Ingeniería y Diseño de soluciones de microservicios auto-adaptativos. Una aplicación práctica de los bucles de control sobre Kubernetes

Abstract

[ES] Los microservicios son un enfoque arquitectónico y organizativo para el desarrollo de software donde dicho software está compuesto por pequeños servicios independientes que se comunican a través de APIs bien definidas. Estas arquitecturas suelen ser desplegadas y gestionadas en plataformas que 'orquestan' estas soluciones a través de la infraestructura que proporcionan. En este sentido, Kubernetes se postula como una de las apuestas más sólidas en estos momentos como orquestador de microservicios . En este trabajo se pretende dar un paso adelante y extender las capacidades de computación autónoma, no sólo a la infraestructura computacional – Kubernetes – , sino también a nivel de la propia arquitectura de microservicios. Para ello, se utilizarán técnicas provenientes de los bucles de control – en concreto, los bucles de control MAPE-K propuestos por IBM – que nos permitirá realizar esta ingeniería y diseño de este tipo de arquitecturas, en el que el diseño arquitectónico de las soluciones basadas en microservicios podrá adaptarse – en tiempo de ejecución – a las circunstancias, de manera autónoma, por la propia solución. Se realizará un trabajo práctico en el que aplicando las técnicas de computación autónoma desarrolladas en el grupo Tatami con el enfoque FADA (Framework de autoADAptación basado en los bucles de control MAPE-K), se diseñará una solución autoadaptativa que pueda aplicarse sobre soluciones de microservicios orquestadas con Kubernetes. Se propondrá una estrategia que permita, no sólo configurar en un momento determinado una solución de microservicios auto-adaptativos sobre Kubernetes, sino que también definirá operaciones de auto-gestión de la propia plataforma cuando la solución de microservicios se reconfigure de manera autónoma. Para ejemplificar y validar el trabajo, se desarrollará un ejemplo prototípico real, en el que se demostrará la aplicación de la propuesta aplicando FADA sobre una solución de microservicios operando en clústers computacionales orquestados con Kubernetes y monitorizados con componentes software propios.

[EN] Microservices are an architectural and organizational approach to software development where such software is made up of small independent services that communicate through well-defined APIs. These architectures are usually deployed and managed on platforms that 'orchestrate' these solutions through the infrastructure they provide. In this sense, Kubernetes is postulated as one of the strongest bets at the moment as a microservices orchestrator. This work aims to take a step forward and extend autonomous computing capabilities, not only to the computational infrastructure - Kubernetes - but also at the level of the microservices architecture itself. To do this, techniques from control loops will be used - specifically, the MAPE-K control loops proposed by IBM - which will allow us to carry out this engineering and design of this type of architecture, in which the architectural design of the solutions based on microservices can be adapted - at runtime - to circumstances, autonomously, by the solution itself. A practical work will be carried out in which, applying the autonomous computing techniques developed in the Tatami group with the FADA approach (Framework of selfADAptation based on MAPE-K control loops), a self-adaptive solution that can be applied will be designed on microservices solutions orchestrated with Kubernetes. A strategy will be proposed that allows, not only to configure at a certain moment a selfadaptive microservices solution on Kubernetes, but will also define self-management operations of the platform itself when the microservices solution is reconfigured autonomously. To exemplify and validate the work, a real prototypical example will be developed, in which the application of the proposal will be demonstrated by applying FADA on a microservices solution operating in computational clusters orchestrated with Kubernetes and monitored with its own software components.

[CA] Els microserveis són un enfocament arquitectònic i organitzatiu per al desenvolupament de programari on aquest programari està compost per petits serveis independents que es comuniquen a través d'APIs ben definides. Aquestes arquitectures solen ser desplegades i gestionades en plataformes que 'orquestren' aquestes solucions a través de la infraestructura que proporcionen. En aquest sentit, Kubernetes es postula com una de les apostes més sòlides en aquests moments com orquestrador de microserveis. En aquest treball es pretén fer un pas endavant i estendre les capacitats de computació autònoma, no només a la infraestructura computacional - Kubernetes -, sinó també a nivell de la pròpia arquitectura de microserveis. Per a això, s'utilitzaran tècniques provinents dels bucles de control - en concret, els bucles de control MAPE-K proposats per IBM - que ens permetrà realitzar aquesta enginyeria i disseny d'aquest tipus d'arquitectures, en el qual el disseny arquitectònic de les solucions basades en microserveis podrà adaptar - en temps d'execució - a les circumstàncies, de manera autònoma, per la mateixa solució. Es realitzarà un treball pràctic en què aplicant les tècniques de computació autònoma desenvolupades en el grup Tatami amb l'enfocament FADA (Framework d'autoadaptació basat en els bucles de control MAPE-K), es dissenyarà una solució acteadaptativa que pugui aplicar-se sobre solucions de microserveis orquestrades amb Kubernetes. Es proposarà una estratègia que permeti, no només configurar en un moment determinat una solució de microserveis acte-adaptatius sobre Kubernetes, sinó que també definirà operacions d'auto-gestió de la pròpia plataforma quan la solució de microserveis es reconfigure de manera autònoma. Per exemplificar i validar el treball, es desenvoluparà un exemple prototípic real, en el qual es demostrarà l'aplicació de la proposta aplicant FADA sobre una solució de microserveis operant en clústers computacionals orquestrats amb Kubernetes i monitoritzats amb components programari propis.