Event processing in QoS-aware service runtime environments

Abstract

Service-oriented Computing (SOC) hat in der letzten Zeit sowohl in der Forschung als auch in der Industrie Beachtung gefunden. Es stellt ein neues Paradigma dar, um die Komplexität von verteilten Systemen zu adressieren. Dabei werden lose Kopplung, plattformunabhängige Schnittstellenbeschreibungen und etablierte Standards verwendet.<br />Service-Orientierung beruht auf der Idee, dass Software als Dienst (Service) zur Verfügung gestellt wird, welches in Service Register (Registries) gefunden und von Klienten aufgerufen werden kann. Web Services repräsentieren die häufigste Realisierung von service-orientierter Architektur (SOA) und basieren auf den Standards SOAP, WSDL und UDDI. Gängige service-orientierte Systeme sind jedoch oft nicht so dynamisch und adaptierbar wie vorgesehen. Zum Beispiel wird der publish-find-bind-execute Kreislauf des SOA Modells nicht immer vollständig durchgeführt, weil Service Registries in der Praxis oft nicht vorhanden sind.<br />Diese Dissertation beschäftigt sich mit aktuellen Herausforderungen in der SOC Forschung und Praxis. Dazu zählen zum Beispiel Service Metadaten und Abfragen, sowie dynamische Bindung, Aufrufe und Mediation von Services. Der Hauptfokus liegt auf der Verarbeitung von Ereignissen (Events) und asynchronen Benachrichtigungen (Notifications) in service-orientierten Systemen. Das Ziel ist Klienten zu ermöglichen sich zu subskribieren, um Benachrichtigungen über bestimmte Ereignisse zu erhalten. Das reicht von einfachen Ereignissen (z.B., ein neues Service wird zur Registry hinzugefügt) bis zu komplexeren Ereignissen bezüglich Serviceaufrufe und Dienstgüte (Quality of Service, kurz QoS). Im Gegensatz zu existierenden Ansätzen stellen wir Mechanismen zur komplexen Eventverarbeitung zur Verfügung, wie zum Beispiel Ereignismuster (Event Patterns) und so genannte verschiebbare Fenster (Sliding Windows).<br />Der Beitrag dieser Arbeit kann wie folgt zusammengefasst werden:<br />Zunächst wird anhand eines motivierenden Beispiels beschrieben, welche aktuellen Herausforderungen wir in der SOC Forschung und Praxis sehen.<br />Danach stellen wir die Vienna Runtime Environment for Service-oriented Computing (VRESCo) vor, mit dem Ziel einige dieser Herausforderungen zu adressieren und das Entwickeln von service-orientierten Anwendungen zu vereinfachen. Darauf aufbauend wird erläutert, wie Prinzipien der komplexen Eventverarbeitung in service-orientierte Systeme integriert werden können. Dazu beschreiben wir den Event-Mechanismus von VRESCo im Detail. Wir zeigen die Verarbeitung von Ereignissen und wie Klienten ihr Interesse bekunden, um über das Auftreten von bestimmten Ereignissen benachrichtigt zu werden. Zusätzlich zur Leistungsevaluierung der verschiedenen VRESCo Komponenten werden Beispiele für die Nützlichkeit und Anwendung dieses Event-Mechanismus beschrieben. Unter anderem beinhaltet das ereignis-basiertes Binden, Service Provenienz und Überwachung von QoS und Service Level Agreements. Abschließend zeigen wir weitere Anwendungsszenarien und zukünftige Forschungsrichtungen, die durch diese Arbeit ermöglicht werden.<br />

Service-oriented Computing (SOC) has recently received attention from both academia and industry. It introduces a new paradigm for addressing the complexity of distributed systems, by using loose coupling, platform-independent interface descriptions and well-established standards. The overall idea of service orientation is that software is provided as service, which can be found in service registries and invoked by service consumers. Web services represent the most common realization of Service-oriented Architecture (SOA) that build on the main standards SOAP, WSDL and UDDI. However, current service-oriented systems are often not as dynamic and adaptable as intended. For instance, the publish-find-bind-execute cycle of the SOA model is not always entirely realized since service registries are often missing.<br />In this thesis, we address some of the current challenges in SOC research and practice, such as service metadata and querying, as well as dynamic binding, invocation and mediation of services. The main focus is on event processing and asynchronous notifications in service-oriented systems. The aim is to enable clients to subscribe in order to receive notifications if certain events of interest occur. This can range from basic events (e.g., new service is published into the service registry) to more complex events regarding service invocations and Quality of Service (QoS). In contrast to existing approaches, we provide complex event processing mechanisms such as event patterns and sliding window operators.<br />The contribution of this thesis can be summarized as follows: Firstly, we describe the current challenges we see in SOC research and practice based on a motivating example. Secondly, we introduce the Vienna Runtime Environment for Service-oriented Computing (VRESCo) that aims at addressing some of these challenges to facilitate the development of service-oriented applications. Thirdly, we present how complex event processing principles can be integrated into service-oriented systems.<br />Therefore, we describe the VRESCo event notification support in detail, by showing how events are processed and how clients can declare their interest to get notified when certain events occur. Fourthly, besides a detailed performance evaluation of the different VRESCo components, we give examples for the usefulness and applicability of this event mechanism. Among others, this includes notification-based rebinding, service provenance and monitoring of QoS and Service Level Agreements.<br />Finally, we point to further application scenarios and future research directions which are enabled by this work.