Techniques for visualization and interaction in software architecture optimization

Abstract

Software architecture optimization aims at improving the architecture of software systems with regard to a set of quality attributes, e.g., performance, reliability, and modifiability. However, particular tasks in the optimization process are hard to automate. For this reason, architects have to participate in the optimization process, e.g., by making trade-offs and selecting acceptable architectural proposals.

The existing software architecture optimization approaches only offer limited support in assisting architects in the necessary tasks by visualizing the architectural proposals. In the best case, these approaches provide very basic visualizations, but often results are only delivered in textual form, which does not allow for an efficient assessment by humans.

Hence, this work investigates strategies and techniques to assist architects in specific use cases of software architecture optimization through visualization and interaction. Based on this, an approach to assist architects in these use cases is proposed. A prototype of the proposed approach has been implemented.

Domain experts solved tasks based on two case studies. The results show that the approach can assist architects in some of the typical use cases of the domain. Conducted time measurements indicate that several hundred architectural proposals can be handled. Therefore, the approach usefully complements existing software architecture optimization approaches. Furthermore, it is a foundation for the participation of humans in the optimization process and further research in this field.

Softwarearchitekturoptimierung hat die Verbesserung der Architekturen von Softwaresystemen bezüglich einer Auswahl von Qualitätsattributen, z. B. Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Änderbarkeit, zum Ziel. Allerdings lassen sich einige Aufgaben im Optimierungsprozess nur schwer automatisieren. Aus diesem Grund müssen Softwarearchitekten in den Optimierungsprozess eingebunden werden, z. B. indem sie Kompromisse eingehen und akzeptierbare Architekturvorschläge auswählen.

Die existierenden Ansätze der Softwarearchitekturoptimierung bieten den Softwarearchitekten nur begrenzte Hilfe durch Visualisierung der Architekturvorschläge, um die notwendigen Aufgaben zu erfüllen. Im besten Fall stehen sehr schlichte Visualisierungen zur Verfügung, aber häufig werden die Resultate nur in textueller Form bereitgestellt, welche nicht für eine effiziente Begutachtung durch Menschen geeignet ist.

Deshalb untersucht diese Arbeit Strategien und Techniken, um Softwarearchitekten in den für Softwarearchitekturoptimierung relevanten Anwendungsfällen durch Visualisierungen und Interaktion zu unterstützen. Basierend darauf wird ein Ansatz zur Unterstützung von Softwarearchitekten in diesen Anwendungsfällen vorgestellt. Ein Prototyp des vorgeschlagenen Ansatzes wurde hierzu implementiert.

Fachexperten mussten Aufgaben basierend auf zwei Fallstudien lösen. Die Ergebnisse zeigen, dass der vorgeschlagene Ansatz geeignet ist, um Softwarearchitekten in einigen domänenspezifischen Anwendungsfällen zu unterstützen. Durchgeführte Zeitmessungen deuten darauf hin, dass mehrere hundert Architekturvorschläge verarbeitet werden können. Aus diesem Grund ist der präsentierte Ansatz eine nützliche Ergänzung zu den existierenden Softwarearchitekturoptimierungsmethoden. Darüber hinaus ist er eine Grundlage für die Einbindung von Menschen in den Optimierungsprozess und weitere Forschung diesbezüglich.