Crawling von Enterprise Topologien zur automatisierten Migration von Anwendungen

252 Pages·2015·5.72 MB·German

by  Tobias Binz

Crawling von Enterprise Topologien
zur automatisierten Migration von
Anwendungen – eine Cloud-Perspektive
VonderFakultätfürInformatik,ElektrotechnikundInformationstechnik
derUniversitätStuttgartzurErlangungderWürdeeinesDoktorsder
Naturwissenschaften(Dr.rer.nat.)genehmigteAbhandlung
Vorgelegtvon
Tobias Binz
ausStuttgart
Hauptberichter: Prof.Dr.FrankLeymann
Mitberichter: Univ.Prof.Dr.SchahramDustdar
TagdermündlichenPrüfung: 16.April2015
InstitutfürArchitekturvonAnwendungssystemen
derUniversitätStuttgart
2015

I
NHALTSVERZEICHNIS
1 Einleitung 15
1.1 ProblemstellungenundForschungsbeiträge . . . . . . . . . . . . 17
1.1.1 MethodezurMigrationvonAnwendungen . . . . . . . . . 18
1.1.2 Konzept zur Repräsentation und Verarbeitung von IT-
Instanzmodellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.1.3 CrawlingvonIT-Instanzmodellen. . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.4 IdentifikationundIsolationderzumigrierendenAnwen-
dung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.5 KonzeptzurUmsetzungundAutomatisierungderAROMA-
MethodemittelsTOSCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.1.6 Architektur,RealisierungundValidierungderBeiträge . 22
1.2 AufbauderArbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3 Veröffentlichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2 GrundlagenundverwandteArbeiten 29
2.1 Service-orientierteArchitekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.2 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3
2.3 CloudComputing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.3.1 Cloud-Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.2 Cloud-Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4 Anwendungstopologien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4.1 KomponentenbasierteSoftwareentwicklung . . . . . . . . 39
2.4.2 AutomatisierteBereitstellungvonAnwendungen . . . . . 39
2.4.3 TopologyandOrchestrationSpecificationforCloudApp-
lications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5 IT-Instanzmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.1 AbgrenzungvonAnwendungstopologien . . . . . . . . . . 46
2.5.2 AbgrenzungvonEnterpriseArchitectureManagement. . 46
2.5.3 VerwandteArbeitenzuIT-Instanzmodellen . . . . . . . . . 47
2.5.4 DiskussionundoffeneForschungsfragen . . . . . . . . . . 48
2.6 ErstellungvonEnterpriseTopologien . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.6.1 AutomatisierteEnterpriseArchitekturDokumentation . . 50
2.6.2 SoftwareArchitectureReconstruction . . . . . . . . . . . . 51
2.6.3 IdentifikationvonAbhängigkeitenzwischenDiensten . . 52
2.6.4 ErstellungvonInstanzmodellengroßerTeilederIT . . . 54
2.6.5 KomponentenspezifischeExtraktion . . . . . . . . . . . . . 56
2.6.6 DiskussionundoffeneForschungsfragen . . . . . . . . . . 57
2.7 MigrationvonAnwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.7.1 Migrationsstrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.7.2 VorgehensmodellezurAnwendungsmigration . . . . . . . 60
2.7.3 AutomatisierungderMigrationsdurchführung . . . . . . . 63
3 MethodezurMigrationvonAnwendungen 67
3.1 AnforderungenundHerausforderungen . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2 AROMA-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2.1 Schritt1:CrawlingderIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.2 Schritt 2: Identifikation, Partitionierung und Isolation
derAnwendungausderEnterpriseTopologie . . . . . . . 72
3.2.3 Schritt3:TransformationinAnwendungstopologie . . . 73
3.2.4 Schritt4:AdaptionandiekonkreteZielumgebung . . . . 74
4
3.2.5 Schritt5:EvaluationundmanuelleAnpassung . . . . . . 76
3.2.6 Schritt6:Paketierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.2.7 Schritt7:BereitstellungundUmstellung . . . . . . . . . . 78
3.3 VariantenderMethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3.1 Variante1:SelektiveErstellungderEnterpriseTopologie 80
3.3.2 Variante2:MigrationgeschäftsprozessbasierterAnwen-
dungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.4 DiskussionundZusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4.1 FürdieMigrationgeeigneteAnwendungen . . . . . . . . 85
3.4.2 FürdieMigrationgeeigneteZielumgebungen . . . . . . . 86
4 EnterpriseTopologieGraph 89
4.1 ETG-Metamodell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2 DefinitionvonEnterpriseTopologieGraphen . . . . . . . . . . . 92
4.2.1 Komponenten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2.2 Relationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2.3 Typen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.2.4 ElementeundihreEigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.5 GrundlegendeRelationentypen . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.2.6 Segmente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.3 GranularitätvonEnterpriseTopologieGraphen . . . . . . . . . . 101
4.4 TopologieQueries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.5 OperationDeepDive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.6 IdentifikationundIsolationvonKomponentenausdemETG. . 108
4.6.1 Schritt1:BestimmungderpotentiellenKomponenten . . 109
4.6.2 Schritt2:ReduktionderKomponenten . . . . . . . . . . . 109
4.6.3 Schritt3:BehandlunggemeinsamgenutzterKomponenten112
4.6.4 Erweiterbarkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.6.5 Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.7 DiskussionundZusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5
5 CrawlingvonEnterpriseTopologieGraphen 117
5.1 Crawler-Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.1.1 AnforderungenandieCrawler-Methode . . . . . . . . . . 119
5.1.2 Konzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.1.3 Crawler-Architektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.1.4 Rollen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.1.5 Ablaufsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.1.6 DeduplizierungundKonsolidierung . . . . . . . . . . . . . 136
5.2 ArbeitsweisevonCrawler-Plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.2.1 BPELundWSDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.2.2 AnwendungundWebserver . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.2.3 EnterpriseServiceBus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.2.4 BetriebssystemundServer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3 EntwicklungvonCrawler-Plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.3.1 Entwicklungs-undTestmethode . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.3.2 InformationsquellenfürCrawler-Plugins . . . . . . . . . . 153
5.4 EvaluationundValidierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.4.1 ValidierungderCrawler-Methode . . . . . . . . . . . . . . 156
5.4.2 ZugriffsrechteundSicherheit . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.4.3 ErweiterbarkeitundIntegration . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.4.4 AktualisierungvonETGs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.4.5 EinflussaufProduktionssystememinimieren. . . . . . . . 159
5.4.6 ETG-Qualität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.5 DiskussionundZusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6 UmsetzungderAROMA-MethodemitTOSCA 163
6.1 TypsystemfürETGundTOSCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
6.2 TOSCA-Ökosystem„OpenTOSCA“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.3 UmsetzungderSchrittederAROMA-MethodemitTOSCA . . . 166
6.3.1 Schritt3:TransformationinAnwendungstopologie . . . 166
6.3.2 Schritt4:AdaptionandiekonkreteZielumgebung . . . . 168
6.3.3 Schritt5:EvaluationundmanuelleAnpassung . . . . . . 173
6.3.4 Schritt6:Paketierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6
6.3.5 Schritt7:BereitstellungundUmstellung . . . . . . . . . . 173
7 ArchitekturundPrototypen 175
7.1 GesamtarchitekturundETG-Framework . . . . . . . . . . . . . . 175
7.2 ETG-Verwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.3 ETG-Crawler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.1 ArchitekturdesETG-Crawlers . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.2 RealisierungdesETG-Crawlers . . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.3.3 EntwickelteCrawler-Plugins . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.4 AROMA-Migrationsassistent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.4.1 ArchitekturdesMigrationsassistenten . . . . . . . . . . . . 187
7.4.2 RealisierungdesMigrationsassistenten . . . . . . . . . . . 188
7.4.3 RealisierungvonVariante2derAROMA-Methode . . . . . 191
8 ValidierungundEvaluation 193
8.1 Fallstudie:MigrationderAnwendung„Moodle“. . . . . . . . . . 194
8.2 Verwendung von Enterprise Topologie Graphen und deren
CrawlinginanderenArbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.2.1 DeklarativeVerwaltungundAdaptionlaufender
Cloud-Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.2.2 ReengineeringvonGeschäftsprozessenanhand
ökologischerFaktoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
8.3 EvaluationundSchlussfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.3.1 Automatisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
8.3.2 Korrektheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.3.3 VerbesserungderNutzungderCloud-Eigenschaften . . . 201
8.3.4 VerbesserungderPortabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
8.3.5 Anwendbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
8.3.6 Erweiterbarkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
9 ZusammenfassungundAusblick 207
9.1 ZusammenfassungderForschungsbeiträge . . . . . . . . . . . . . 208
9.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
7
Literaturverzeichnis 213
Abbildungsverzeichnis 243
Definitionsverzeichnis 245
Algorithmenverzeichnis 247
ListemathematischerSymbole 249
8
Z
USAMMENFASSUNG
EineschnelleAnpassungderITansichänderndeAnforderungenbeigleich-
zeitigerReduktionderKostenbestimmtheutedieKonkurrenzfähigkeiteiner
Organisation. Voraussetzung dafür ist ein technisch detaillierter Einblick
in die gesamte IT, also ein Instanzmodell aller Komponenten und deren
Beziehungenzueinander.DaOrganisationendieseArtderDokumentation
meistnichtdurchführen,sinddieseIT-Instanzmodelletypischerweisenicht
vorhanden, unvollständig oder veraltet. Eine Ursache dafür ist, dass die
manuelleIdentifikationvonKomponentenundderenBeziehungeneinesehr
zeitaufwändige,fehleranfälligeundsomitkostenintensiveAufgabeist.Ne-
benderAdaptionderITimAllgemeinenerschwertdiesauchdieMigration
vonAnwendungen,welchedurchdenTrendzumAuslagernderITindie
Cloudstarknachgefragtwird.DieVisiondieserArbeitistes,einentechnisch
detaillierten,vollständigenundaktuellenEinblickindieITzuerlaubenund
diesen zu nutzen, um die automatisierte Migration von Anwendungen zu
ermöglichen.
Dafür stellt die vorliegende Arbeit eine Methode zum automatisierten
CrawlingeinesInstanzmodellsdergesamtenITeinerOrganisationvor.Zu
dessenRepräsentation,VerwaltungundVerarbeitungwirdmitdemEnterpri-
seTopologieGraph(ETG)einMetamodelleingeführt,dasalleAnwendun-
gen,derfürderenBetriebnötigenKomponentenundderenBeziehungen
9
untereinanderrepräsentiert.ETGsundihrautomatisiertesCrawlingerlau-
beneinenumfassendenundvollständigenEinblickindieITeinerOrganisa-
tionundbildensomiteinesolideGrundlagefürderenAnalyse,Adaption
undOptimierung.DaraufaufbauendwirdeineMethodezurMigrationvon
Anwendungen (AROMA) entwickelt,die esermöglicht, von denVorteilen
fortschrittlicherIT-Umgebungenzuprofitieren,ohnedieseAnwendungen
neu entwickeln zu müssen. Nach dem Crawling des ETGs der Ursprungs-
umgebung wird in der AROMA-Methode die zu migrierende Anwendung
extrahiert,transformiert,evaluiert,adaptiertundinderZielumgebung,zum
BeispieleinerCloud,bereitgestellt.DieUmsetzungderAROMA-Methodemit-
hilfedesOASIS-StandardsTOSCAträgtzurAutomatisierungderMigration
beiunderhältdieFunktionalitätderAnwendung.DieForschungsbeiträge
undPrototypenwerdendurchverschiedeneFallstudienvalidiertundanhand
derAspekteAutomatisierung,Korrektheit,Anwendbarkeit,Erweiterbarkeit
sowiederVerbesserungderCloud-EigenschaftenundPortabilitätderAn-
wendungevaluiert.
10