Methodische Aspekte von Modellierungssprachen für nebenläufige Software

In den letzten Jahren ist ein deutlicher Trend zu verstärkt nebenläufiger Software festzustellen. Hierfür gibt es verschiedene Gründe, wie die rasante Verbreitung des Internets mit seinen Client/Server-Architekturen und die verstärkte Unterstützung nebenläufiger Programmierung in neuen Programmiersprachen wie z.B. Java. Softwareentwickler werden somit zunehmend mit dem Problem der Synchronisation der nebenläufigen Abläufe in der Software konfrontiert. Dabei treten immer wieder gravierende Fehler auf. Besonders problematisch ist in diesem Zusammenhang der Nichtdeterminismus nebenläufiger Abläufe, der dazu führt, dass Fehler unter Umständen bei Tests nicht auffällig werden, weil das Auftreten der Fehler von einem bestimmten Zeitverhalten abhängt, das beim Test nicht auftritt. Die Situation wird noch erschwert, wenn man nebenläufige Software aus Komponenten verschiedener Hersteller zusammensetzt. Bei der Zusammenarbeit dieser Komponenten auftretende Fehler im nebenläufigen Ablauf sind besonders schwierig zu diagnostizieren und zu beheben, da über die verwendeten Komponenten meist nichts außerhalb ihrer nicht notwendigerweise vollständigen und korrekten Spezifikation bekannt ist. Dies ist ein aktuelles Problem, da Komponententechnologien den Kern vieler moderner Anwendungen bilden. Viele Fehler in nebenläufiger Software sind auf grundsätzliche Fehler beim Entwurf der Software zurückzuführen. Auch beim Übergang vom Modell zur Implementierung entstehen Fehler, insbesondere wenn das Modell nicht direkt bei der Implementierung umsetzbar ist. Dies ist häufig der Fall, weil die Implementierung meist auf der Verwendung einfacher Synchronisationskonstrukte, wie z.B. Semaphoren, basiert, welche in der verwendeten Modellierung kein direktes Gegenstück haben. Es ist also entscheidend, dass die Softwareentwickler beim Entwurf ein klares Bild von der zu entwickelnden Software erhalten, welches leicht in der Implementierung umzusetzen ist. Wir wollen im folgenden grundlegende Strukturen nebenläufiger Softwaresysteme aufzeigen, basierend darauf Anforderungen an Modellierungssprachen für solche Systeme formulieren und existierende Modellierungssprachen auf diese Anforderungen hin untersuchen. Dabei werden wir sehen, dass sich in diesen Systemen kleinere, nahezu in sich abgeschlossene, Abläufe identifizieren lassen, die wir als Operationen bezeichnen werden. Betrachtet man die Implementation so ist festzustellen, dass hier einige einfache Konstrukte im Vordergrund stehen, auf die das Modell abgebildet werden muss. Damit ergeben sich aus unserer Sicht zwei wesentliche Forderungen an Modellierungssprachen: · Die Aufteilung in einzelne Operationen soll gefördert werden. · Gängige Synchronisationskonstrukte sollen direkt dargestellt werden, um die Lesbarkeit der Darstellung zu verbessern und um den Übergang in die Implementierung zu vereinfachen. Im nächsten Abschnitt werden wir die grundlegende Struktur nebenläufiger Software beschreiben, bevor wir dann Anforderungen diskutieren. Wir werden State Charts als eine gebräuchliche Modellierungssprache hinsichtlich dieser Anforderungen untersuchen und dabei sehen, dass diese den Forderungen nicht vollständig gerecht werden. Dies wird an einem Beispiel vertieft. Abschließend gehen wir kurz auf den Übergang von der Modellierung in die Implementierung ein.