CC BY
19
УДК 004.052.42: 004.053:004.94
Шкарупило В. В.1, Кудерметов Р. К.2, Польська О. В.3
1Канд. техн. наук, старший викладач кафедри комп'ютерних систем та мереж Запорiзького национального технчного
унверситету, Запорiжжя, УкраТна
2Канд. техн. наук, доцент, завiдувач кафедри комп'ютерних систем та мереж Запорзького нацонального технчного
унверситету, Запорiжжя, УкраТна
3Старший викладач кафедри комп'ютерних систем та мереж Запорзького национального технiчного унiверситету
Запорiжжя, УкраТна
DEVS-ОРЮНТОВАНА МЕТОДИКА ВАЛЩДЦМ КОМПОЗИТНИХ _ВЕБ-СЕРВ1С1В_
Запропоновано методику валщаци композитних веб-сервгав за рахунок синтезу iMn^ffiHHX дискретно-подшних моделей на 0CH0Bi формалiзму DEVS. Це дозволяе виконувати автоматизовану перевiрку придатност таких систем до цшьового використання при проектуванш шляхом iмiтацiйного моделювання. В якост вхщних даних використано формальну специфжащю на основi темпорально! логiки TLA, що дозволяе математично строго представляти функцюнальш характеристики композитних сервiсiв у формат обчислювальних процесiв. За анал™чну модель в основi TLA-специфiкацii взято структуру Кршке. У межах методики запропоновано правила синтезу iз виидно! TLA-специфiкацii DEVS-моделi композитного сервiсy призначено! бути засобом валiдацii. Результуюча DEVS-модель складаеться iз моделей атомарних сервгав, моделi клiента композитного сервiсу та моделi координатора атомарних сервiсiв, що функщонуе згiдно специфiкацii WS-BPEL.
Для перевiрки методики проведено експериментальнi дослщження, що пiдтвердили адекватнiсть результуючо! DEVS-модель Перевiрку здiйснено згiдно запропонованого тдходу, що полягае у порiвняннi результапв валiдацii шляхом iмiтацiйного моделювання iз результатами валiдацii шляхом тестування. За результатами проведених дослщжень обгрунтовано доцшьшсть використання запропоновано!' методики при проектуванш композитних сервгав, що базуеться на зменшенш часових витрат на валщащю. Наголошено на доречностi використання методики при ггерацшнш розробцi.
Ключовi слова: SOA, WS-BPEL, композитний веб-сервiс, специфжащя, верифiкацiя, валiдацiя, TLA, DEVS.
НОМЕНКЛАТУРА
AWS - Atomic Web Service; CPU - Central Processing Unit; CWS - Composite Web Service; DEVS - Discrete Event System Specification; JAX-WS - технология створення атомарних веб-серв^в;
ODE - Orchestration Director Engine; RAM - Random-access Memory; SOA - Service-oriented Architecture;
TA - Timed Automata; TLA - Temporal Logic of Actions; UML - Unified Modeling Language; WS-BPEL - Web Services Business Process Execution Language;
ОП - обчислювальний процес; activate - повщомлення активацп моделi MG; AP - множина атомарних висловлювань (лiтералiв); Atomics - множина атомарних моделей у складi ре-зультуючо! моделi CWS;
break - функщя видалення мiжпортових зв'язкiв DEVS-моделх CWS;
Calc - умовне позначення TLA-специфiкацii окре-мого ОП;
Cnd - умовне позначення специфшацп розмiтки
l();
D - множина допустимих значень змiнних сташв; e - час, що пройшов в1д останнього переходу (s, s')e R;
ev - повiдомлення активацii моделi MAi; F - статистичний критерiй Фiшера;
© Шкарупило В. В., Кудерметов Р. К., Польська О. В., 2015 DOI 10.15588/1607-3274-2015-4-12
/1(х) - функщя залежност часових витрат на моделювання вщ затримок AWS;
/2 (х) - функщя залежност ощночних значень показ-ника Е, sn/ в1д затримок AWS;
/3 (х) - функщя залежност фактичних значень показ-ника 1^п/ в1д затримок AWS;
Init - умовне позначення TLA-специфiкацii розмiтки L(s0 ) структури Крiпке;
IP - множина вхщних портiв складеноi (результую-чо!) DEVS-моделх CWS;
jobj - j -а заявка на обслуговування;
L - функщя розмггки станiв системи переходiв;
L(s) - розмiтка поточного стану системи переходiв;
L(s') - розмгтка наступного стану системи переходiв;
m - кiлькiсть AWS у складi CWS;
m - фактична кiлькiсть AWS у складi CWS, необхiдна для окремого ОП;
MAi - базова DEVS-модель i -го AWS;
MC - базова модель координатора AWS;
MG - базова модель ктента (генератора заявок на обслуговування);
OP - множина вихщних порлв складено! (результую-чо!) DEVS-моделх CWS;
R - множина переходiв мiж станами;
res4 - шуканий результат експериментальних обчис-лень;
rs - повiдомлення-результат роботи моделi MAi;
S - множина сташв системи переходiв;
«0 - початковий стан системи переходiв;
ПРОГРЕСИВН1 ЩФОРМАЦГЙШ ТЕХНОЛОГИ
s - поточний стан системи переходiв;
s' - наступний стан системи переходiв;
set - функция встановлення мiжпортових зв'язкiв DEVS-моделi CWS;
ST - множина мгток станiв атомарних DEVS-моде-лей;
t - статистичний критерiй Ст'юдента;
ta - функцiя просування модельного часу;
UNCHANGED - ключове слово для визначення псев-доподш у специфжацп;
V - множина змшних станiв системи переходiв;
X - темпоральний оператор часового зсуву;
- зовнiшня функщя переходiв DEVS-моделi MA{; "^е-а - зовшшня функцiя переходiв DEVS-моделi MC;
8eMG - зовшшня функщя переходiв DEVS-моделi MG;
M - внутрiшня функцiя переходiв DEVS-моделi MAt;
8MC - внутршня функцiя переходiв DEVS-моделi MC;
"mG - внутршня функщя переходiв DEVS-моделi MG ;
XMAi - функщiя одержання результату роботи DEVS-моделi МАг-;
lMC - функщiя одержання результату роботи DEVS-моделi MC;
XMG - функщiя одержання результату роботи DEVS-моделi MG;
Е f - показник функционально! характеристики CWS при моделюваннi;
Elf - показник нефункцюнально! характеристики CWS при моделюванш;
Ef - показник функцюнально! характеристики CWS при тестуванш;
Еtnf - показник нефункцюнально! характеристики CWS при тестуванш. ВСТУП
На сьогодш при оргашзацп рiзноманiтних бiзнес-про-щесiв (у загальному випадку - обчислювальних прощесiв) iнтенсивно використовуються технологи створення роз-подiлених програмних систем на основi архiтектури SOA. В^повщно до принщипiв SOA, функцюнування таких систем може бути реалiзоване шляхом щентралiзовано-го координування основних компонентов (надалi -сервiсiв або атомарних серв^в) [1]. Безпосередньо системи прийнято називати композитними сервюами (CWS). Розповсюдженим засобом створення серв^в е техноло-гiя JAX-WS [2].
Для перевiрки коректностi функщiонування названих компонентiв може бути проведене модульне тестування [3]. Перевiрка узгодженостi взаемодп сервiсiв при здiйсненнi допустимих сценарйв ОП можлива за рахунок формально! верифжацп спещифiкащiй. Зазначенi перевiрки спрямоваш на встановлення вiдповiдностi проектовано! SOA-системи заданим вимогам. Пiдтвердження щього шляхом сумюного проведення модульних тестувань та формально! верифжацп, однак, не дозволяе формулюва-ти судження вiдносно задовшьност функщiонування сис-
теми в реальних умовах. Така потреба виникае у зв'язку iз дощiльнiстю врахування при проектуванш також i нефун-кцюнальних характеристик сервiсiв: вартостi, часу вщгу-ку, iмовiрностi безвiдмовноl роботи тощо.
Врахування названих характеристик при проектуванш можливе за рахунок проведення валщацл, реалiзованоl шляхом iмiтащiйного моделювання. Для щього створено багато математичних апаратав. Серед них - формалiзм DEVS Б. Зейглера (Bernard P. Zeigler) [4], теорiя часових автоматiв (TA) [5], ланцюги Маркова, мережi Петрi та iн. При щьому актуальним, на нашу думку, е залучення одного з таких формалiзмiв до прощесу проектування CWS для зменшення супутнiх розробщi часових витрат. У зв'язку iз цим поняття верифжацп та валщацп будемо розгля-дати в роботi як взаемодоповнюкш [6].
Мета роботи - розробка методики валщацп CWS, яка дозволяла би здшснювати перевiрку придатност тако! системи до щiльового використання при проектуванш шсля проведення формально! верифжацп.
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ1
Для досягнення сформульовано! мети в робота вирь шуеться задача синтезу iмiтащiйноl DEVS-моделi CWS з вихщно! формально! TLA-спещифiкащil функщiональних характеристик.
Нехай маемо формальну TLA-спещифiкащiю композитного сервiсу, який складаеться iз m атомарних сервiсiв [7]. Представимо таку спещифiкащiю аналгтично структурою Крiпке на множит атомарних висловлювань AP [8]:
(S ,{so}, R, L), (1)
де s0 е S, R с S2, L : S ^ 2AP.
Множину AP при щьому сформуемо iз елементiв
множини V х D, де V = {vi\i = 1,2,..., m}, а D = {0,1,2}: 0 е D - AWS простоюе (обчислення ще не почато), 1е D - AWS функцюнуе (обчислення виконуеться), 2 е D - AWS простоюе (обчислення завершено).
Тодi виршувана задача полягае в одержанш на ос-новi структури (1) структури
(IP,OP, Atomics,set,break), (2)
яка е представленням результуючо! складено! DEVS-мо-делi CWS як засобу валщацп [9].
Вирiшення поставлено! задачi вважатимемо усшш -ним, якщо синтезована DEVS-модель композитного сер-вiсу буде адекватною, а результати валщацп на основi щiеl моделi - достовiрними. За показник достовiрностi вiзьмемо близьюсть результатiв валщацп шляхом iмiта-цшного моделювання та шляхом тестування. При щьому валiдацiя шляхом моделювання мае бути менш витрат-ною за часом.
2 ОГЛЯД ЛГТЕРАТУРИ
Темпоральну логiку TLA Л. Лемпорта (Leslie Lamport) обрано у якост формалiзму з позищiй достатност вираз-них можливостей та зручност внесення змiн до специф-жацп CWS [10]. Тобто кожний визначений сценарш ОП, що зумовлюе в^пов^ну функщiональну характеристику CWS, можна подати на осжда TLA окремою темпо-ральною формулою [11].
Вже кнують певш спpoби спoлyчeння TLA- тa DEVS-фopмaлiзмiв [12]. Boни бaзyються m твepджeннi пpo ок-тивну aдaптaцiю нayкoвoю спiльнoтoю мoжливoстeй TLA з метою вepифiкaцiï. Акцeнтyeться yвaгa, щo DEVS-mo-дeлi e мaлoпoшиpeними, пpoтe бiльш гнучкими тa нaoч-ними. ^и цьoмy oбrpyнтoвyeться вaжливiсть синтезу TLA-спeцифiкaцiй для DEVS-мoдeлeй.
У ж^внянш iз цим, DEVS-мoдeль в нншш poбoтi poз-глядaeться сaмe як зaсiб вaлiдaцiï, пoxiдний вiд TLA-спе-цифiкaцiï - зaсoбy вepифiкaцiï. Oбrpyнтyвaння дoцiль-нoстi викopистaння нaзвaнoгo зaсoбy вaлiдaцiï бyлo здiйснeнe нaми paнiшe [13].
3 МАГЕР1АЛИ ТА МЕТОДИ
Bизнaчимo пoняття пoдiï, щo imame змiнy стaнy сис-теми пepexoдiв (1), тoбтo спpичиняe деякий пepexiд
(s, s')e R, y двox iнтepпpeтaцiяx: з пoзицiï виxiднoï фop-мaльнoï TLA-спeцифiкaцiï фyнкцioнaльниx xapaOTep^-тик CWS тa з пoзицiï peзyльтyючoï синтeзoвaнoï DEVS-мoдeлi. У пepшoмy випaдкy - це кoopдинyючий вплив m aтoмapний сepвiс y склaдi CWS з мeтoю пpoсyвaння ОП зпдго пeвнoгo сцeнapiю. У дpyгoмy випaдкy - це нaдxoджeння пoвiдoмлeння aктивaцiï мoдeлi AWS нa вщтавщний вxiдний пopт з мeтoю виюноння oкpeмoï oбчислювaльнoï пpoцeдypи y мeжax ОП.
Koмпoзитний сepвiс poзглядaтимeмo як систему, a aтoмapний сepвiс y ж>ш склaдi - як гонтнет' системи. Poзгляд AWS як кoмпoнeнтa (a не eлeмeнтa) зyмoвлeнo таявшею в ньoгo iнтepфeйсy (мнoжини мeтoдiв aбo фyнкцiй), з якими мoжнa взaeмoдiяти бeзпoсepeдньo. Зayвaжимo, щo ^и opгaнiзaцiï oкpeмoгo ОП ми aсoцiю-вaтимeмo iз AWS тiльки oдин елемент йoгo iнтepфeйсy.
Bизнaчeння ж>ди y Aßox iнтepпpeтaцiяx (TLA- тa DEVS-кoнтeкстax) нeoбxiднe для встaнoвлeння спiввiднoшeння (oдин дo oднoгo) мiж вxiдними тa peзyльтyючими гонцеп-томи, вiдпoвiднo. Bизнaчeння пoдiï в TLA-кoнтeкстi poзк-pивae piвeнь дeтaлiзaцiï викаджа спeцифiкaцiï. Це oзнaчae, щo ^и вepифiкaцiï нос не цiкaвить пигання виявлення пoмилoк, пoв'язaниx iз специф^ю poбoти oкpeмoгo AWS сaмoгo ш сoбi (виoкpeмлeнo вiд системи). Це пигання, згiднo нaшoгo пiдxoдy дo пpoeктyвaння, Mae бути в^ше-не paнiшe - шляxoм мoдyльнoгo тeстyвaння, пepeдyючи здiйснeнню вepифiкaцiï (pис. 1). To6to пpи вepифiкaцiï вже oœpyeMo пpипyщeнням, щo кoмпoнeнти системи функ-цioнyють бeзвiдмoвнo то бeзпoмилкoвo.
Ha prn. 1 для встaнoвлeння зв'язку мiж сyтнoстями AWS то CWS тми викopистaнo вiднoшeння aгpeгaцiï (a не кoмпoзицiï) мoви UML. Mera ^ore - пiдкpeслити овто-ж>мшсть aтoмapнoгo сepвiсy, який y зогальжму вишдку мoжe вxoдити дo склоду й iншиx кoмпoзитниx сepвiсiв. Пepeдyмoвoю дo здiйснeння вepифiкaцiï e усшшшсть mo-дyльнoгo тестувоння кoжнoгo iз кoмпoнeнтiв системи. Шд мoдyлeм ^и цьoмy poзyмieться oкpeмий елемент irnep-фейсу aтoмapнoгo сepвiсy. Певний m6ip iз eлeмeнтiв piзниx AWS (ж oднoмy вiд кoжнoгo) iз в^ож^еним ж>-pядкoм виклику мeтoдiв зaдaeться згiднo стaндapтy WS-BPEL [14]. Нозтний стaндapт peглaмeнтye взaeмoдiю юм-пoнeнтiв кoмпoзитнoгo сepвiсy згiднo мoдeлi цeнтpaлiзo-вaнoгo кoopдинyвaння - мoдeлi opкeстpoвки.
Отже, poзглядaтимeмo кoмпoзитний сepвiс як тал-iмopфнy сyтнiсть, функцютльш xapaктepистики якoï визночоються тступними фокк^ми - склaдoм зaдiя-ниx aтoмapниx сepвiсiв, iнтepфeйсaми oстaннix, a тоюж пopядкoм виклику (кoopдинyвaння) eлeмeнтiв imep-фeйсiв. Зaзнaчeнi фaкropи вpaxoвyються y TLA-специф-iкaцiï. Спeцифiкaцiя, y свoю чepгy, фopмyeться з oднoгo a6o дeкiлькox WS-BPEL-oписiв (pис. 1). К>жний токий oпис зaдae сцeнapiй ОП для oдepжaння вiдпoвiднoï фун-кцioнaльнoï xapaктepистики системи. Це oзнaчae, щo TLA-спeцифiкaцiя e фopмaльнoю мoдeллю в зaгaльнo-му вишдку дeкiлькox сцeнapiïв фyнкцioнyвaння CWS [15]. Koжний iз сцeнapiïв xapaктepизyeться сyкyпнiстю тем-пopaльниx oзнaк. Для встaнoвлeння циx oзнaк тми ви-кopистaнo тeмпopaльний oœpaTOp X. Озноки пpeдстaв-леж y якoстi пoдiй, щo шщюють пpoдoвжeння функцю-нувоння CWS згiднo пeвнoгo сцeнapiю. Пoдiï фopмaлiзyeмo в iмплiкaтивнiй фopмi, мoдифiкoвaнiй oпepaтopoм [7]:
-(v, = d)v X(v, = d +1), d = 0,1; d e D . (3)
Bpaxoвyючи спeцифiкy виpaзниx мoжливoстeй TLA, жди зaпpoпoнyeмo клaсифiкyвaти но знaчимi жди, псев-дoпoдiï то нeпpипyстимi жди. Знaчимi пoдiï пpeдстaвлe-нo виpaзoм (3). Boни e зaсoбaми фopмaлiзaцiï пepexoдiв
(s, s')e R CTpy^iy^ (1).
Зшчиму пoдiю oxapaкrepизyeмo симeтpичнoю piзни-цею
L(s)AL(s') = {(v, = d ), (v, = d + 1)}ç AP, (4)
де poзмiтки стaнiв L(s) то L(s') e, вiдпoвiднo, пepeд- то пoстyмoвaми виникнення пoдiï.
Пoтpeбa фiксaцiï в спeцифiкaцiï тaкoж i псeвдoпoдiй зyмoвлeнa пoтpeбoю пpoсyвaння мoдeльнoгo чосу для DEVS-мoдeлeй aтoмapниx сepвiсiв, якi пpи вaлiдaцiï npo-дoвжyють a6o фyнкцioнyвaти, a6o пpoстoювaти:
n(v, = d )v X (v, = d ), d = 0,1,2.
(5)
Рису^к 1 - Зaпpoпoнoвaний пiдxiд дo пpoeктyвaння raM^sm-kmx сepвiсiв
Bиpaз (5) тзвож тми шaблoнoм псeвдoпoдiï, 6O, ж^и iмплiкaтивнy фopмy, вiн вже не xapaктepизyeться мнoжинoю (4). B (3) v, e V змiнюe свoe зшчення в rn-ступний мoмeнт мoдeльнoгo чосу, a в (5) - m.
^^и^од, якщo poзглядaти сцeнapiй пoслiдoвниx юэ-opдинyючиx впливiв но m ^м^не^ив CWS (тoбтo
ПРОГРЕСИВН1 ГНФОРМАЩИШ ТЕХНОЛОГИ
V = m), то для просування ОП в формальнш моделi кожна значима под!я мае супроводжуватися m -1 псевдопод!ею.
Грунтуючись на вищезазначеному, запропонуемо формат представлення концептiв значимо! поди та псев-доподп в ТЪА-специфжацп:
(IF Cnd THEN := v, +1) ELSE := v,))л л UNCHANGED << v1, v2,..., vi-1, v,+1,..., vm >>. (6)
Верифжащя специфiкацiй на основi конструкцiй (6) полягае у виявленш недопустимих подш - подш, що iнiцiюють недопустим переходи структури (1):
п(у, = d)vX(v, = d -1), d = 1, 2 .
(7)
Варто вiдзначити, що поди (7) також характеризуются множинами (4). В!дмшшсть !х вщ подiй (3) полягае в наступному: передумови для (3) е постумовами для (7) i навпаки.
За умови, якщо формальну верифiкацiю специфжацп на основi конструкцiй (6) здшснено успiшно - встанов-лено, що атомарш сервiси функцiонують узгоджено та несуперечливо (коректно), переходимо до валщацп (рис. 1). При цьому шляхом iмiтацiйного DEVS-моделювання здiйснимо оцiнювання показниюв функцiональних характеристик CWS, а також агрегованих значень показникiв нефункцюнальних характеристик. Для цього синтезуе-мо iмiтацiйну DEVS-модель (2), архiтектура та поведшка яко! визначаються змiстом вих!дно! ТLA-специфiкацi!. З цiею метою запропонуемо правила синтезу названо! модели
1) правила синтезу базових моделей AWS (табл. 1);
2) правила синтезу допомiжних базових моделей -моделi тента CWS (генератора заявок на обслугову-вання) та моделi координатора атомарних серв^в у складi CWS - для сл!дування моделi оркестровки зпдно стандарту WS-BPEL (табл. 2);
3) правила синтезу результуючо! складено! моделi (2) CWS iз залученням базових та допомiжних базових моделей (табл. 3).
Результатом використання правил 1) мають бути m структур
MA, =
({ev} {rs}
ST, bMA, M, M, ta
(8)
Елементи множини ST = {0, St1, st2 } структури (8) е представленнями елементiв множини D допустимих значень змшних станiв, з яких формуються елементи множини лiтералiв AP структури (1). Це означае, що мггка sto е ST - представлення 0 е D, st1 е ST - 1е D, а st2 е ST- 2 е D. Базовi моделi на основi структур (8) ре-алiзуемо як двопортовг
- вхiдний порт - для одержання пов!домлення ev = event,, що шщюе однойменну подiю активацп, вiд моделi координатора;
- вихщний порт - для вiдправлення повщомлення-ре-зультату обчислень rs = res, до моделi координатора.
Результатами використання правил 2) мають бути структура
MG = ({activate}, {job j } ST, SMG, 8MG,M, ta) (9) та структура
MC = ^{job} {res,}, {eventj}, ST, 8MC, 8mC , ^MC, ta}. (10)
Результатом використання правил табл. 3 мае бути шукана структура (2).
Отже, результуюча DEVS-модель CWS включае m моделей атомарних сервiсiв, модель тента та модель координатора (рис. 2).
Таблиця 1 - Правила синтезу DEVS-моделей атомарних серв!с!в
Мета Вихщш TLA-конструкцi! Результуюч! д!! над DEVS-елементами
Ф!ксац!я значимых подш на основ! (3) виклик функц!й ta: ST ^ та: - при d = 0 - 8^ : (event,, st0, e)) st1; - при d = 1 - 8MAj : st1 ^ st2 ; M : st2 ^ res,.
псевдоподш на основ! (5) виклик функц!й ta: ST ^ .
Таблиця 2 - Правила синтезу DEVS-моделей кл!ента та координатора
Мета Вихщш TLA-конструкц!! Результуюч! д!! над DEVS-елементами
Ф!ксац!я початкового стану Init 8MG : (activate, st00, e)l-^ stj .
Ф!ксац!я ОП Calc 8MC : (jobj, st0, e) ^ st1, j = 1,2,..., n .
Таблиця 3 - Правила одержання елемент!в результуючо! DEVS-модел! CWS
Мета Вих!дн! TLA-конструкц!! Результуюч! д!! над DEVS-елементами
Ф!ксац!я значимих подш зпдно (3) при d = 0 set: (MC, event, ) (MA,, event,).
зг!дно (3) при d = 1 set: (MA,, res,) l-^ (CC, res,).
Ф!ксац!я ОП Calc set: ((g, job j ) ((c, jobj ).
Рисунок 2 - Архитектура синтезованого засобу валщаци
Модель, представлена на рис. 2, функцюнуе наступ-ним чином:
1) на вхщний порт моделi (9) надходить повiдомлення активацii, що шщюе генерування заявок jobj. Кожна
j -а заявка представляв специфжащю окремоi функцю-нальноi характеристики CWS. Заявки генеруються iз за-даним законом розжедлу;
2) на j -й вхщний порт моделi (10) надходить заявка jobj, що зумовлюе т'< т повiдомлень eventj (оскшьки певнi AWS за окремого ОП можуть бути зайвими);
3) кожна iз т моделей (8) виконуе власну частину обчислень згiдно j -го ОП. Результати обчислень вщправ-ляються до моделi (10) у виглядi повiдомлень resi.
4ЕКСПЕРИМЕНТИ
Експериментальнi дослiдження запропонованоi методики здшснено на апаратнiй платформi наступжй кон-фiгурацii: частота CPU 3 ГГц, обсяг RAM - 2 ГБ.
Щоб стверджувати вщносно достсдарност результатiв валiдацii згiдно запропонованоi методики, а саме -вщносно адекватност синтезованоi результуючоi DEVS-моделi CWS, проведемо експерименти за наступними сценарiями:
1) валщащя шляхом тестування - AWS реалiзуемо за технологiею JAX-WS. Координування здiйснимо цент-ралiзовано - згщно моделi оркестровки. Таку перевiрку розглядатимемо як один iз завершальних крокiв розроб-ки CWS;
2) валiдацiя шляхом моделювання - використаемо результуючу DEVS-модель CWS, синтезовану згiдно зап-ропонованих правил, у якостi засобу валщаци. Така пе-ревiрка е завершальним кроком проектування (рис.1).
У першому випадку за вихiднi данi вiзьмемо WS-BPEL-опис CWS, у другому - вщповщну формальну TLA-спе-цифжащю. Порiвняемо результати валiдацiй зазначени-ми шляхами (рис. 3).
На рис. 3 process.bpel - вихщний WS-BPEL-опис; spec.tla - вщповщна TLA-специфiкацiя; TLA-to-DEVS -програмна реалiзацiя запропонованих правил синтезу (табл. 1-3); model.java - синтезована результуюча DEVS-модель CWS як замб валщаци; BPEL Engine - програм-ний замб (sun-bpel-engine) централiзованого координування AWS при валщаци шляхом тестування.
Якщо, згщно рис. 3, E,f = £f, а E^f ~ £nf, стверджу-ватимемо, що результуюча модель (2) е адекватною, а запропонована методика дозволяе одержувати достсдарш
результати валщаци при проектуванш CWS. При цьому вважатимемо використання запропонованоi методики при проектуванш доцшьним, якщо часовi витрати на ва-лiдацiю за сценарiем 2) будуть iстотно меншими за ча-совi витрати за сценарiем 1).
У моделi (9) реалiзуемо нормальний закон розподiлу заявок на обслуговування, що генеруються. DEVS-мо-делi реалiзуемо на мовi програмування Java, а моделювання здшснюватимемо у середовищi DEVS Suite.
Вихiднi значення для розрахунку часових витрат одер-
жуватимемо як середне арифметичне 102 замiрiв. У якостi нефункцiональноi характеристики розглядатимемо час вщгуку сервюу Для AWS такi затримки визна-чимо послiдовнiстю 0,1-10-1, 2 •10-1,..., 5-10-1 с: 0 -компоненти розгорнуто локально, 1-10-1 - вони е рiвно-вщдаленими (значно), 240-1,..., 5-10-1 - окрiм територь альноi вiддаленостi моделюються також додататда затримки, зумовленi iнтенсивними обчисленнями. Затримки реалiзуемо на основi Java-методу sleep.
Для перевiрки методики розглянемо синтетичний сценарш обчислення значення п через арктангенси [16]:
п = 48 • arctg^j + 32 • arctg^57j - 20 • arctg^). Цей
вираз розглядатимемо як функцiональну характеристи -ку CWS, а значення-результат його обчислення - як шу-кане значення показника та^ характеристики. Вираз також розглядатимемо як анал^ичне представлення ОП. Для реалiзацii характеристики залучимо чотири AWS: три з них - для обчислення арктангенмв, четвертий - для одер-жання результуючого значення (рис. 4).
TLA-to-DEVS
JL-
Пор1вняння результат!а resultj log та resuK_2.log
spec.tla Ю model.java c= ■ ' Ю restyiitjuog
У
pro с ess. bpel i ■ ю BPEL Ellljine ir ■ e result_2.log
Рисунок 3 - Схема шдходу до перев1рки методики
Рисунок 4 - Архитектура композитного сервюу
ПРОГРЕСИВН1 ЩФОРМАЦГЙШ ТЕХНОЛОГИ
На рис. 4 resi, res2 та res3 - 4acTKOBi результати - арте-факти протiкання ОП - контейнери показниюв функцю-нальних характеристик атомарних серв^в A WSj, A WS2 та A WS3, ввдповвдно; res4 - контейнер показника функцю-нально! характеристики атомарного сервiсу AWS4, який також е показником названо! характеристики CWS - контейнером шуканого результату, що залежить вщ значень resi, res2 та res3. 5 РЕЗУЛЬТАТИ
В результатi проведення експериментальних досл!д-жень встановлено, що на визначеному дiапазонi вхiдних даних часовi витрати на валiдацiю шляхом моделювання згiдно запропоновано! методики в середньому у 3,4 рази меншi за витрати, пов'язанi iз валщащею шляхом тесту-вання (рис. 5). Таке зменшення часових витрат нами оха-рактеризоване як суттеве.
1000 SOO 600 400 200
lfl(xj
пм
If3(x)
Г пп
О 100 200 300 400 S00
х
Рисунок 5 - Результати проведених експериментальних дослщжень
На рис. 5 значення наведено в мс: x - заданий час
ввдгуку кожного iз чотирьох AWS у складi CWS; /j(x) -часовi витрати на моделювання на основi результуючо!
модет (2); f2(x) - ощночт значення показника Ef; /3(x) -
фактичнi значення показника Е,П/. При цьому перевiре-
но рiвнiсть £,/ =Е/, що пiдтвердило коректнiсть запро-понованих правил синтезу. Перевiрку адекватност результуючо! DEVS-моделi CWS здшснено на основi ста-тистичних критерпв t та F для довiрчо! iмовiрностi 0,95. 6 ОБГОВОРЕННЯ
Попри те, що ватдацш шляхом моделювання зпдно запропоновано! методики виглядае 6!льш прiоритетно за валiдацiю шляхом тестування за показником супутнiх часових витрат, не менш важливим вбачаеться питання корисносп тако! перевiрки. Користсть, у свою чергу, варто, на нашу думку, розглядати як певний компромю за трьома наступними критер1ями: адек-ватшсть результуючо! DEVS-модел! композитному сервюу, до-стстартсть результатв валвдащ! та зменшення часових витрат. Останнш критерш набувае особливо! значимост у контекст! актуально! на сьогодш гтеращйно! розробки. При цьому нами розглядаеться дощльшсть збшьшення саме повноти ввдповщ-ност ТТА-спецификадш WS-BPEL-описовi сервюу, що, зокре-ма, тдвищить достов!ршсть результата формально! верифь кацл. Це, проте, ускладнить як саму запропоновану методику, так i штегращю !! до процесу проектування.
З позицп iтерацiйно! розробки перспективним може бути використання комбшованого тдходу до валщацп, за якого, наприклад, на першш та заключнiй iтерацiях здiйснюеться перевiрка шляхом тестування, а на шших -шляхом моделювання. Моделювання дозволить зменши-ти загальнi часовi витрати, а тестування - одержати бшьш достсдарш вихщш данi показникiв нефункцюнальних характеристик AWS та тдтвердити придаттстъ розробле-ного CWS до цшьового використання.
ВИСНОВКИ
Таким чином, в робот вирiшено актуальну науково-прикладну задачу синтезу iмiтацiйно! DEVS-моделi CWS з вихщно! формально! TLA-специфжацп функцiональ-них характеристик.
Наукова новизна отриманих в робой результата полягае в наступному: було запропоновано DEVS-орiенто-вану методику валiдацi! CWS, призначену до використання при проектуванш. Це дозволило зменшити супутш валiдацi! часовi витрати, що було пiдтверджено результатами проведених експериментальних дослщжень. Вони показали, що на тестовому дiапазонi значень нефункцюнальних характеристик компоненлв CWS синтезована результуюча DEVS-модель е адекватною, а правила !! одержання - коректними: у ж^внянт !з валiдацiею шляхом тестування, валщащя шляхом iмiтацiйного моделювання зпдно запропоновано! методики супроводжува-лася зменшенням часових витрат в середньому у 3,4 рази. Таке зменшення охарактеризоване нами як суттеве. Отже, поставлену задачу можна вважати виршеною.
Практичне значення отриманих результата полягае в автоматизаци процедури валiдацi! CWS при проектуваннi зпдно запропоновано! методики за рахунок програмно! реалiзацi! запропонованих правил синтезу DEVS-моделей.
Перспективи подальших дослiджень полягають у адап-тацi! запропоновано! методики до бшьш деталiзованих вихщних формальних TLA-специфжацш CWS, що, за рахунок полшшення повноти таких специфiкацiй, дозволить одержувати бшьш достсдарш результати валщацп.
ПОДЯКИ
Роботу виконано в рамках науково-дослщно! роботи «Дослщження i розробка методiв пiдвищення ефектив-ност комп'ютерних систем та мереж, пошук шлях!в удос -коналення навчального процесу» кафедри комп'ютерних систем та мереж Заж^зького нацюнального техшч-ного ушверситету.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ
1 Service-Oriented Computing: State of the Art and Research Challenges / [M. P. Papazoglou, P. Traverso, S. Dustdar, F. Leymann] // IEEE Computer. - 2007. - Vol. 40, No. 11. -P. 38-45. DOI: 10.1109/MC.2007.400.
2. Vohra D. Java 7 JAX-WS Web Services: A practical, focused mini book for creating Web Services in Java 7 / D. Vohra. - Birmingham-Mumbai: Packt Publishing Ltd., 2012. - 64 p.
3. Freeman S. Growing Object-Oriented Software, Guided by Tests / S. Freeman, N. Pryce. - New York : Addison-Wesley, 2010. -384 p.
4. Wainer G. A. Discrete-Event Modeling and Simulation: Theory and Applications / G. A. Wainer, P. J. Mosterman. - New York : CRC Press, 2010. - 534 p.
5. Kindermann R. Beyond Lassos: Complete SMT-Based Bounded Model Checking for Timed Automata / R. Kindermann, T. Junttila, I. Niemela // Lecture Notes in Computer Science. Formal Techniques for Distributed Systems. - 2012. - Vol. 7273. -P. 84-100. DOI: 10.1007/978-3-642-30793-5_6.
6. Системи управлшня якютю. Основш положения та словник термов (ISO 9000:2005, IDT) : ДСТУ ISO 9000:2007. - [Чин-ний вщ 2008-01-01]. - К.: Держспоживстандарт Укра1ни. -29 с. - (Нацюнальний стандарт Укра1ни).
7. Шкарупило В. В. Модель TLA-спецификации композитного веб-сервиса с множеством динамик / В. В. Шкарупило // Радюелектронжа, шформатика, управлшня. -2013. - № 1. -С. 94-100. DOI: 10.15588/1607-3274-2013-1-15.
8. Карпов Ю. Г. MODEL CHECKING. Верификация параллельных и распределенных программных систем / Ю. Г. Карпов. -СПб. : БХВ-Петербург, 2010. - 560 с.
9. Шкарупило В. В. DEVS-модель как средство валидации композитных веб-сервисов распределенной системы / В. В. Шкару-пило, С. Ю. Скрупський, Р. К. Кудерметов // Комп 'ютерно-штегроваш технологи: освгта, наука, виробництво. - 2011. -№ 7. - С. 61-67.
10. Lamport L. Specifying Systems: The TLA+ Language and Tools for Hardware and Software Engineers / L. Lamport. - Boston: Addison-Wesley, 2002. - 364 p.
11. Шкарупило В. В. WS-BPEL-модификация метода TLC-вери-фикации / В. В. Шкарупило // Схщно-европейський журнал передових технологш. - Харгав: НВП «Технолопчний центр», 2013. - № 4/2 (64). - С. 23-28.
12. Cristia M. A TLA+ Encoding of DEVS Models / M. Cristia // Proc. Int. Modeling and Simulation Multiconference (Buenos Aires, Argentina, February 8-10, 2007). - P. 17-22.
13. fflKapynugo B. B. CpaBHHTejbHbiH aHajH3 nogxogoB k peajH3a-цнн npo^cca aBTOMaTH3HpoBaHHoro CHHTe3a K0Mn03HTHbix Be6-cepBucoB / B. B. fflKapynugo, P. K. KygepMeToB // HayKoBHH BicHHK ^epmBe^Koro Ha^oHajbHoro yHiBepcHTeTy iMem Wpia OegbKOBH^a. Cepia: KOMn'roTepm cHCTeMH Ta KoMnoHeHTH. -^epmB^: TOX 2011. - T. 2, № 4. - C. 80-85.
14. Web Services Business Process Execution Language Version 2.0 [Electronic resource] : OASIS Standard, April 11, 2007. - Access mode: http://docs.oasis-open.org/wsbpel/2.0/wsbpel-v2.0.pdf. -Title from screen.
15. fflKapynugo B. B. KoH^myajbHaa Mogejb npo^cca aBToMara-3upoBaHHoro cHHTe3a KoMno3HTHbix Be6-cepBHcoB / B. B. fflKa-pynugo, P. K. KygepMeToB, T. A. napoMoBa // Hayrcrni пpaцi ^oHe^Koro Ha^oHajbHoro TexHWHoro yHiBepcHTeTy. Cepia: iH^opMaTHKa, Ki6epHeTHKa Ta o6qHcjK>BajbHa TexHiKa. - ^o-
нeцbк : ^ohhtx 2012. - № 15 (203). - C. 231-238.
16. fflKapynugo B. B. MeTogHKa aBToMaTH3HpoBaHHoro cHHTe3a kom-no3HTHbx Be6-cepBHcoB / B. B. fflKapynugo, P. K. KygepMeToB / / iH^opMaTHKa i KoMn'roTepHi TexHogorii : VII Mi^Hap. HayK.-TexH. koh$. cTygeHTiB, acnipaHTiB Ta Mojogux y^eHHx, 22-23 gucTonaga 2011 p. : Te3H gon. - ,0pHe^K : ^ohhtx 2011. -T. 1. - C. 382-384.
CTaTra Haginmjia go pega^ii 11.02.2014.
nicjia gopoSKH 23.02.2015.
Шкарупило В. В.1, Кудерметов Р. К.2, Польская О. В.3
'Канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры компьютерных систем и сетей Запорожского национального технического университета, Запорожье, Украина
2Канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой компьютерных систем и сетей Запорожского национального технического университета, Запорожье, Украина
3Старший преподаватель кафедры компьютерных систем и сетей Запорожского национального технического университета, Запорожье, Украина
DEVS-ОРИЕНТИРОВАННАЯ методика валидации КОМПОЗИТНЫХ ВЕБ-СЕРВИСОВ
Предложена методика валидации композитных веб-сервисов путем синтеза имитационных дискретно-событийных моделей на основе формализма DEVS. Это позволяет осуществлять автоматизированную проверку пригодности таких систем к целевому использованию при проектировании путем имитационного моделирования. В качестве входных данных использована формальная спецификация на основе темпоральной логики TLA, что позволяет математически строго представлять функциональные характеристики композитных сервисов в формате вычислительных процессов. В качестве аналитической модели в основе TLA-спецификации взята структура Крипке. В рамках методики предложены правила синтеза из исходной TLA-спецификации DEVS-модели композитного сервиса, предназначенной быть средством валидации. Результирующая DEVS-модель состоит из моделей атомарных сервисов, модели клиента композитного сервиса и модели координатора атомарных сервисов, функционирующего согласно спецификации WS-BPEL.
Для проверки методики проведены экспериментальные исследования, подтвердившие адекватность результирующей DEVS-модели. Проверка выполнена согласно предложенному подходу, состоящему в сравнении результатов валидации путем имитационного моделирования с результатами валидации путем тестирования. По результатам проведенных исследований обоснована целесообразность использования предложенной методики при проектировании композитных сервисов, которая заключается в уменьшении временных затрат на валидацию. Акцентировано внимание на уместности использования методики при итерационной разработке.
Ключевые слова: SOA, WS-BPEL, композитный веб-сервис, спецификация, верификация, валидация, TLA, DEVS.
Shkarupylo V. V.1, Kudermetov R. K.2, Polska O. V.3
*PhD, Senior Lecturer of Computer Systems and Networks department, Zaporizhzhya National Technical University, Zaporizhzhya, Ukraine
2PhD, Associate Professor, Head of Computer Systems and Networks department, Zaporizhzhya National Technical University, Zaporizhzhya, Ukraine
3Senior Lecturer of Computer Systems and Networks department, Zaporizhzhya National Technical University, Zaporizhzhya, Ukraine
DEVS-ORIENTED TECHNIQUE FOR COMPOSITE WEB SERVICES VALIDITY CHECKING
A technique for Composite Web Services validity checking has been proposed. It is based on discrete-event DEVS-models synthesis, which provides the ability to conduct the automated validation by way of simulation during the design process. Temporal Logic of Actions has been chosen as the basis for input data - formal specification of Composite Web Service. It allows to specify the functional properties of such systems mathematically strictly. Functional properties has been represented as computational processes. The Kripke structure has been used as TLA-specification analytical model. Our technique leans on the proposed rules, aimed at simulation DEVS-model synthesis from given TLA-specification. The resulting coupled Composite Web Service DEVS-model consists of atomic web services models, model of client, simulated as job-requests generator, and coordinator model. Coordinator represents the WS-BPEL-engine, functioning in accordance with centralized orchestration model.
nPOrPECHBHt IHOOPMA^ËHI TEXH0.n0nï
A case study has been conducted to verify the proposed technique. Its artifacts confirmed the adequacy of resulting DEVS-model. The technique verification is based on the proposed approach: simulation-driven validation results are compared with the ones, obtained with test-driven validation. Technique expediency has been grounded by Composite Web Services validity checking time costs reduction. Keywords: SOA, WS-BPEL, Composite Web Service, Specification, Verification, Validation, TLA, DEVS.
REFERENCES
1. Papazoglou M. P., Traverso P., Dustdar S., Leymann F. Service-Oriented Computing: State of the Art and Research Challenges. IEEE Computer, 2007, Vol. 40, No. 11, P. 38-45. DOI: 10.1109/ MC.2007.400.
2. Vohra D. Java 7 JAX-WS Web Services: A practical, focused mini book for creating Web Services in Java 7. Birmingham-Mumbai, Packt Publishing Ltd., 2012, 64 p.
3. Freeman S., Pryce N. Growing Object-Oriented Software, Guided by Tests. New York, Addison-Wesley, 2010, 384 p.
4. Wainer G. A., Mosterman P. J. Discrete-Event Modeling and Simulation: Theory and Applications. New York, CRC Press, 2010, 534 p.
5. Kindermann R., Junttila T., Niemela I. Beyond Lassos: Complete SMT-Based Bounded Model Checking for Timed Automata, Lecture Notes in Computer Science. Formal Techniques for Distributed Systems, 2012, Vol. 7273, pp. 84-100. DOI: 10.1007/ 978-3-642-30793-5_6.
6. Systemy upravlinnia yakistiu. Osnovni polozhennia ta slovnyk terminiv (ISO 9000:2005, IDT) : DSTU ISO 9000:2007. [Chynnyi vid 2008-01-01]. Kiev, Derzhspozhyvstandart Ukrainy, 29 p. (Natsionalnyi standart Ukrainy).
7. Shkarupylo V. V. Model' TLA-specifikacii kompozitnogo veb-servisa s mnozhestvom dinamik, Radioelektronika, informatyka, upravlinnia, 2013, No. 1, pp. 94-100. DOI: 10.15588/16073274-2013-1-15.
8. Karpov Yu. G. MODEL CHECKING. Verifikaciya parallel'nyx i raspredelennyx programmnyx sistem. Sankt-Peterburg, BXV-Peterburg, 2010, 560 p.
9. Shkarupylo V. V., Skrupskyi S. Iu., Kudermetov R. K. DEVS-model' kak sredstvo validacii kompozitnyx veb-servisov
raspredelennoj sistemy, Kompiuterno-intehrovani tekhnolohii: osvita, nauka, vyrobnytstvo, 2011, No. 7, pp. 61-67.
10. Lamport L. Specifying Systems: The TLA+ Language and Tools for Hardware and Software Engineers. Boston, Addison-Wesley, 2002, 364 p.
11. Shkarupylo V. V. WS-BPEL-modifikaciya metoda TLC-verifikacii, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. Kharkiv, NVP «Tekhnolohichnyi tsentr», 2013, No. 4/2 (64), pp. 23-28.
12. Cristia M. ATLA+ Encoding of DEVS Models, Proc. Int. Modeling and Simulation Multiconference (Buenos Aires, Argentina, February 8-10, 2007), pp. 17-22.
13. Shkarupylo V. V, Kudermetov R. K. Sravnitel'nyj analiz podxodov k realizacii processa avtomatizirovannogo sinteza kompozitnyx veb-servisov, Naukovyi visnyk Chernivetskoho natsionalnoho universytetu imeni Yuriia Fedkovycha. Seriia: kompiuterni systemy takomponenty. Chernivtsi, ChNU, 2011, Vol. 2, No. 4, pp. 80-85.
14. Web Services Business Process Execution Language Version 2.0 [Electronic resource] : OASIS Standard, April 11, 2007. Access mode : http ://docs. oasis-open. org/wsbpel/2. 0/wsbpel-v2. 0. pdf. Title from screen.
15.Shkarupylo V. V., Kudermetov R. K., Paromova T. A. Konceptual'naya model' processa avtomatizirovannogo sinteza kompozitnyx veb-servisov, Naukovi pratsi Donetskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu. Seriia: Informatyka, kibernetyka ta obchysliuvalna tekhnika. Donetsk, DonNTU, 2012, No. 15 (203), pp. 231-238.
16.Shkarupylo V. V., Kudermetov R. K. Metodika avtomatizirovannogo sinteza kompozitnyx veb-servisov, Informatyka i kompiuterni tekhnolohii : VII Mizhnar. nauk.-tekhn. konf. studentiv, aspirantiv ta molodykh uchenykh, 22-23 lystopada 2011 r. : tezy dop. Donetsk, DonNTU, 2011, Vol. 1, pp. 382-384.
