Modellbasiertes Management von Anwendungen

Abstract

Cloud-Anwendungen bestehen meist aus zahlreichen verschiedenen Komponenten, die zusammen die Funktionalität einer Anwendung umsetzen. Der Betrieb einer solchen Cloud-Anwendung umfasst dabei nicht nur die Bereitstellung der Anwendung, sondern auch ihr Management zur Laufzeit sowie ihre Außerbetriebnahme. Durch Deployment-Technologien lassen sich die Komponenten einer Cloud-Anwendung automatisiert und reproduzierbar bereitstellen sowie außer Betrieb nehmen. Dabei wird meist ein Deployment-Modell verwendet, welches den Zielzustand der Anwendung beschreibt und das von der entsprechenden Deployment-Technologie verarbeitet wird. Allerdings ist für das Erstellen eines Deployment-Modells Expertenwissen über die in der Anwendung verwendeten Komponenten und Technologien erforderlich, zum Beispiel welche Komponenten zusammenarbeiten können und welche Technologien sich gegenseitig ausschließen. Des Weiteren ist das Management ein zentraler Bestandteil einer sich im Betrieb befindlichen Anwendung. Wie auch für die Bereitstellung wird für das Management einer Anwendung Expertenwissen über die eingesetzten Komponenten und Technologien benötigt. Dabei können die Komponenten der Anwendung über mehrere Cloud-Anbieter und in-Haus-Lösungen verteilt sein und steigern somit die Komplexität dieser Aufgabe. Aktuelle Arbeiten und Deployment-Technologien unterstützten das automatisierte Management von verteilten Anwendungskomponenten jedoch kaum. Da die Komponenten einer Anwendung darüber hinaus meist von mehreren interdisziplinären Teams entwickelt werden, werden zudem unterschiedliche Deployment-Technologien für einzelne Komponenten eingesetzt. Dies erschwert das ganzheitliche Management einer Anwendung zusätzlich. In der vorliegenden Dissertation werden diese Herausforderungen angegangen, indem eine Methode vorgestellt wird, mit der (i) Anwendungen modelliert werden können, ohne dass Expertenwissen über Komponenten, Technologien und deren Konfigurationen benötigt wird. Anstelle der konkreten Komponenten und Technologien können Deployment-Modelle mit Muster modelliert werden, die abstrakte Lösungen zu wiederkehrenden Problemen beschreiben. Anschließend werden die Muster in einem solchen musterbasierten Deployment-Modell automatisiert zu passenden Komponenten und Technologien verfeinert. Bevor eine Anwendung im nächsten Schritt automatisiert bereitgestellt wird, kann das nun ausführbare Deployment-Modell (ii) automatisiert um zusätzliche Managementfunktionalitäten erweitert werden. Diese können zur Laufzeit der Anwendung ausgeführt werden und unterstützen sowohl verteilte Multi-Cloud-Anwendungen als auch Anwendungen, die mit mehreren Deployment-Technologien bereitgestellt werden. Zum Beispiel wird ein Managementkonzept eingeführt, das (iii) Anwendungen im aktuellen Zustand außer Betrieb nehmen und im selben Zustand wieder bereitstellen kann. Neben neu modellierten Anwendungen können die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte auch (iv) auf bereits laufende Anwendungen übertragen und angewendet werden. Die Umsetzbarkeit der Konzepte wird durch einen Open-Source Prototyp gezeigt.

Cloud applications usually consist of numerous components that together form the functionality of an application. The lifecycle of such application includes not only the application's provisioning and decommissioning, but also its management at runtime. Today's deployment technologies enable the automated provisioning and decommissioning of such applications. Therefore, deployment models describing the target state of an application are usually created by developers and interpreted by corresponding deployment technologies. However, creating a deployment model requires expert knowledge about an application's components and technologies. For example, it must be known which components can work together and which technologies are mutually exclusive. Furthermore, management is a key element during the operation of an application. Similar to the deployment of an application, its management requires expert knowledge about the used components and technologies. Thereby, the components of an application may be distributed across multiple cloud providers and on-premise solutions, further increasing the complexity of the application's management. However, deployment technologies hardly supported the automated management of distributed applications. Moreover, since the components of an application are usually developed by several interdisciplinary teams, different deployment technologies are used, further complicating a holistic application management. This dissertation addresses these challenges by presenting a method to (i) model applications without requiring expert knowledge about components, technologies, and their configurations. Instead of concrete components and technologies, deployment models can be modeled using patterns that describe abstract solutions to recurring problems. In the next step, the patterns in such a pattern-based deployment model are automatically refined to suitable components and technologies. The now executable deployment model can be (ii) automatically enriched with additional management functionalities, before the modeled application is automatically deployed. These can be executed during the application's runtime and support both distributed multi-cloud applications and applications deployed using multiple deployment technologies. Moreover, a management concept is introduced that can (iii) freeze applications in their current state and restore them in the same state as they were terminated. In addition to newly modeled applications, the concepts presented in this dissertation can also be (iv) applied to applications that are already running. The feasibility of the concepts is shown by an open-source prototype.