Modeling and Simulation of Message-Driven Self-Adaptive Systems

Dynamische, sich selbst rekonfigurierende Systeme nutzen Nachrichtenwarteschlangen als gängige Methode zum Erreichen von Entkopplung zwischen Sendern und Empfängern. Das Vorhersagen der Qualität von Systemen zur Entwurfszeit ist wesentlich, da Änderungen in späteren Phasen der Entwicklung sehr viel aufwändiger und teurer sind. Momentan gibt es keine Methode, Nachrichtenwarteschlangen auf architekturellem Level darzustellen und deren Qualitätseinfluss auf Systeme vorherzusagen. Existierende Ansätze modellieren Warteschlangen nicht explizit sondern abstrahieren sie. Warteschlangeneffekte sowie Details der Nachrichten-Infrastruktur wie zum Beispiel Flusskontrolle werden nicht beachtet. ... mehrDiese Arbeit schlägt ein Meta-Modell vor, das eine solche Repräsentation ermöglicht, und eine Simulations-Schnittstelle zwischen einer Simulation einer komponentenbasierten Architekturbeschreibungssprache und einer Nachrichtenaustausch-Simulation. Das Meta-Modell wurde als Erweiterung des Palladio Komponentenmodells realisiert. Die Schnittstelle wurde implementiert für den Palladio-Simulator SimuLizar und eine von RabbitMQ inspirierte Simulation, die dem AMQP 0.9.1 Protokoll folgt. Dies ermöglicht architekturelle Repräsentation von Nachrichtenaustausch und das Vorhersagen von Qualitätsattributen von nachrichtengetriebenen, selbst-adaptiven Systemen. Die Evaluation anhand einer Fallstudie zeigt die Anwendbarkeit des Ansatzes und seine Vorhersagegenauigkeit für Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. Außerdem konnten andere qualitätsbezogene Metriken, wie etwa Nachrichtenwarteschlangenlänge, Ein- und Ausgangsraten von Nachrichtenwarteschlangen, sowie Speicherverbrauch korrekt vorhergesagt werden. Das ermöglicht tiefere Einsichten in die Qualität eines Systems. Wir argumentieren weiterhin, dass der Ansatz in dieser Arbeit selbst-adaptive nachrichtengetriebene Systeme, die sich basierend auf verschiedenen Metriken rekonfigurieren, simulieren kann.

Dynamic systems that are capable of reconfiguring themselves use message queues as a common method to achieve decoupling between senders and receivers. Predicting the quality of systems at the design stage is crucial, as changes within later stages of development have a significantly higher cost attached to them. At the moment, there is no well-established method to represent message queues on an architectural level and predict their impact on the quality of systems. Existing approaches do not model queues explicitly and do not consider queuing effects or details of the messaging infrastructure such as flow control. ... mehrIn order to facilitate a representation thereof, this thesis proposes a meta-model, as well as a simulation interface between a simulation of a component-based architecture description language and a messaging simulation. The meta-model has been realized as an extension to the Palladio Component Model. The interface has been implemented for SimuLizar, which is a Palladio simulator, and a RabbitMQ inspired messaging simulation that adheres to the AMQP 0.9.1 protocol. This enables architectural representation of messaging and predicting quality attributes of message-driven, self-adaptive systems. The evaluation with a case study shows the applicability of the approach and its prediction accuracy for point-to-point communication. Moreover, other quality-related attributes, such as queue length, queue input and output rates, and memory consumption, have been predicted correctly. This provides deeper insights into the quality of a system. We also argue that the approach in this work is capable of simulating self-adaptive message-driven systems that reconfigure based on various metrics.