Visual Notations in Container Orchestrations: An Empirical Study with Docker Compose

Context: Container orchestration tools supporting infrastructure-as-code allow new forms of collaboration between developers and operatives. Still, their text-based nature permits naive mistakes and is more difficult to read as complexity increases. We can find few examples of low-code approaches for defining the orchestration of containers, and there seems to be a lack of empirical studies showing the benefits and limitations of such approaches. Goal & method: We hypothesize that a complete visual notation for Docker-based orchestrations could reduce the effort, the error rate, and the development time. Therefore, we developed a tool featuring such a visual notation for Docker Compose configurations, and we empirically evaluated it in a controlled experiment with novice developers. Results: The results show a significant reduction in development time and error-proneness when defining Docker Compose files, supporting our hypothesis. The participants also thought the prototype easier to use and useful, and wanted to use it in the future

DSOL: a declarative approach to self-adaptive service orchestrations

Service oriented computing (SOC) has brought a simplification in the way distributed applications can be built. Mainstream approaches, however, failed to support dynamic, self-managed compositions that would empower even non-technical users to build their own orchestrations. Indeed, because of the changeable world in which they are embedded, service compositions must be able to adapt to changes that may happen at run-time. Unfortunately, mainstream SOC languages, like BPEL and BPMN, make it quite hard to develop such kind of self-adapting orchestrations. We claim that this is mostly due to the imperative programming paradigm they are based on. To overcome this limitation we propose a radically different, strongly declarative approach to model service orchestration, which is easier to use and results in more flexible and self-adapting orchestrations. An ad-hoc engine, leveraging well-known planning techniques, interprets such models to support dynamic service orchestration at run-time

Correctness of services and their composition

We study correctness of services and their composition and investigate how the design of correct service compositions can be systematically supported. We thereby focus on the communication protocol of the service and approach these questions using formal methods and make contributions to three scenarios of SOC.Wir studieren die Korrektheit von Services und Servicekompositionen und untersuchen, wie der Entwurf von korrekten Servicekompositionen systematisch unterstützt werden kann. Wir legen dabei den Fokus auf das Kommunikationsprotokoll der Services. Mithilfe von formalen Methoden tragen wir zu drei Szenarien von SOC bei

Orchestrating Without Partiture

Crisis in and around Ukraine is becoming the first show-case in multilateral diplomacy, where Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS) and other technologies are deployed to produce information for the diplomatic processes of the Organization for Security and Cooperation in Europe (OSCE)and to public at the same time. This has taken place in a very rapid manner without time for descent planning and through learning by doing before and in the middle of the start and development of the crisis special monitoring mission based on the consensus of 57 member states. \ This paper approaches these multi-lateral diplomacy scenes by looking at the work done through two disciplines which “orchestrate”; Social Science and Information Systems. Abbot et al. orchestration theory application into OSCE and to its “Ukraine toolbox” needs more research, in which e.g. IS literature´s socio-technical modeling methods will be helpful in order to bridge recognized gaps from practice and literature. \ Information system researchers and developers are needed in more active roles as intermediaries to complement existing principal-agent e.g. OSCE-RPAS and other ICT vendor relationships. More theoretical and empirical research is needed to make the IGOs’ orchestration to meet what ICT can offer for future crisis diplomacy. \ Keywords: Inter-governmental Organizations (IGOs), orchestration theory, Remotely Piloted Aircraft System (RPAS), multilateral diplomacy, Organization for Security and Cooperation in Europe (OSCE), information system development, Ukraine Special Monitoring Mission (SMM)

KPI-related monitoring, analysis, and adaptation of business processes

In today's companies, business processes are increasingly supported by IT systems. They can be implemented as service orchestrations, for example in WS-BPEL, running on Business Process Management (BPM) systems. A service orchestration implements a business process by orchestrating a set of services. These services can be arbitrary IT functionality, human tasks, or again service orchestrations. Often, these business processes are implemented as part of business-to-business collaborations spanning several participating organizations. Service choreographies focus on modeling how processes of different participants interact in such collaborations. An important aspect in BPM is performance management. Performance is measured in terms of Key Performance Indicators (KPIs), which reflect the achievement towards business goals. KPIs are based on domain-specific metrics typically reflecting the time, cost, and quality dimensions. Dealing with KPIs involves several phases, namely monitoring, analysis, and adaptation. In a first step, KPIs have to be monitored in order to evaluate the current process performance. In case monitoring shows negative results, there is a need for analyzing and understanding the reasons why KPI targets are not reached. Finally, after identifying the influential factors of KPIs, the processes have to be adapted in order to improve the performance. %The goal thereby is to enable these phases in an automated manner. This thesis presents an approach how KPIs can be monitored, analyzed, and used for adaptation of processes. The concrete contributions of this thesis are: (i) an approach for monitoring of processes and their KPIs in service choreographies; (ii) a KPI dependency analysis approach based on classification learning which enables explaining how KPIs depend on a set of influential factors; (iii) a runtime adaptation approach which combines monitoring and KPI analysis in order to enable proactive adaptation of processes for improving the KPI performance; (iv) a prototypical implementation and experiment-based evaluation.Die Ausführung von Geschäftsprozessen wird heute zunehmend durch IT-Systeme unterstützt und auf Basis einer serviceorientierten Architektur umgesetzt. Die Prozesse werden dabei häufig als Service Orchestrierungen implementiert, z.B. in WS-BPEL. Eine Service Orchestrierung interagiert mit Services, die automatisiert oder durch Menschen ausgeführt werden, und wird durch eine Prozessausführungsumgebung ausgeführt. Darüber hinaus werden Geschäftsprozesse oft nicht in Isolation ausgeführt sondern interagieren mit weiteren Geschäftsprozessen, z.B. als Teil von Business-to-Business Beziehungen. Die Interaktionen der Prozesse werden dabei in Service Choreographien modelliert. Ein wichtiger Aspekt des Geschäftsprozessmanagements ist die Optimierung der Prozesse in Bezug auf ihre Performance, die mit Hilfe von Key Performance Indicators (KPIs) gemessen wird. KPIs basieren auf Prozessmetriken, die typischerweise die Dimensionen Zeit, Kosten und Qualität abbilden, und evaluieren diese in Bezug auf die Erreichung von Unternehmenszielen. Die Optimierung der Prozesse in Bezug auf ihre KPIs umfasst mehrere Phasen. Im ersten Schritt müssen KPIs durch Monitoring der Prozesse zur Laufzeit erhoben werden. Falls die KPI Werte nicht zufriedenstellend sind, werden im nächsten Schritt die Faktoren analysiert, die die KPI Werte beeinflussen. Schließlich werden auf Basis dieser Analyse die Prozesse angepasst um die KPIs zu verbessern. In dieser Arbeit wird ein integrierter Ansatz für das Monitoring, die Analyse und automatisierte Adaption von Prozessen mit dem Ziel der Optimierung hinsichtlich der KPIs vorgestellt. Die Beiträge der Arbeit sind wie folgt: (i) ein Ansatz zum Monitoring von KPIs über einzelne Prozesse hinweg in Service Choreographien, (ii) ein Ansatz zur Analyse von beeinflussenden Faktoren von KPIs auf Basis von Entscheidungsbäumen, (iii) ein Ansatz zur automatisierten, proaktiven Adaption von Prozessen zur Laufzeit auf Basis des Monitorings und der KPI Analyse, (iv) eine prototypische Implementierung und experimentelle Evaluierung

Behavioral types in programming languages

A recent trend in programming language research is to use behav- ioral type theory to ensure various correctness properties of large- scale, communication-intensive systems. Behavioral types encompass concepts such as interfaces, communication protocols, contracts, and choreography. The successful application of behavioral types requires a solid understanding of several practical aspects, from their represen- tation in a concrete programming language, to their integration with other programming constructs such as methods and functions, to de- sign and monitoring methodologies that take behaviors into account. This survey provides an overview of the state of the art of these aspects, which we summarize as the pragmatics of behavioral types

Correctness of services and their composition

We study correctness of services and their composition and investigate how the design of correct service compositions can be systematically supported. We thereby focus on the communication protocol of the service and approach these questions using formal methods and make contributions to three scenarios of SOC.Wir studieren die Korrektheit von Services und Servicekompositionen und untersuchen, wie der Entwurf von korrekten Servicekompositionen systematisch unterstützt werden kann. Wir legen dabei den Fokus auf das Kommunikationsprotokoll der Services. Mithilfe von formalen Methoden tragen wir zu drei Szenarien von SOC bei

The CHORCH Approach: How to Model B2Bi Choreographies for Orchestration Execution

The establishment and implementation of cross-organizational business processes is an implication of today's market pressure for efficiency gains. In this context, Business-To-Business integration (B2Bi) focuses on the information integration aspects of business processes. A core task of B2Bi is providing adequate models that capture the message exchanges between integration partners. Following the terminology used in the SOA domain, such models will be called choreographies in the context of this work. Despite the enormous economic importance of B2Bi, existing choreography languages fall short of fulfilling all relevant requirements of B2Bi scenarios. Dedicated B2Bi choreography standards allow for inconsistent outcomes of basic interactions and do not provide unambiguous semantics for advanced interaction models. In contrast to this, more formal or technical choreography languages may provide unambiguous modeling semantics, but do not offer B2Bi domain concepts or an adequate level of abstraction. Defining valid and complete B2Bi choreography models becomes a challenging task in the face of these shortcomings. At the same time, invalid or underspecified choreography definitions are particularly costly considering the organizational setting of B2Bi scenarios. Models are not only needed to bridge the typical gap between business and IT, but also as negotiation means among the business users of the integration partners on the one hand and among the IT experts of the integration partners on the other. Misunderstandings between any two negotiation partners potentially affect the agreements between all other negotiation partners. The CHORCH approach offers tailored support for B2Bi by combining the strengths of both dedicated B2Bi standards and formal rigor. As choreography specification format, the ebXML Business Process Specification Schema (ebBP) standard is used. ebBP provides dedicated B2Bi domain concepts such as so-called BusinessTransactions (BTs) that abstractly specify the exchange of a request business document and an optional response business document. In addition, ebBP provides a format for specifying the sequence of BT executions for capturing complex interaction scenarios. CHORCH improves the offering of ebBP in several ways. Firstly, the execution model of BTs which allows for inconsistent outcomes among the integration partners is redefined such that only consistent outcomes are possible. Secondly, two binary choreography styles are defined as B2Bi implementation contract format in order to streamline implementation projects. Both choreography styles are formalized and provided with a formal execution semantics for ensuring unambiguity. In addition, validity criteria are defined that ensure implementability using BPEL-based orchestrations. Thirdly, the analysis of the synchronization dependencies of complex B2Bi scenarios is supported by means of a multi-party choreography style combined with an analysis framework. This choreography style also is formalized and standard state machine semantics are reused in order to ensure unambiguity. Moreover, validity criteria are defined that allow for analyzing corresponding models for typical multi-party choreography issues. Altogether, CHORCH provides choreography styles that are B2Bi adequate, simple, unambiguous, and implementable. The choreography styles are B2Bi adequate in providing B2Bi domain concepts, in abstracting from low-level implementation details and in covering the majority of real-world B2Bi scenarios. Simplicity is fostered by using state machines as underlying specification paradigm. This allows for thinking in the states of a B2Bi scenario and for simple control flow structures. Unambiguity is provided by formal execution semantics whereas implementability (for the binary choreography styles) is ensured by providing mapping rules to BPEL-based implementations. The validation of CHORCH's choreography styles is performed in a twofold way. Firstly, the implementation of the binary choreography styles based on Web Services and BPEL technology is demonstrated which proves implementability using relatively low-cost technologies. Moreover, the analysis algorithms for the multi-party choreography styles are validated using a Java-based prototype. Secondly, an abstract visualization of the choreography styles based on BPMN is provided that abstracts from the technicalities of the ebBP standard. This proves the amenability of CHORCH to development methods that start out with visual models. CHORCH defines how to use BPMN choreographies for the purpose of B2Bi choreography modeling and translates the formal rules for choreography validity into simple composition rules that demonstrate valid ways of connecting the respective modeling constructs. In summary, CHORCH allows integration partners to start out with a high-level visual model of their interactions in BPMN that identifies the types and sequences of the BusinessTransactions to be used. For multi-party choreographies, a framework for analyzing synchronization dependencies then is available. For binary choreographies, an ebBP refinement can be derived that fills in the technical parameters that are needed for deriving the implementation. Finally, Web Services and BPEL based implementations can be generated. Thus, CHORCH allows for stepwise closing the semantic gap between the information perspective of business process models and the corresponding implementations. It is noteworthy that CHORCH uses international standards throughout all relevant layers, i.e., BPMN, ebBP, Web Services and BPEL, which helps in bridging the heterogeneous IT landscapes of B2Bi partners. In addition, the adoption of core CHORCH deliverables as international standards of the RosettaNet community give testament to the practical relevance and promise dissemination throughout the B2Bi community.Betriebsübergreifende Geschäftsprozessintegration ist eine logische Konsequenz allgegenwärtigen Wettbewerbsdrucks. In diesem Kontext fokussiert Business-To-Business integration (B2Bi) auf die Informationsaustausche zwischen Unternehmen. Eine B2Bi-Kernanforderung ist die Bereitstellung adäquater Modelle zur Spezifikation der Nachrichtenaustausche zwischen Integrationspartnern. Diese werden im Rahmen dieser Arbeit in Anlehnung an Service-orientierte Architekturen (SOA)-Terminologie Choreographien genannt. Bestehende Choreographiesprachen decken die Anforderungen an B2Bi-Choreographien nicht vollständig ab. Dedizierte B2Bi-Choreographiestandards definieren inkonsistente Austauschprozeduren für grundlegende Interaktionen und nur unvollständige Semantiken für fortgeschrittene Interaktionen. Formale oder Technik-getriebene Choreographiesprachen bieten die benötigte Präzision, lassen aber Domänenkonzepte vermissen oder operieren auf einer niedrigen Abstraktionsebene. Angesichts solcher Mängel wird die Spezifikation valider und vollständiger B2Bi-Choreographien zu einer echten Herausforderung. Gleichzeitig sind mangelhafte Choreographiemodelle gerade im B2Bi-Bereich besonders problematisch, da diese nicht nur zwischen Fach- und IT-Abteilung, sondern auch über Unternehmensgrenzen hinweg eingesetzt werden. Der CHORCH-Ansatz schafft an dieser Stelle mittels maßgeschneiderter Choreographien Abhilfe, welche die Vorteile von B2Bi-Choreographien und von formalen Ansätzen kombinieren. Als Ausgangspunkt wird das ebXML Business Process Specification Schema (ebBP) verwendet, das als B2Bi-Choreographiestandard Domänenkonzepte wie zum Beispiel sogenannte BusinessTransactions (BTs) bietet. Eine BT ist der Basisbaustein von B2Bi-Choreographien und spezifiziert den Austausch eines Geschäftsdokuments sowie eines optionalen Antwortdokuments. Darüber hinaus bietet ebBP ein Format zur Spezifikation von BT-Kompositionen zur Unterstützung komplexer Interaktionen. CHORCH erweitert ebBP wie folgt. Erstens, das Ausführungsmodell für BTs wird neu definiert, um inkonsistente Ergebniszustände zu eliminieren. Zweitens, für Entwicklungsprojekte werden zwei binäre Choreographieklassen definiert, die als B2Bi-Implementierungskontrakt dienen sollen. Die Formalisierung beider Klassen sowie formale operationale Semantiken gewährleisten Eindeutigkeit, während Validitätskriterien die Ausführbarkeit entsprechender Modelle mittels BPEL-basierter Orchestrationen garantieren. Drittens, zur Analyse der Synchronisationsbeziehungen komplexer B2Bi-Szenarien wird eine Multi-Party-Choreographieklasse nebst Analyseframework definiert. Wiederum wird für diese Klasse eine Formalisierung definiert, die mittels Standard-Zustandsautomatensemantik Eindeutigkeit gewährleistet. Ferner garantieren Validitätskriterien die Anwendbarkeit der definierten Analysealgorithmen. Insgesamt bieten die Choreographieklassen des CHORCH-Ansatzes ein B2Bi-adäquates, einfaches, eindeutiges und implementierbares Modell der Nachrichtenaustausche zwischen B2Bi-Partnern. B2Bi-Adäquatheit wird durch Verwendung von B2Bi-Domänenkonzepten, Abstraktion von rein technischen Kommunikationsdetails und Abdeckung der meisten praktisch relevanten B2Bi-Szenarien gewährleistet. Einfachheit ist ein Ausfluss der Verwendung eines Zustandsmaschinen-basierten Modellierungsparadigmas, das die Definition des Interaktionsfortschritts in Form von Zuständen sowie einfache Kontrollflussstrukturen ermöglicht. Eindeutigkeit wird durch die Verwendung formaler Semantiken garantiert, während Implementierbarkeit (für die beiden binären Choreographieklassen) durch Angabe von Mapping-Regeln auf BPEL-Orchestrationen sichergestellt wird. Die Validierung der CHORCH-Choreographieklassen erfolgt in zweierlei Hinsicht. Erstens, die Implementierbarkeit der binären Choreographieklassen mit Hilfe von Web Services und BPEL wird durch die Definition entsprechender Mappingregeln belegt. Weiterhin wird das Analyseframework der Multi-Party-Choreographieklasse als Java-Prototyp implementiert. Zweitens, für alle Choreographieklassen wird eine abstrakte Visualisierung auf BPMN-Basis definiert, die von diversen technischen Parametern des ebBP-Formats abstrahiert. Damit wird die Integrierbarkeit der CHORCH-Choreographieklassen in Entwicklungsansätze, die ein visuelles Modell als Ausgangspunkt vorsehen, belegt. CHORCH definiert, wie sogenannte BPMN-Choreographien zum Zweck der B2Bi-Choreographiemodellierung zu verwenden sind und übersetzt die Validitätskriterien der CHORCH-Choreographieklassen in einfache Modell-Kompositionsregeln. In seiner Gesamtheit bietet CHORCH somit einen Ansatz, mit Hilfe dessen B2Bi-Partner zunächst die Typen und zulässigen Reihenfolgen ihrer Geschäftsdokumentaustausche auf Basis eines abstrakten visuellen BPMN-Modells identifizieren können. Im Fall von Multi-Party-Choreographien steht dann ein Framework zur Analyse der Synchronisationsbeziehungen zwischen den Integrationspartnern zur Verfügung. Im Fall von binären Choreographien können ebBP-Verfeinerungen abgeleitet werden, welche die Modelle um technische Parameter anreichern, die zur Ableitung einer Implementierung benötigt werden. Diese ebBP-Modelle sind in Web Services- und BPEL-basierte Implementierungen übersetzbar. Damit erlaubt CHORCH die schrittweise Überbrückung der semantischen Lücke zwischen der Informationsaustauschperspektive von Geschäftsprozessmodellen und den zugehörigen Implementierungen. Ein beachtenswerter Aspekt des CHORCH-Ansatzes ist die Verwendung einschlägiger internationaler Standards auf allen Abstraktionsebenen, im Einzelnen BPMN, ebBP, Web Services und BPEL. Die Verwendung von Standards trägt dem heterogenen Umfeld von B2Bi-Szenarien Rechnung. Zusätzlich wurden Kernergebnisse des CHORCH-Ansatzes als internationale Standards der RosettaNet-B2Bi-Community veröffentlicht. Dies belegt die praktische Relevanz des Ansatzes und fördert die Verbreitung innerhalb der B2Bi-Community