Ποιότητα και συμφωνίες διασφάλισης επιπέδου υπηρεσιών σε υπηρεσιοστρεφείς αρχιτεκτονικές

Abstract

This Thesis attempts to solve the fundamental problem of the provisioning of Quality of Service (QoS) guarantees. The approach focuses on heterogeneous and distributed systems that are based on Service Oriented Architectures (SOA) using the Grid paradigm. The problem was studied and faced in two ways: a) Employing Fault Tolerance methods and especially by producing replicas in a way that satisfies the Quality of Service requirements of the consumer, β) Intervening in the negotiation mechanism between the consumer and the provider of the services and improving the Service Level Agreements (SLA) so as to use the latter without violations in the various terms. The differentiation lies in the business model that is studied each time. In the first case, the requirements of the consumer should be satisfied by any means, considering that they are feasible. In the second case, the consumer has to negotiate with the provider for the optimal mapping of requirements/capabilities. In the first case, algorithms were developed for the production of replicas of tasks using the probability of failure as the main criterion. These algorithms were studied, implemented and compared in simulation environments of Grid business systems. The results showed that in infrastructures based on the principles of Service Oriented Computing, it is feasible to satisfy the requirements in quality (in terms of time, performance, reliability), provided that the computing resources are available. This problem constitutes a snapshot of the NP-hard problem of the knapsack. For the second case, the study was focused in the business layer. Modem service oriented architectures are based on concrete business models as that of consumer-provider. For this reason they are largely based on protocols and mechanisms for the negotiation of the provided service, leading to agreements on the provisioning level. In this frame a mechanism was developed based on concrete architectural principles that govern the modem Grid systems. The architecture of this mechanism has the attribute to address the issues of trust between the participating parties in the agreement, rendering it a candidate for adoption from business systems. Base of the functional logic is that it evaluates the past Service Level Agreements, using the existing terms as parameters that characterize the level of Quality of Service. This mechanism was implemented and tested in real conditions of business operation, leading to the reduction of the number of violations in the agreements.

Η Διατριβή αυτή επιχειρεί να επιλύσει το θεμελιώδες πρόβλημα της παροχής εγγυήσεων για την ποιότητα υπηρεσιών. Η προσέγγιση αυτή επικεντρώνεται σε ετερογενή και κατανεμημένα συστήματα τα οποία βασίζονται σε υπηρεσιοστρεφείς αρχιτεκτονικές χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των τεχνολογιών πλέγματος. Το πρόβλημα μελετήθηκε και αντιμετωπίζεται με δύο τρόπους: α) Χρησιμοποιώντας μεθόδους ανοχής σε σφάλματα και συγκεκριμένα παράγοντας αντίγραφα με τέτοιο τρόπο ώστε να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις σε ποιότητα υπηρεσίας του καταναλωτή. β) Επεμβαίνοντας στο μηχανισμό διαπραγμάτευσης μεταξύ καταναλωτή και πάροχου υπηρεσιών και βελτιώνοντας τα Συμβόλαια Επιπέδου Υπηρεσιών ώστε να εκτελείται το τελευταίο χωρίς να προκύπτουν παραβιάσεις στους όρους της συμφωνίας. Η διαφοροποίηση έγκειται στο επιχειρηματικό μοντέλο που μελετάται κάθε φορά. Στην πρώτη περίπτωση, οι απαιτήσεις του καταναλωτή πρέπει να ικανοποιηθούν με κάθε τρόπο, θεωρώντας ότι είναι εφικτές. Στη δεύτερη περίπτωση, ο καταναλωτής καλείται να διαπραγματευτεί με τον πάροχο για τη βέλτιστη αναλογία απαιτήσεων/παροχών. Για την πρώτη περίπτωση, αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι παραγωγής αντιγράφων των εργασιών με βάση την πιθανότητα αποτυχίας. Οι αλγόριθμοι αυτοί μελετήθηκαν, υλοποιήθηκαν και συγκρίθηκαν σε περιβάλλοντα προσομοίωσης επιχειρηματικών συστημάτων πλέγματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σε αρχιτεκτονικές βασισμένες σε αρχές υπηρεσιοστρεφούς υπολογισμού, είναι εφικτό να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις σε ποιότητα (χρόνος, επιδόσεις, αξιοπιστία) σε κάθε περίπτωση, εφόσον οι υπολογιστικοί πόροι είναι διαθέσιμοι. Το πρόβλημα αυτό αποτελεί ένα στιγμιότυπο του βασικού ΝΡ προβλήματος του υπνόσακου. Για τη δεύτερη περίπτωση, η μελέτη επικεντρώθηκε στο επιχειρηματικό επίπεδο. Οι σύγχρονες αρχιτεκτονικές υπηρεσιοστρεφών συστημάτων βασίζονται σε συγκεκριμένα επιχειρηματικά μοντέλα όπως αυτό του πάροχου-καταναλωτή. Για το λόγο αυτό βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε πρωτόκολλα και μηχανισμούς διαπραγμάτευσης της παρεχόμενης υπηρεσίας, καταλήγοντας σε συμφωνίες για το επίπεδο παροχής της. Σε αυτό το πλαίσιο αναπτύχθηκε ένας μηχανισμός βασισμένος σε συγκεκριμένες αρχιτεκτονικές αρχές οι οποίες διέπουν τα σύγχρονα συστήματα πλέγματος. Η αρχιτεκτονική του μηχανισμού έχει την ιδιότητα να επιλύει τα προβλήματα εμπιστοσύνης μεταξύ των συμμετεχόντων στη συμφωνία, γεγονός που τον καθιστά υποψήφιο προς υιοθέτηση από επιχειρηματικά συστήματα. Βάση της λογικής λειτουργίας του είναι να αξιολογήσει τις παρελθούσες συμφωνίες επιπέδου υπηρεσιών, χρησιμοποιώντας τους υπάρχοντες όρους τους ως παραμέτρους που χαρακτηρίζουν το επίπεδο ποιότητας της υπηρεσίας. Ο μηχανισμός αυτός υλοποιήθηκε και δοκιμάστηκε σε πραγματικές συνθήκες επιχειρηματικής λειτουργίας, οδηγώντας σε σαφή μείωση του αριθμού των παραβιάσεων των συμφωνιών.