引擎的吞吐率也减少了服务响应时间的花费,并在此基础上进行了上述模型分割方法的正确性验证。同时,给出了分割后的流程分配策略。通过示例验证了BPEL流程模型混合分割执行的可行性。最后实验结果表明了模型的混合分割比水平分割和垂直分割更有效。针对基础设施服务中的虚拟资源配给问题,如何在满足用户业务需求的同时保证云服务资源提供者的收益最大化,并保证用户对服务质量的需求,提出了基于云基础设施服务的总体架构,使得在监测虚拟服务资源的同时,保证了虚拟服务资源的动态部署和动态分配,并确保了虚拟应用服务在满足用户服务等级协定(Service Level Agreement,SLA)需求的同时有效地执行。然后,为了满足不同等级用户负载不断变化情况下对虚拟资源的优化利用,建立了面向多层架构的虚拟应用服务混合性能优化模型。基于虚拟资源的高质量初始配置,进一步开发了元启发式的随机优化算法。系统仿真实验结果表明了所提出的方法能够有效地为不同等级的用户提供有区别的服务,并保证了云基础设施服务提供者的全局利润最大化。最后,设计了流程服务组合兼容性分析系统框架、分布式流程服务模型分割系统框架以及基于自主资源管理的云基础设施服务系统框架,并实现了相应的流程服务兼容性和控制器模块、流程服务分割模块和基础设施服务性能优化模块。开发的工具已在多个项目中得到成功应用,验证了论文研究成果的可行性和有效性。本文开展的云环境下业务流程服务以及基础设施服务的分析和优化研究,无论是对丰富云计算理论,增强云服务系统功能,还是对推动云服务系统的实施和提高企业的综合竞争力,都具有重要意义。