Lehrstuhl Informatik III: Datenbanksysteme Philipp Kemper Automated IT Change Planning Hauptseminar...

Lehrstuhl Informatik III: Datenbanksysteme Philipp Kemper

Automated IT Change Planning

Hauptseminar Hochskalierbare betriebliche Datenbankanwendungen

11. April 2023 Automated IT Change Planning 1


Inhalt

Motivation ITIL und wichtige Begriffe Vorstellung von 4 Lösungsansätzen Fazit



Motivation

Hochverfügbarkeit vs. häufige Änderungen Änderungen müssen sorgfältig geplant

werden Planung ist fehleranfällig und häufig

redundant



Exkurs: ITIL

IT Infrastructure Library

De-facto Standard im Bereich Service Management

Sammlung von Good Practices

Ziel: Permanente Effizienzsteigerung


Quelle: [1]


Change Management Prozess


Quelle: [2]


Request For Change (RFC)


Was?stattWie?


Change Plan


Install Linux OS

Install Application

Server

Install Servlet Container

Install Servlet „bestsell“

Install AIX OS

Install Database

Install Table „ITEM“

Install Table „AUTHOR“

Install Table „ORDERS“

Install Table „CUSTOMERS“

Application Server

Database Server

Quelle: [2]



Lösungen

CHAMPS ChangeLedge ChangeLedge + Runtime Constraint-Aware

Automated Refinement Hybrid Approach


CHAMPS

Change Management with Planning and Scheduling

Alexander Keller (IBM Research) et al.

„Achieve a very high degree of parallelism for a set of tasks by exploiting detailed factual knowledge about the structure of a distributed system from dependency information at runtime.“



CHAMPS - Architektur


Quelle: [3]


CHAMPS – Dependency Tree


Quelle: [3]


CHAMPS – Task Graph Builder

Erstellt den Change Plan aus dem Dependency Tree und dem RFC

Nutzt Business Process Execution Language for Webservices (BPEL4WS)


<definitions targetNamespace=http://...…</definitions><process name=„InstallServletOrders“>

<partners><partner

name=„InstallServletC ontainer“></partner>

</partners>…


CHAMPS – Planner & Scheduler

Gibt Reihenfolge der Tasks an Bindet Tasks an Server und Ressourcen Legt Zeitpunkt der Ausführung fest Bedingungen: Start/Finish, Colocation, Verfügbare Server,

… Optimierungsproblem: Maximierung des Profits (Nutzen –

Kosten)


Time 1 2 3 4 5 6 7 8 9

App Srv

Install Linux OS Install Application Server

Install Servlet Container

…

DB Srv

Install AIX OS Install Database Server

Install Tables


CHAMPS – Vor- und Nachteile

Vorteile Hoher Grad an Parallelisierung wird erreicht Zeit für Scheduling skaliert gut mit der Anzahl der

Aufgaben

Nachteile Generalisierung der Workflows nicht möglich Keine „echte“ Wiederverwendung von Wissen



ChangeLedge

Template-basierte Wiederverwendung von Wissen und Erfahrungen

Luis da Costa Cordeiro (Federal University of Rio Grande do Sul, Brasilien) et al.

„Use of change templates as a mechanism to formalize, preserve, and reuse the experience accumulated within organizations in relation to IT changes.“



ChangeLedge – IT Infrastructure Model

Modell zur Repräsentation jetziger und zukünftiger Infrastruktur-Elemente

Wichtigste Elemente: Check: Bedingung, die

bei Änderung berücksichtigt werden muss

Action: Prozess/Operation zur Änderung eines Software-Elements


Quelle: [4]


ChangeLedge – Request & Plan Template

Request Template High Level Enthält nötige

Operationen Plan Template

Plan, der RFC umsetzt Kernelement von

ChangeLedge, da Erfahrungen hauptsächlich hier einfließen


Quelle: [4]


ChangeLedge - Architektur


Quelle: [4]


ChangeLedge – Vor- und Nachteile

Vorteile Templates sparen Zeit bei Erfassung und Planung Templates enthalten Erfahrungen von vorherigen

Planungen Lässt Generalisierung und Spezialisierung zu

Nachteile Sieht keine Optimierung vor Verfeinerung eines Change Plans nur anhand von

Abhängigkeiten



Runtime Constraints

Erweiterung von ChangeLedge Bezieht Auswirkungen von früher geplanten

Aktivitäten auf später zu planende Aktivitäten ein Luis da Costa Cordeiro (Federal University of

Rio Grande do Sul, Brasilien) et al.

„Automated refinement of runtime constraint-aware change plans, built upon the concept of incremental change snapshots of the target IT environment.“



Runtime Constraints - Algorithmus


Quelle: [5]


Runtime Constraints – Vor- und Nachteile

Vorteile Auswirkungen von früheren Aktionen auf spätere

werden berücksichtigt Nachteile

Möglichkeiten der Verfeinerung hängen stark vom Preliminary Change Plan ab

Keine Optimierung



Hybrid Approach

Kombination aus Zuständen und Aktivitäten Sebastian Hagen (TU München)

„The algorithm adresses an abstraction mismatch between refinement of tasks and reasoning about the lifecycle and state-constraints of domain objects.“



Hybrid Approach – Abstraction Mismatch

Verfeinerung von abstrakten in detailierte Change Requests

Angabe von Zuständen eines Objekts


CR1

CR2 CR3

State1

State2

DomainObject : obj

?Quelle: [6]


Hybrid Approach – Zustände


Running

Database : db

start stop

install uninstall

Stopped

Uninstalled

Running

Apache : ap

start stop

install uninstall

Stopped

Uninstalled

No change

force

forceRunning Running

Stopped


Hybrid Approach - Drawbacks


uninstall

start stop

install

Stopped

Uninstalled

Database : db

uninstall

CR1=(“set-state”, db, [goal : Running])

CR2 = (“install”, db, [:])

CR3 = (“start”, db, [:])

Running

Running


Hybrid Approach - Drawbacks


uninstall

start stop

install

Uninstalled

Database : db

uninstall

Stopped


CR3 = (“start”, db, [:])

Running

Running


Hybrid Approach - Architektur

Knowledgebase

Planner

High-levelCRRefinementrules

State Transition Systems + Dependencies

Operators

Domain ObjectModelHigh-level CR



Hybrid Approach - Beispiel

CR1=(“patch”, db, [:])

Knowledgebase

Refinement Rules



Example



CR2=(“set-state”, db, [goal : Stopped])

CR8 = (“update”, db, [:])

CR9=(“test”, db, [:])



Example





CR9=(“test”, db, [:])



Example





Example




CR3=(“set-state”, ap, [goal : Stopped])

CR7 = (“stop”, db, [:])


Example





CR7 = (“stop”, db, [:])


Example



CR7 = (“stop”, db, [:])


Example



CR7 = (“stop”, db, [:])

CR4=(“set-state”, lb, [goal : Stopped])

CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example



CR7 = (“stop”, db, [:])


CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example




CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example




CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example



CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])

Knowledgebase

Operators


Example



CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])

Knowledgebase

Domain Object Model

+description : String

+state : String

+version : int

LoadBalancer : lb

+stop() : boolean

+start() : boolean

+install(): boolean

+uninstall() : boolean


Example



CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example



CR7 = (“stop”, db, [:])


CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])

Knowledgebase

Domain Object Model


+state : String

+version : int

Apache : ap

+stop() : boolean

+start() : boolean

+install(): boolean


called by operator


Example



CR7 = (“stop”, db, [:])


CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example




CR7 = (“stop”, db, [:])


CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])

Knowledgebase

Domain Object Model


+state : String

+version : int

Database : db

+stop() : boolean

+start() : boolean

+install(): boolean


Von Operator

aufgerufen


Example




CR7 = (“stop”, db, [:])


CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example




CR9=(“test”, db, [:])



CR7 = (“stop”, db, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])

Knowledgebase

Operators


Example




CR9=(“test”, db, [:])



CR7 = (“stop”, db, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])

Knowledgebase

Domain Object Model


+state : String

+version : int

Database : db

+stop() : boolean

+start() : boolean

+install(): boolean


Von Operator

erhöht


Example




CR9=(“test”, db, [:])



CR7 = (“stop”, db, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])


Example




CR9=(“test”, db, [:])


CR7 = (“stop”, db, [:])

CR10=(“test1”, db, [:])CR11=(“test2”, db, [:])

…………. ………….


Example




CR9=(“test”, db, [:])


CR7 = (“stop”, db, [:])


…………. ………….


Example





CR9=(“test”, db, [:])



…………. ………….


Example





CR9=(“test”, db, [:])



…………. ………….

CR13 = (“start”, db, [:])


Hybrid Approach – Change Plan



CR7 = (“stop”, db, [:])

CR5 = (“stop”, lb, [:])

CR10=(“test1”, db, [:])

CR11=(“test2”, db, [:])

CR13 = (“start”, db, [:])

CR6 = (“stop”, ap, [:])


Hybrid Approach – Vor- und Nachteile

Vorteile Kombiniert zwei Abstraktionsebenen Berücksichtigt auch Informationen über Zustände

von Objekten Nachteile

Weiterhin keine Optimierung Unflexibel bei Änderungen der Bedingungen



Fazit

Es existieren verschiedene Ansätze um Change Planning zu automatisieren

Alle Ansätze lösen nur ein bestimmtes Problem, eine ganzheitliche Lösung gibt es noch nicht

Optimierung bleibt ein offenes Feld


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