Évolution des applications à base de microservices : Modélisation et mise à jour dynamique correcte

Evolution of microservice-based applications : Modelling and safe dynamic updating

• Auteur / Autrice : Yuwei Wang
• Direction : Sophie Chabridon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, données, IA
• Date : Soutenance le 27/10/2022
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SAMOVAR - Services répartis, Architectures, MOdélisation, Validation, Administration des Réseaux - Institut Polytechnique de Paris / IP Paris - Algorithmes, Composants, Modèles Et Services pour l'informatique répartie / ACMES-SAMOVAR - Département Informatique / INF
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom SudParis (France)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Ledoux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Antoine Beugnard, Lionel Seinturier, Fabienne Boyer, Denis Conan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Antoine Beugnard, Lionel Seinturier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Architecture -- Informatique

Microservices

Mots clés libres

Architecture à base de microservices

Évolution des logiciels

Gestion des versions

Mise à jour dynamique des logiciels

Modèle à l'exécution

Détection des conditions de mise à jour basée sur des instantanés

Microservice architecture

Software evolution

Version management

Model at runtime

Dynamic software updating

Snapshot-based update condition detection

Résumé

Les architectures à base de microservices permettent de construire des systèmes répartis complexes composés de microservices indépendants. Le découplage et la modularité des microservices facilitent leur remplacement et leur mise à jour de manière indépendante. Depuis l'émergence du développement agile et de l'intégration continue (DevOps et CI/CD), la tendance est aux changements de version plus fréquents et en cours d'exécution des applications. La réalisation des changements de version est effectuée par un processus d'évolution consistant à passer de la version actuelle de l'application à une nouvelle version. Cependant, les coûts de maintenance et d'évolution de ces systèmes répartis augmentent rapidement avec le nombre de microservices.L'objectif de cette thèse est de répondre aux questions suivantes~:Comment aider les ingénieurs à mettre en place une gestion de version unifiée et efficace pour les microservices et comment tracer les changements de version dans les applications à base de microservices ?Quand les applications à base de microservices, en particulier celles dont les activités sont longues, peuvent-elles être mises à jour dynamiquement sans arrêter l'exécution de l'ensemble du système ? Comment la mise à jour doit-elle être effectuée pour assurer la continuité du service et maintenir la cohérence du système ?En réponse à ces questions, cette thèse propose deux contributions principales. La première contribution est constituée de modèles architecturaux et d'un graphe d'évolution pour modéliser et tracer la gestion des versions des microservices. Ces modèles sont construits lors de la conception et utilisés durant l'exécution. Cette contribution aide les ingénieurs à abstraire l'évolution architecturale afin de gérer les déploiements lors d'une reconfiguration, et fournit la base de connaissances nécessaire à un intergiciel de gestion autonomique des activités d'évolution. La deuxième contribution est une approche basée sur les instantanés pour la mise à jour dynamique (DSU) des applications à base de microservices. Les instantanés répartis cohérents de l'application en cours d'exécution sont construits pour être utilisés dans la spécification de la continuité du service, l'évaluation des conditions de mise à jour sûre et dans la mise en œuvre des stratégies de mise à jour. La complexité en nombre de messages de l'algorithme DSU n'est alors pas égale à la complexité de l'application répartie, mais correspond à la complexité de l'algorithme de construction d'un instantané réparti cohérent.

Microservice architectures contribute to building complex distributed systems as sets of independent microservices. The decoupling and modularity of distributed microservices facilitates their independent replacement and upgradeability. Since the emergence of agile DevOps and CI/CD, there is a trend towards more frequent and rapid evolutionary changes of the running microservice-based applications in response to various evolution requirements. Applying changes to microservice architectures is performed by an evolution process of moving from the current application version to a new version. The maintenance and evolution costs of these distributed systems increase rapidly with the number of microservices.The objective of this thesis is to address the following issues: How to help engineers to build a unified and efficient version management for microservices and how to trace changes in microservice-based applications? When can microservice-based applications, especially those with long-running activities, be dynamically updated without stopping the execution of the whole system? How should the safe updating be performed to ensure service continuity and maintain system consistency?In response to these questions, this thesis proposes two main contributions. The first contribution is runtime models and an evolution graph for modelling and tracing version management of microservices. These models are built at design time and used at runtime. It helps engineers abstract architectural evolution in order to manage reconfiguration deployments, and it provides the knowledge base to be manipulated by an autonomic manager middleware in various evolution activities. The second contribution is a snapshot-based approach for dynamic software updating (DSU) of microservices. The consistent distributed snapshots of microservice-based applications are constructed to be used for specifying continuity of service, evaluating the safe update conditions and realising the update strategies. The message complexity of the DSU algorithm is not the message complexity of the distributed application, but the complexity of the consistent distributed snapshot algorithm.