A fine-grained approach towards asynchronous service composition of heterogeneous services

Vandikas, Konstantinos; Jarke, Matthias; Prinz, Wolfgang; Papazoglo, Mike

doi:34316

A fine-grained approach towards asynchronous service composition of heterogeneous services = Ein feinkörnigen Ansatz für asynchrone Service-Komposition heterogener Dienste

Vandikas, Konstantinos

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Konstantinos Vadikas

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

UmfangXVII, 255 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Jarke, Matthias (Thesis advisor) ; Papazoglo, Mike (Thesis advisor) ; Prinz, Wolfgang (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-12-03

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-53372
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/463955/files/5337.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/463955/files/5337.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Serviceorientierte Architektur (Genormte SW) ; Prozessmanagement (Genormte SW) ; Formale Semantik (Genormte SW) ; Multithreading (Genormte SW) ; SIP <Kommunikationsprotokoll> (Genormte SW) ; Dienstekomposition (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; session initiation protocol (frei) ; service composition (frei) ; fine-grained (frei) ; JBI (frei) ; BPEL (frei) ; BMPN (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Beim Software-Design bezeichnet man als Service-orientierte Architektur (SOA) die Prinzipien und Methoden, die beim Design und Entwicklung vom Software in Form von interagierenden und interoperablen Diensten benutzt werden. Jeder Dienst kapselt eine bestimmte Funktionalität und wird als eine wiederverwendbare Komponente gebaut. Basierend darauf können neue Dienste als koordinierte Aggregationen aus schon vorhandenen Diensten mit Hilfe von Service Composition generiert werden. Die gängige Praxis ist die Nutzung von standardisierten Workflow-Sprachen, um die Interaktion zwischen solchen Diensten zu beschreiben. Einige Beispiele von solchen Workflow-Sprachen sind Web Services Business Process and Execution Language (WS-BPEL) und Business Process Modeling Language (BPMN). Das Framework interpretiert Workflows zur Laufzeit und führt die Aktionen aus, so wie sie durch die Semantik von verschiedenen Sprachkonstrukten vorgegeben sind. Obwohl eine Workflow-Sprache oft genug Konstrukte hat, dass sie als Turing-vollständig gelten könnte, zeigt die Nutzung von existierenden Workflow-Sprachen samt mit ihren entsprechenden Frameworks, dass sie relativ schwerfällig für schnelle Entwicklung von solchen Applikationen sind, wo man Dienste aus verschiedenen heterogenen Domänen kombiniert, besonders wenn existierende Dienste aus der Telekommunikationsdomäne wiederverwendet werden sollten. Unter genauer Betrachtung vom Stand der Technik bestehen die meisten Einschränkungen von Workflow-Sprachen bei Aspekten wie: enge technologische Kopplung, Interaktion zwischen Diensten limitiert nur auf bestimmte Technologien, und Nutzung von statischen Typ-Systemen, wodurch das Experimentieren mit neuen Diensten und Applikationen erschwert wird. Ebenfalls sehr wichtig sind die Einschränkungen im Bereich von Parallelität und gleichzeitiger Ausführung von Workflows, wo der Workflow-Designer gezwungen wird, die Reihenfolge der Ausführung eines Workflows manuell zu definieren, um mehrere CPU-Cores von heutigen Rechnersystemen effektiv auszunutzen. Diese Dissertation stellt eine neue Sprache zur Servicekomposition und ein dazu passendes technologie-unabhängiges Framework für die Entwicklung und Ausführung von Servicekompositionen aus heterogenen Diensten vor. Die vorgeschlagene Sprache ist standardmäßig parallel; die parallele Ausführung von Aktionen wird durch ihre Datenabhängigkeiten bestimmt. Das Framework beinhaltet ein optionales Typsystem, so dass sowohl typisierte als auch nicht-typisierte Variablen benutzt werden können. Die Variablen ohne Typ können z.B. beim anfänglichen Design und Experimentieren mit neunen Kompositionen benutzt werden. Die typisierten Variablen können dagegen später eingesetzt werden, wenn das Model von der Service Komposition sich stabilisiert und bereit für den produktiven Einsatz wird. Darüber hinaus unterstützt das vorgeschlagene Kompositionsframework eine sehr feine Granularität beim Interpretieren von Konstrukten der vorgeschlagenen Sprache. Die qualitative Evaluierung der vorgeschlagenen Sprache hat gezeigt, dass sie in der Lage ist, eine breite Palette von Workflow Patterns auszudrücken, mit den oben genannten Vorteilen gegenüber existierenden Workflowsprachen. Eine empirische Analyse und Evaluierung von dem vorgeschlagenen Composition Framework zeigt, dass das Framework skalierbar ist; eingeschränkt nur durch die Hauptspeicher-Größe und nicht durch die Anzahl von den zur Verfügung stehenden Bearbeitungsthreads.

In software design, a service-oriented architecture is a set of principles and methodologies used for designing and developing software in the form of interoperable services. Each service encapsulates well-defined business functionality and it is built as a reusable component. Thereafter, new services can be generated as a coordinated aggregate of pre-existing functionality by means of service composition. Common practice in the Information and Communication Technology domain (ICT) is the usage of standardized workflow languages in order to describe the interaction between such services. Examples of such languages are the Web Services Business Process and Execution Language (WS-BPEL) and the Business Process Modeling Language (BPMN). At runtime, a framework interprets the workflow and performs the actions mandated by the semantics of its constructs. Even though, a workflow language contains a sufficient amount of constructs to qualify as Turing complete, the usage of existing workflow languages along with their corresponding frameworks renders them cumbersome for rapid application development where one needs to combine services from heterogeneous domains and in particular when re-using pre-existing services originating from the telecommunications domain. More specifically, the limitations in the state of the art for workflow languages are encountered in aspects such as tight-technological coupling; interaction is limited to particular technologies, usage of static type systems - that hinder experimentation and finally yet importantly in terms of parallelism and concurrency, where the designer of a workflow is forced to manually define execution order in an attempt to utilize multiple cores which are commonly found in most computer systems nowadays. This dissertation introduces a novel language for service composition and a technology agnostic composition framework suitable for developing and executing service compositions of heterogeneous services. The proposed service composition language is concurrent by default; parallel execution of actions is determined by their corresponding data dependencies. The proposed framework allows for an optional type system permitting both typed and un-typed variables. Un-typed variables can be used while designing and experimenting with the composition in a trial and error fashion; while typed can be used once the model of the service composition matures and becomes production-ready. Moreover, the proposed composition framework employs a fine level of granularity while interpreting the constructs of the proposed language. Our qualitative evaluation of the proposed language has shown that it is capable of expressing a wide set of workflow patterns, making it as expressive as rival workflow languages. Empirical evaluations of the proposed fine-grained composition framework have shown that is scalable; limited only by the amount of available memory and not by the number of available processing threads.

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