Inhaltsverzeichnis. Monitoring unternehmenskritischer Anwendungen unter Verwendung modellbasierter Performance Constraints

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1 Monitoring unternehmenskritischer Anwendungen unter Verwendung modellbasierter Performance Constraints Bachelor Kolloquium Andreas Textor Fachbereich Design Informatik Medien Fachhochschule Wiesbaden University of Applied Sciences Referent: Prof. Dr. Reinhold Kröger Korreferent: Dipl.-Inform. (FH) M.Sc. Marcus Thoss Abgabe: 03. September August 2008 Inhaltsverzeichnis 1 Object Constraint Language 2 Constraints auf Modellebene Umsetzung in OCL 3 Software Architektur Associator Evaluator Module 4 Fallbeispiel PICTURES 5 Zusammenfassung und Ausblick Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Das PerManEntA-Projekt Modellbasierte Instrumentierung Projekt im Labor für Verteilte Systeme, FH Wiesbaden Performance Management of Enterprise Critical Applications Projektpartner Lufthansa Systems Passenger Services GmbH tang-it Consulting GmbH Zielsetzung Unterstützung für Performance-Management verteilter Applikationen Messpunkte in UML-Modell Rückführung von Messdaten ins UML-Modell Generierung von Instrumentierungsinfrastruktur Erkennung von Workflows und Selbstmanagement Instrumentierung: Anbringen von Schnittstellen zur Gewinnung von Leistungsdaten Im PerManEntA-Projekt Quellcode-basierte Instrumentierung Modellbasierte Instrumentierung bedeutet: Keine manuelle Änderung des Quellcodes, sondern eines Instrumentierungsmodells Weniger fehlerträchtig Schnellere Umsetzung! Weniger Kosten Möglichkeit der Integration in andere Systeme Elemente des Instrumentierungsmodells (Instrumentation Entities) Punkte: Zuordnung zu einzelner Code-Stelle Patterns: Logische Gruppierung von Punkten oder weiteren Patterns Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31

2 Workflow-Modell 1/2 Ziel: Vereinfachte Abbildung von Arbeitsabläufen Nutzt und erweitert Instrumentierungsmodell Vorhandene Modelle wie BPMN oder UML-Aktivitätsdiagramme zwar ähnlich, aber nicht direkt verwendbar Elemente: Workflow - Top-Level-Element (auch Verschachtelung) Action - Einzelner Befehl oder Programmabschnitt Branch - Verzweigung Merge - Zusammenführung einer Verzweigung Parallel - Parallelausführung Elemente besitzen Eingangs- und Endpunkte; Verbindung zweier Elemente durch identischen Punkt Workflow-Modell 2/2 Abbildung von Instrumentierungspunkten zu Workflow-Punkten Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Object Constraint Language Object Constraint Language Object Constraint Language (OCL) Beispiel Deklarative Sprache zur Formulierung von Ausdrücken und Bedingungen in objektorientierten Modellen Seit UML-Version 1.1 Bestandteil der UML, seit 1.4 auch verwendbar mit MOF und MOF-basierten Modellen (Meta Object Facility) Für die Spezifikation von Randbedingungen, die nicht grafisch modelliert werden können Jedes Constraint steht im Kontext eines Modellelements Arten von Constraints (Ausschnitt) Invariants: Müssen zu jeder Zeit erfüllt sein Pre- und Postconditions: Müssen bei Beginn/Ende der zugehörigen Methode erfüllt sein Definitions: Definition von Attributen und Operationen, die nicht im Modell enthalten sind Invarianten context Person inv: self.hatfuehrerschein implies self.alter >= 18 context Auto inv: erstzulassung >= baujahr Preconditions context Person::losfahren(auto : Auto) pre: hatfuehrerschein Definitions context Person def: besitztvw() : Boolean = autos->collect(hersteller)->includes( VW ) Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31

3 Constraints auf Modellebene Constraints auf Modellebene Ausführungspfade Darstellung des Workflow-Modells als Graph erleichtert Definition von Algorithmen Workflow wird als gerichteter, knotengewichteter Graph G = (V; E; f ) mit der Gewichtungsfunktion f : V! R aufgefasst Elemente werden Knoten, Eingangs-/Endpunkte werden Kanten Knotengewicht steht für die Dauer Darstellung des Graphen ähnelt entsprechendem Aktivitätsdiagramm Beispiel: A, C, D, F sind Actions; B ist Branch; E ist Merge Definition Ausführungspfad Ein Ausführungspfad P V ist definiert als eine endliche Folge von Knoten, bei der der i-te Knoten durch eine gerichtete Kante mit dem i + 1-ten Knoten verbunden ist: P = (v 1 ; v 2 ; : : : ; v k ) mit v j 2 V 8 1 j k und (v i ; v i+1 ) 2 E 8 1 i < k Dauer eines Ausführungspfades Die Dauer eines Ausführungspfades berechnet sich aus der Summe der Knotengewichte seiner Ausführungsschritte: d(p ) = kx i=1 f (v i ) Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Constraints auf Modellebene Constraints auf Modellebene Umsetzung in OCL Dauer zwischen zwei Workflow-Punkten Umsetzung in OCL Benutzer kann zwei beliebige Workflow-Punkte angeben, um die Dauer des Pfades zu erhalten Algorithmus stellt sicher, dass es ein gültiger Ausführungspfad ist Berücksichtigung für Schleifen: Letzte Dauer des Schleifenkörpers Berücksichtigung für Parallelausführung: Maximale Dauer der Ausführungsstränge Beispiel 1: Dauer von 1 nach 6 mit P = (A; B; C; E) = f (B) + f (C) + F (E) Beispiel 2: Dauer von 1 nach 5 mit P = (A; B; D; E) = f (B) + f (D) Beispiel 3: Dauer von 1 nach 4 mit P = (A; B; D)! undefiniert! Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 getdurationbetween-methode liefert die Dauer zwischen zwei Workflow-Punkten (im Graph: Kanten) Bedingungen werden in Kontexten definiert, bei deren Durchlauf die Dauer feststeht Beispiel: Die Dauer von 1 nach 6 darf maximal 10 Einheiten betragen: context WFPoint::enter(parent : Workflow) pre: self.id = 6 implies parent.getdurationbetween( parent.point( 1 ), self) <= 10 Abfragen über die Durchlaufreihenfolge der Elemente sind auch möglich. Beispiel: E darf nur über 4 betreten werden. context WorkflowPart::pointEntered(point : WFPoint) pre: self.id = E implies point.id = 4 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31

4 Software Architektur Software Associator Architektur Associator Instrumentierte Anwendung liefert Logund Messdaten Instrumentation Framework vereinheitlicht das Format verschiedener Quellen Daraus erzeugt wird Datenstrom von Instrumentation Entities mit Timestamps für Punkte bzw. Dauern für Patterns Aufgaben des ConstraintMonitors Instrumentation Entities dem passenden Workflow-Modell zuordnen, enstprechende Workflow-Punkte ermitteln OCL-Constraints aus dem Workflow-Modell parsen und auswerten Reaktion auf Constraint-Verletzungen Verarbeitet Eingabedaten: Instrumentierungspunkte und -patterns Vorgehen für Instrumentierungspunkte Zuordnung zu Workflow-Punkten Zeitdauern aus Differenzen der Timestamps zweier Instrumentierungspunkte berechnen Workflow-Punkte-Paar mit Zeitdauer in Cache schreiben Vorgehen für Instrumentierungs-Patterns Herausfinden der Start- und Stop-Punkte dieses Patterns Diese Instrumentierungspunkte jeweils einem Workflow-Punkt zuordnen Workflow-Punkte-Paar mit Zeitdauer in Cache schreiben Benachrichtigt Evaluator über Traversierung eines Workflow-Punktes Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Software Evaluator Software Module Evaluator Logging-Modul und Reporting-Modul Verwaltet Module, die unterschiedliche Reaktionen auf Constraint-Verletzungen realisieren Verwaltet Instanzen des Workflow-Modells Verwaltet OCL-Parser und Auswertungsumgebung Traversiert Workflow-Modell-Instanzen entsprechend der Benachrichtigungen des Associators Auswertung von OCL-Constraints Benachrichtigung der geladenen Module bei Constraint-Verletzung Logging-Modul Basiert auf Log4J Log-Level steuert Umfang der Ausgaben: Nur Constraint-Verletzungen oder alle Informationen über die Auswertung Alle Log4J-üblichen Einstellungen möglich Reporting-Modul Verfolgt alle Daten der Auswertung Erzeugt Statistik über die Auswertung Anzahl der geladenen Constraints Anzahl der Constraint-Überprüfungen Anzahl der Constraint-Verletzungen... Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31

5 Software Module Fallbeispiel PICTURES SNMP-Modul PICTURES Simple Network Management Protocol (SNMP): Protokoll zur Überwachung und Steuerung verschiedener Netzwerkgeräte Kommunikation zwischen Manager (Steuerungskomponente) und Agenten (verwaltete Netzwerkelemente) Befehle wie GET und SET zum Abfragen und Setzen von Werten in der Konfiguration eines Agenten durch den Manager Befehl TRAP zum Senden einer Nachricht vom Agenten ohne Aufforderung des Managers Eignet sich, um Constraint-Verletzungen an einen Manager mitzuteilen Entwicklung einer Management Information Base für den ConstraintMonitor Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Check-In-Anwendung von Lufthansa Systems Check-In besteht aus vielen unterschiedlichen Schritten, manche optional Passagier identifizieren Sitzplatzvergabe Gepäck aufnehmen... Passagier aufnehmen Workflow-Modell einfaches Beispiel, kann deutlich komplizierter werden Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Vorgehen Fallbeispiel PICTURES Fallbeispiel PICTURES Constraints und Resultat 1 Instrumentierung der Anwendung Hier: Log-Punkte bei Beginn und Ende der einzelnen Check-In-Schritte 2 Konstruktion des Workflows UML-Aktivitätsdiagramm Konstruktion von gewünschten Constraints Konvertierung in Workflow-Modell Zuordnung von Instrumentierungs-Punkten zu Workflow-Punkten 3 Konfiguration des ConstraintMonitors Constraint für PassengerList context WFPoint::enter(parent : Workflow) : OclVoid pre: -- Lokale Definition der PassengerList als PL let PL:WorkflowPart = parent.element( PassengerList ) in -- Wenn der aktuelle Punkt der Stopppunkt der PassengerList ist, self = PL.stopPoints->first() implies -- soll die Dauer auf 13000ms begrenzt werden let plstart:wfpoint = PL.startPoints->first() in let plstop:wfpoint = PL.stopPoints->first() in parent.getdurationbetween(plstart, plstop) <= Resultat 21:56:22 INFO : Initialization 21:56:23 INFO : Starting stream evaluation... 21:56:24 INFO : Violation of constraint PassengerListDuration [...] 9 points traversed, 15 model constraints, 0 invalid constraints. 117 constraint checks performed, 1 constraint violations (0.85%) 3302 milliseconds elapsed. Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31

6 Zusammenfassung und Ausblick Ende Zusammenfassung und Ausblick Ende Aktuelles System Definition von Performance Constraints in OCL auf Ebene des Anwendungsmodells Performance-Daten in unterschiedlichen Formaten werden für die Auswertung geparst Logging, Reporting, SNMP-Traps; weitere Reaktionen möglich Erweiterungs-/Verbesserungsmöglichkeiten Roundtrip von UML-Aktivitätsdiagramm und Workflow-Modell Bessere Tool-Unterstützung Integration von Workflow-Editor und Instrumentierungs-Toolkit Grafische Anzeige von Constraint-Verletzungen im Workflow-Editor Grafischer Assistent für die Konfiguration des ConstraintMonitor Per SNMP-GET direkt OCL-Queries auf laufendes System erlauben Literatur: Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit! Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31 Andreas Textor (FH Wiesbaden) Monitoring mittels modellbasierter Constraints 15. August / 31