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Modellbasierte erreichbarkeitsoptimierte Rekonfiguration komponentenbasierter Softwaresysteme zur Laufzeit
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Datum
2010
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Verlag
Geselllschaft für Informatik e.V.
Zusammenfassung
Operative Softwaresysteme unterliegen ständigen Veränderungen im Laufe ihres Lebenszyklusses. Sie müssen kontinuierlich den veränderten Anforderungen angepasst werden, um deren Funktionalität bzw. deren Dienste zu erweitern oder zu optimieren. Weiterhin sind Veränderungen unumgänglich, um die Qualitätseigenschaften der Systeme zu verbessern. Schließlich ist es oft notwendig Fehler zu beseitigen. Der Prozess der Durchführung der Veränderungen (Rekonfiguration) führt im Regelfall zum vorübergehenden Ausfall der Systeme. Insbesondere bei geschäftskritischen Web-basierten Anwendungen (z.B. onlinebanking oder Einkaufsportale) kann die fehlende Verfügbarkeit der Dienste zu finanziellen Verlusten führen. Die Sicherung bzw. Erhöhung der Verfügbarkeit der Systemdienste ist das Hauptziel einer Rekonfiguration zur Laufzeit. Weiterhin spielt eine transparente Durchführung einer Rekonfiguration eine entscheidende Rolle für die Zufriedenheit der Benutzer eines Systems. Eine Rekonfiguration kann als transparent betrachtet werden, wenn während deren Durchführung das System innerhalb der vertraglich festgelegten Reaktionsbzw. Antwortzeiten korrekt reagiert bzw. antwortet. Diese Arbeit liefert einen architekturbasierten Ansatz zur Planung und transaktionalen Durchführung einer Rekonfiguration komponentenbasierter Softwaresysteme zur Laufzeit unter voller Verfügbarkeit und möglichst minimaler Beeinflussung der Reaktionsfähigkeit der Systemdienste. Hauptstrategie dabei ist die Verschiebung des Rekonfigurationszeitpunkts bis zu einem optimalen, analytisch bestimmten Zeitpunkt, zu dem die Beeinträchtigung (Störung) des Systems als minimal erwartet wird. Der wissenschaftliche Beitrag besteht aus drei Teilbeiträgen: 1. Anwendungsmodell, das ein ArchitekturSichtenmodell als Grundlage definiert und eine Beschreibung der statischen und dynamischen Sicht einer System-Architektur beinhaltet. Ein sog. Component- Connector-Container (C3) Meta-Modell definiert dabei die strukturelle Zuordnung zwischen den beiden Sichten. 2. Optimierungs- und Analysemodell, das die Grundlage für eine auftragsbezogene Optimierung der Erreichbarkeit bzw. Reaktionsfähigkeit der Systemdienste während der Rekonfiguration durch Analyse der Laufzeit-Abhängigkeiten zwischen Instanzen von Komponenten und Berücksichtigung zusätzlicher Faktoren, wie das Benutzungsmodell des Systems, die Dauer und die Dringlichkeit der Rekonfiguration darstellt. 3. Rekonfigurationsmodell, das durch Lebenszyklus und Redeployment-Protokollen ein detailliertes Konzept für die Durchführung der Rekonfiguration als sog. Redeployment-Transaktion zur Laufzeit definiert und somit eine Erhaltung der Konsistenz des Systems und die volle Verfügbarkeit der Systemdienste während der Rekonfiguration gewährleistet. Für die System-Architekturbeschreibung werden UML 2 Komponenten-, Zustands- und Sequenzdiagramme eingesetzt. Zusätzlich werden Protokollautomaten zur Verhaltensspezifikation von Komponenten eingesetzt. Das Benutzerverhalten wird durch ein Benutzungsmodell dargestellt, wobei Ausführungssequenzen als Markovketten und mit Mengen der beteiligten Komponenten modelliert werden. Diese Informationen werden kombiniert, um eine Analyse der Laufzeitabhängigkeiten durchführen zu können. Zur Berechnung der Laufzeit-Abhängigkeiten werden graphentheoretische Konzepte eingesetzt. Schließlich werden Lebenszyklusprotokolle auf System- und Komponentenebene für die transaktionale Durchführung der Rekonfiguration definiert. Es fand eine zweigeteilte empirische Evaluation statt. Zum Einen, wurde das transaktionale Redeployment für die Java EE Plattform realisiert. Zum Anderen, wurde die Optimierung der Erreichbarkeit der Systeme während der Rekonfiguration von Web-basierten Anwendungen evaluiert. Dabei wird ein probabilistisches Benutzerverhalten simuliert und Monitoringdaten aufgezeichnet. Diese Monitoringdaten werden anschließend zur Analyse der Laufzeitabhängigkeiten eingesetzt, um geeignete Nutzungsszenarien und Zeitpunkte für die Durchführung einer auftragsbezogenen Laufzeit-Rekonfiguration zu bestimmen und zur Laufzeit wieder zu erkennen.