Dynamic Upgrade of Distributed Software Components
Solarski, Marcin
Die Aktualisierung von komplexen Telekommunikationssystemen, die sich durch die ihnen eigene Verteiltheit und hohe Kosten bei System-Nichtverfügbarkeit auszeichnen, ist ein komplizierter und fehleranfälliger Wartungsprozess. Noch stärkere Herausforderungen bergen solche Software-Aktualisierungen, die die Systemverfügbarkeit nicht beeinträchtigen sollen. Dynamic Upgrade ist eine Wartungstechnik, die das Verwalten und die Durchführung von Software-Aktualisierung automatisiert und damit den Betrieb des Systems während der Wartungszeit nicht unterbricht. In dieser Arbeit wird das Dynamic Upgrade als ein Sonderfall der Bereitstellung und Inbetriebnahme (Deployment) von Software betrachtet, in dem Teile der einen Dienst repräsentierenden Software durch neue Versionen im laufenden Betrieb ersetzt werden. Die Problemstellung des Dynamic Upgrade wird anhand einer vom Autor erarbeiteten Taxonomie erläutert, die die Entwurfsmöglichkeiten für ein System zur Unterstützung von Dynamic Upgrade hinsichtlich dreier Systemaspekte klassifiziert: Deployment, Evolution und Zuverlässigkeit (Dependability). Mit Hilfe dieser Taxonomie lassen sich auch andere Systeme zur Unterstützung von Dynamic Upgrade miteinander vergleichen. Aufbauend auf einem ausführlichen Vergleich über existierende Ansätze zur Unterstützung von Dynamic Upgrade, wird in der vorliegenden Arbeit eine Lösung entwickelt und dargestellt, die Dynamic Upgrade in verteilten komponentenbasierten Software-Systemen ermöglicht. Ausgehend von der Problemanalyse wird mit Hilfe des Unified Process ein als Deployment and Upgrade Facility bezeichnetes Modell entwickelt, das sowohl die benötigten Leistungsfähigkeiten eines Dynamic Upgrade unterstützenden Systems als auch Eigenschaften von aktualisierbaren Software-Komponenten beschreibt. Dieses Modell ist Plattform-unabhängig und einsetzbar für mehrere unterliegende Middleware-Technologien. Das Modell wird in einem Java-basierten prototypischen Rahmenwerk programmiert und um plattformspezifische Mechanismen auf der Jgroup/ARM Middleware erweitert. Das Rahmenwerk umfasst allgemeine Entwurfslösungen und ?muster, die sich für die Konstruktion einer Unterstützung für Dynamic Upgrade eignen. Es erlaubt die Kontrolle der Lebenszyklen von Aktualisierungsprozessen und ihre Koordination im Zielsystem. Darüber hinaus definiert es eine Reihe von Unterstützungsmechanismen und Algorithmen für den dynamischen Aktualisierungsprozess, der gegebenenfalls mit unterschiedlichen Zielsetzungen und unter verschiedenen Randbedingungen erfolgen soll. Insbesondere wird ein Aktualisierungsalgorithmus für replizierte Software-Komponenten dargestellt. Das entwickelte Rahmenwerk wird zwecks Plausibilitätsprüfung der dargestellten Ansätze und zur Auswertung der Auswirkungen der Dynamic Upgrade unterstützenden Mechanismen im Hinblick auf Systemperformanz in mehreren Experimenten eingesetzt. Diese quantitative Evaluierung der Experimente führt zu einer Spezifikationen eines einfachen Bewertungsmaßstabs (Benchmark), der sich zum Vergleich von Dynamic Upgrade unterstützenden Systemen eignet.
Upgrading complex telecommunication software systems, characterized by their inherent distribution and a very high cost of system unavailability, is a difficult and error-prone maintenance activity. Even more challenging are such software upgrades that do not compromise the system availability. Dynamic upgrades is a technique, which automates performing and managing upgrades so that the software system remains operational during the upgrade time. In this thesis, the dynamic upgrade is considered as a special case of software deployment, in which a running service has to be replaced with its new version. The problems of dynamic upgrades are introduced using a novel taxonomy that classifies the design issues to be solved when building support for dynamic upgrade with regard to three system aspects: deployment, evolution and dependability and provides a reference to comparing other systems supporting dynamic upgrades. An extensive and thorough survey of existing approaches to dynamic upgrades follows and, furthermore, is as a starting point to designing a solution supporting dynamic upgrades in distributed component-based software systems. Derived from the problem analysis, a model called Deployment and Upgrade Facility describing the capabilities needed for managing and performing dynamic upgrades as well as properties of upgradable software components is developed using the Unified Process approach. The model is platform independent and can be used with a range of underlying middleware technologies. The model is implemented in a Java-based prototypical framework and extended with platform specific mechanisms on top of the JGroup/ARM middleware. The framework captures common design solutions and patterns for building a support for dynamic upgrade. The framework allows for controlling life-cycle and coordination of upgrade processes in the system. It also defines a number of supporting mechanisms and algorithms for the upgrade process. A special attention is drawn to an upgrade algorithm for replicated software components for achieving a synergy of replication techniques and dynamic upgrade . The developed framework is used to validate the feasibility of the approach and to measure the overhead of the mechanisms supporting dynamic upgrade with regard to the performance of the system being upgraded in a number of practical experiments. This quantitative evaluation of the experiments leads to a specification of a simple benchmark for systems supporting dynamic upgrades.
