Eine musterbasierte Methode zur Automatisierung des Anwendungsmanagements

Das Management laufender Geschäftsanwendungen gehört zu den kritischen Vorgängen des IT-Betriebs, da Unachtsamkeiten zu fehlerhaften Anwendungszuständen und zum Ausfall ganzer Anwendungslandschaften führen können. Speziell die manuelle Managementdurchführung birgt aufgrund zunehmend unüberschaubarer Anwendungsstrukturen, unbekannter Abhängigkeiten zwischen Komponenten, unzureichender Dokumentation sowie komplexer Managementwerkzeuge ein stetig größer werdendes wirtschaftliches Risiko. Aus diesem Grund wurden in den vergangenen Jahren neue Paradigmen und eine große Anzahl an Technologien zur Automatisierung des Anwendungsmanagements entwickelt. Die zunehmende Komplexität von Architekturen durch verteilte Systeme, Virtualisierung von Komponenten, Cloud Computing und dem aufkommenden Internet der Dinge erfordert jedoch immer häufiger die Kombination mehrerer dieser Managementtechnologien, um übergeordnete Managementziele bezüglich eines komplexen IT-Systems umzusetzen. Dabei treten sowohl (i) konzeptionelle als auch (ii) technische Fragestellungen auf, die von unterschiedlichen Expertengruppen in Kollaboration analysiert und gelöst werden müssen. Die Integration dieser beiden Abstraktionsebenen stellt dabei eine grundlegende Herausforderung dar, die im gegenwärtigen Anwendungsmanagement aufgrund fehlender durchgängiger Automatisierungsmöglichkeiten zumeist unter hohem Aufwand individuell angenommen werden muss. Um diese Automatisierungslücke zwischen den beiden Abstraktionsebenen zu schließen, stellt diese Arbeit eine hybride, musterbasierte Managementmethode namens PALMA vor. Die Methode kombiniert das deklarative mit dem imperativen Managementparadigma und ermöglicht dadurch die automatisierte Anwendung generischer Managementmuster. Häufig auftretende Managementprobleme, wie beispielsweise die Migration einer Anwendungskomponente in eine Cloud-Umgebung unter Wahrung deren Verfügbarkeit, können mittels automatisierten Managementmustern effizient für individuelle Anwendungen gelöst und die zugehörigen Prozesse automatisiert ausgeführt werden. Die Methode unterstützt die Kollaboration von Experten und kann manuell, semi-automatisiert sowie vollständig automatisiert angewendet werden. Zur Umsetzung der Methode wird eine deklarative Sprache namens DMMN vorgestellt, welche die Modellierung von Managementaufgaben auf hoher deklarativer Abstraktionsebene unter Ausblendung technischer Ausführungsdetails ermöglicht. Bei der automatisierten Ausführung von Managementmustern werden deklarative Managementmodelle in dieser Sprache generiert, welche die jeweilige Musterlösung für die betroffene Anwendung in Form der auszuführenden Managementaufgaben abstrakt spezifizieren. Zu deren Ausführung wird ein Transformationsverfahren vorgestellt, das deklarative Managementmodelle in ausführbare, imperative Prozessmodelle übersetzt. Die Generierung dieser Prozessmodelle basiert dabei auf der Orchestrierung wiederverwendbarer Managementbausteine, die in Form von Subprozessen modelliert sind und als Management-Planlets bezeichnet werden. Durch diese Transformation werden die Stärken beider Paradigmen vereint und umfangreiches Management komplexer IT-Systeme ermöglicht. Zudem wird ein musterbasiertes Verfahren vorgestellt, mithilfe dessen Managementaufgaben in deklarativen Managementmodellen automatisch auf Probleme analysiert und diesbezüglich korrigiert werden können. Dadurch wird die Korrektheit der Durchführung gewährleistet und der Systemadministrator bei der Modellierung der Modelle unterstützt. Die in dieser Arbeit vorgestellten Konzepte werden im Rahmen des sogenannten PALMA-Frameworks prototypisch implementiert, um die praktische Umsetzbarkeit der theoretischen Konzepte und Ansätze zu validieren

Task Allokation für effiziente Edge Computing Systeme

Im Bereich von Edge Computing nimmt die Rechenleistung in direkter Nähe zu den Sensoren stetig zu. Infolgedessen gibt es immer mehr rechen- und datenintensive Anwendungen, die im Edge Bereich ausgeführt werden können. Gleichzeitig befinden sie sich in einer sich ständig verändernden Systemumgebung. Um Ausfallzeiten und lange Redesign-Schleifen zu reduzieren, werden Selbstanpassungsfähigkeiten benötigt. Die automatische Reallokation der ausgeführten Aufgaben auf die Rechenknoten ist eine mögliche Selbstanpassungsmaßnahme. Die Reallokation sollte jedoch mit den verschiedenen Anforderungen, Einschränkungen und Spezifikationen des Entwurfs konform sein. Dabei besteht eine große Herausforderung darin, dass die Allokationsentscheidung schnell genug für die Berechnung zur Laufzeit sein sollte. Der Fokus dieser Arbeit ist die Realisierung einer effizienten Allokation, die Bedürfnisse in Form von Policies nutzt, um eine automatische Reallokation zur Laufzeit zu berechnen. In dieser Arbeit wurde eine effiziente Allokationsmethode entwickelt, die eine kombinierte Betrachtung von Ressourcenverfügbarkeit, Anwendungsbedarf und problemspezifischer Effizienzdefinition realisiert. Der Ansatz verfolgt eine modulare Beschreibung dieser Aspekte für die Allokation in Form von komponentenspezifischen Policies. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Allokation aufgrund von Veränderungen im laufenden Betrieb. Hierfür wird das Zuordnungsproblem zur Entwicklungszeit modelliert und die Informationen im Betrieb genutzt. Mit diesem Konzept konnten zwei industrielle Anwendungen modelliert und unterschiedliche Zuordnungen berechnet werden. Die Skalierbarkeit des Konzepts wurde durch Messungen validiert. Die Reallokation zur Laufzeit wurde mit einem Container Framework implementiert. Darauf aufbauend wurde der Overhead der Allokationsberechnung zur Laufzeit gemessen und in den Kontext der Reallokationszeit gesetzt. Die Berechnung einer effizienten Allokation trägt zur Autonomie von Recheninfrastrukturen bei. Dadurch erhöhen sich die Fähigkeiten zur Selbstadaption und die Resilienz dieser Rechennetze. Das spielt nicht nur im industriellen Edge-Cloud Kontext eine Rolle, sondern auch im Automobil, wenn zur Laufzeit über dynamische Betriebsstrategien entschieden werden soll