Fehlertoleranz mobiler Agenten

Abstract

Mobile Agenten sind Programme, die sich zur Ausführung ihrer Aufgabe autonom zwischen Ausführungsumgebungen in einem Rechnernetz bewegen können, um die jeweiligen lokalen Ressourcen der Rechner zu nutzen. Neben Lösungen im Bereich der Sicherheit und der Kontrolle mobiler Agenten ist die Zuverlässigkeit der Ausführung von mobilen Agenten eine der Grundvoraussetzungen für die breite Anwendung dieser Technologie. Die vorliegende Arbeit erarbeitet Lösungen für die zuverlässige Ausführung mobiler Agenten und das zuverlässige, partielle Rücksetzen der Agentenausführung. Um den Ausfall von Rechnern, auf denen ein Agent einen Teil seiner Aufgabe ausführen möchte, einfacher tolerieren zu können ist es vorteilhaft, wenn dem Agenten Alternativen zur Auswahl stehen. Als Basisbaustein für die fehlertolerante Ausführung wird daher ein flexibles Reiseroutenkonzept entwickelt. Dieses Konzept erlaubt nicht nur die Spezifikation alternativer Ausführungsrechner sondern erlaubt auch, die einer Anwendung inhärenten Alternativen der Ausführungsreihenfolge der einzelnen Aufgabenteile offenzulegen. Für die fehlertolerante Ausführung werden zwei Mechanismen entwickelt. Der Basismechanismus stellt die genau-einmal Ausführung eines Agenten durch transaktionale Ausführung des Agenten sicher. Die blockierungsfreie Ausführung von Agenten wird durch eine Erweiterung dieses Basismechanismus sichergestellt, bei der die Ausführung des Agenten durch mehrere Rechner überwacht und im Fehlerfalle weitergeführt wird. Die Korrektheit der Mechanismen wird in einem informalen Beweis nachgewiesen und eine analytische Bewertung der Mechanismen durchgeführt. Da für das partielle Rücksetzen der Agentenausführung ein einfaches Rücksetzen auf einen alten Zustand nicht ausreicht, kommen hierfür Kompensationsoperationen zum Einsatz. Die zuverlässige Ausführung der Kompensation wird durch transaktionale Ausführung sichergestellt. Um den Anwendungsentwickler möglichst stark zu entlasten, werden die Daten des Agenten in zwei unterschiedliche Klassen aufgeteilt. Ein Teil der Daten des Agenten kann von der Ausführungsumgebung durch eine Kopie des alten Zustandes zurückgesetzt werden. Für den anderen Teil der Agentendaten und für die Ressourcen müssen Kompensationsoperationen zur Verfügung gestellt werden. Eine Klassifizierung der Kompensationsoperationen erlaubt Optimierungen bei der Kompensation.

Mobile agents are programs which, in order to fulfill their given task, are able to move autonomously between execution environments in a computer network. This enables the agents to efficiently use the local resources offered by the execution environments. Besides solutions in the areas of security and the control of mobile agents, the reliability of the agent execution is one of the basic prerequisites for the broad application of this technology. This thesis presents solutions for the reliable execution of mobile agents and the reliable, partial rollback of the agent execution. Having the choice between several alternative execution environments enables the agent to cope more easily with the failure of a place where it intents to execute some parts of its task. Therefore, a flexible itinerary concept is provided as a basic building block for the fault-tolerant execution of agents. Besides the specification of alternative execution environments for a sub-task, this concept also allows to disclose the possible alternative execution sequences of the sub-tasks inherent to the application. For the fault-tolerant execution, two mechanisms are developed in the thesis. The base mechanism ensures the exactly-once execution of an agent by the transactional execution of the agent. The blocking-free execution of agents is provided by an extension of the base mechanism. In this extended mechanism, the execution of the agent is monitored by several computers and, in case of a failure of the executing computer, the execution of the agent is resumed on one of the monitoring computers. The correctness of the mechanisms is shown in an informal proof and an analytical evaluation of the mechanisms is performed. Since restoring an old state is not sufficient to partially roll back the execution of an agent, compensation operations have to be used for rollback. The reliable execution of the compensation is ensured by transactional execution. To simplify application development, the data of the agent is classified into two different types. The one type of data can be restored by the execution environment using a copy of the original data. For the other type of the agents data and for the resources used by the agent, compensation operations have to be provided by the application developer. A classification of the compensation operations allows to optimize the developed rollback mechanism.