Coupled model transformations for QoS enabled component-based software design [Elektronische Ressource] / by Steffen Becker

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• Informatik

Informations

• Publié par: carl_von_ossietzky_universitat_oldenburg
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 26
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Fakultat¨ II – Informatik, Wirtschafts- und Rechtswissenschaften
Department fur¨ Informatik
CoupledModelTransformations
forQoSEnabled
Component-BasedSoftwareDesign
PhD thesis to gain the degree of
”Doktor der Ingenieurwissenschaften”
by
Dipl.-Wirtsch.-Inform. Steffen Becker
Referees:
Prof. Dr. Ralf Reussner
Prof. Dr. Wilhelm Hasselbring
Date of Disputation: March 27th, 2008Contents
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Application Scenario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Scientific Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 Context of this Thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.7 (in German) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2 Foundations and Related Work 15
2.1 Components, Architecture and Component Models . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.1 Software Component . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.2 CBSE Developer Roles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.3 Software Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1.4 Component Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Model-Driven Software Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.1 Model / Meta-Model / MOF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.2 Transformations: MDA / Generative Programming . . . . . . . . . . 36
2.2.3 Platforms and Platform Specific Models . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.3 Performance Modelling and Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3.1 Influence Factors on Software Performance . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.2 Performance Prediction Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.3 Pr Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.3.4 Performance Simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.5 Prototyping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.6 CBSE Performance Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.3.7 Model-Driven Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.3.8 Platform Completions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.4 Discussion of the Existing Approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
I2.4.1 Requirements for Model-Driven, CBSE Predictability . . . . . . . . . 59
2.4.2 Resulting Deficiencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3 The Palladio Component Model 67
3.1 Development Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1.1 PCM Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.1.2 Introducing MDSD into the Palladio Development Process . . . . . . 72
3.2 PCM Core Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.2.1 Random Variables and Stochastic Expressions . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.2 Context Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3 Interfaces and Datatypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4 Components and Component Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.1 Provided and Required Roles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.2 PCM Component Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.4.3 Basic Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.4.4 Composite Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.5 Resource Demanding SEFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.5.1 External Calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.5.2 Service Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.5.3 SetVariableAction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.5.4 Inner Elements of Collections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.5.5 InternalActions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.5.6 Parametric Resource Demands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.5.7 Resource Acquisition and Release . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.5.8 Control Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.5.9 Concluding remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6 Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.6.1 System QoS Annotations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.6.2 Component Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.7 Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.7.1 Resource Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.7.2 Allocation Contexts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8 Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8.1 Usage Model and Usage Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8.2 UsageBehaviour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.8.3 Usage Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
3.9 Tool support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.10 Assumptions and Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
II4 Transformations 109
4.1 Coupled Transformations Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.1.2 Formalisation of Coupled Transformations . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.2 Modular Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.3 Mapping Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.4 Simulation Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.4.1 SimuCom Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.4.2 Evaluating Stochastic Expressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.4.3 Simulated Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.4.4 Usage Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.4.5 Composite Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4.4.6 Resource Demanding SEFFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.4.7 Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.4.8 Component Context in SimuCom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.4.9 Semantics of the Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.4.10 Assumptions and Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.4.11 Simulation Time Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.5 Coupled Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.5.1 CBSE Platform Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
4.5.2 Mark Meta-Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
4.5.3 Methods to Parametrise Analysis Transformations . . . . . . . . . . . 160
4.6 Technological Java EE Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
4.6.1 Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
4.6.2 ComposedStructures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
4.6.3 Assembly Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
4.6.4 Add-Ons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
4.6.5 Limitations and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
4.7 Prototype Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
4.7.1 Combining Mappings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
4.7.2 Simulation of Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
4.7.3 Assumptions and Limitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
5 Validation 201
5.1 Type I Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.1.1 Mark Model Independent Predictions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.1.2 Mark Model Dependent Pr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
5.2 Type II Validation: Controlled Experiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
III5.2.1 Influence factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
5.2.2 PCM Tool Suite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
5.2.3 Study Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
5.2.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
5.2.5 Validity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
5.2.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
6 Conclusions 227
6.1 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .