Servizi Web in Registri Distribuiti Luciano Baresi 1, Debora Desideri 2, Matteo Melideo 2, Alberto Sillitti 3, Giancarlo Succi 3

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1 Servizi Web in Registri Distribuiti Luciano Baresi 1, Debora Desideri 2, Matteo Melideo 2, Alberto Sillitti 3, Giancarlo Succi 3 1 Politecnico di Milano 2 Engineering Ingegneria Informatica 3 Libera Università di Bolzano Abstract L articolo presenta una tecnologia per migliorare la gestione dei servizi web all interno di un singolo registro descrivendo con maggiori dettagli i servizi contenuti e creando una o più reti di registri che comunicano tra loro sincronizzando le automaticamente le informazioni contenute. 1. Introduzione Le architetture orientate ai servizi (service oriented architecture, SOA) sono tecnologie progettate per supportare lo sviluppo di applicazioni complesse basate su componenti distribuiti che possono essere sviluppati con tecnologie diverse e pubblicati in ambienti software e hardware diversi [2]. Le SOA sono basate su tre componenti principali [3]: un fornitore di servizi, un utilizzatore ed un registro. Il fornitore di servizi crea un servizio e lo mette a disposizione sulla rete rispettando uno degli standard disponibili per la sua descrizione e l accesso. L utilizzatore, invece, compone i servizi pubblicati per creare servizi più complessi o per risolvere un problema specifico; infine, il registro è una sorta di mediatore che permette al fornitore e all utilizzatore di incontrarsi. All interno di una architettura a servizi, il registro ha un ruolo simile a quello delle pagine gialle ma per utilizzare appieno il potenziale di questo tipo di architetture, il registro deve essere consultabile non solo da esseri umani ma anche da sistemi automatici che devono essere messi in condizione di trovare e comporre automaticamente questi servizi senza alcun intervento umano. La diffusione dei servizi web ha portato alla creazione di registri privati che sono sotto il controllo diretto di singole aziende e che offrono i loro servizi solo all interno di una rete aziendale. Questa esigenza nasce dalla necessità di migliorare l efficienza della ricerca dei servizi e di gestire servizi che non sono accessibili al pubblico. Questo articolo presenta un nuovo approccio per la gestione dell informazione distribuita tra diversi registri pubblici e privati che cooperano tra loro per condividere le informazioni riguardo i servizi pubblicati. L approccio proposto è basato sul paradigma publish/subscribe del middleware ReDS (http://zeus.elet.polimi.it/reds/) che si occupa di creare un unico canale logico di distribuzione dell'informazione. Attualmente esistono diverse tecnologie per la realizzazione di un registro ma quelle più diffuse sono due: UDDI Universal Description, Discovery, and Integration (http://www.uddi.org/) ed ebxml Electronic Business extensible Markup Language (http://www.ebxml.org/). Entrambe presentano diversi limiti dal punto di vista del tipo di informazioni che sono capaci di memorizzare e la loro capacità di distribuire queste informazioni in una rete di registri. L articolo descrive una nuova tecnologia per migliorare tre aspetti di un registro: 1. La descrizione dei servizi pubblicati 1

2 2. La distribuzione delle informazioni sui servizi 3. L interfaccia utente per la gestione delle informazioni Una descrizione dettagliata dei servizi pubblicati è essenziale per permettere l individuazione dei servizi che soddisfano uno specifico insieme di requisiti in modo automatico e per identificare a run-time servizi equivalenti che potrebbero sostituire quello originario in caso di necessità. Diversi registri possono essere messi in comunicazione tra loro creando una federazione in cui alcuni dei servizi pubblicati in uno specifico registro sono messi a disposizione di tutti gli altri gestendo automaticamente i cambiamenti e permettendo di avere su un unico registro sia servizi privati che servizi accessibili a tutti. L interfaccia utente per la gestione delle informazioni contenute nei registri deve supportare la ricerca di servizi, la pubblicazione e la distribuzione delle informazioni sui servizi memorizzati. L articolo è organizzato come segue: la sezione 2 presenta lo stato dell arte; la sezione 3 descrive il nuovo approccio; infine, la sezione 4 traccia le conclusioni. 2. Stato dell arte All interno di una SOA, un registro ha due funzioni fondamentali: supportare la pubblicazione e la ricerca dei servizi. La pubblicazione permette ai fornitori di servizi di memorizzare in un repository condivisa la descrizione del proprio servizio che viene successivamente utilizzata per la ricerca. Ovviamente, la bontà della ricerca è altamente dipendente da come i servizi sono stati descritti. Per esempio, un registro UDDI memorizza le informazioni usando delle tassonomie predefinite ma non forza in alcun modo un formato specifico per queste descrizioni che, in molti casi, sono testo libero. Questo approccio va sicuramente bene se il registro viene interrogato da un umano ma non va altrettanto bene se viene interrogato da una macchina perché presenta tutti i problemi relativi all interpretazione del linguaggio naturale. In questo registro, le interrogazioni sono molto simili a quelle che si possono fare attraverso un normale motore di ricerca e si basano sull identificazione di parole chiave. Questi approcci creano diversi problemi ai sistemi automatici e non sono adatti ad eseguire operazioni complesse in maniera automatica. Un registro ebxml fornisce funzionalità più sofisticate rispetto ad UDDI offrendo un approccio più strutturato alla descrizione dei servizi migliorando l utilizzo delle tassonomie, utilizzando descrizioni basate su XML, gestendo relazioni ed associazioni tra gli oggetti memorizzati nel registro, ecc. Queste funzionalità permettono un miglior supporto all interrogazione automatica ma il meccanismo rimane limitato e ancora basato sull identificazione di parole chiave poiché ebxml non fornisce degli XML Schema predefiniti per la descrizione dei servizi e lascia all utente completa libertà. Dal punto di vista della ricerca delle informazioni, questa libertà limita le funzionalità che possono essere offerte dal registro e costringe gli utenti a scaricare le descrizioni di tutti i servizi per fare interrogazioni ad-hoc che non sono supportate direttamente. Esistono due tipi di approcci alla gestione dell interazione tra registri: replicazione selettiva (UDDI ed ebxml) ed annotazioni semantiche (METEOR-S [8] e PYRAMID-S [4]). La versione tre di UDDI estende il meccanismo di replicazione e distribuzione in modo da supportare gerarchie complesse di registri. ebxml, a differenza di UDDI, permette la creazione di federazioni di registri che collaborano condividendo le informazioni e creando un unico registro logico in cui tutte le informazioni sono replicate permettendo migliori performance e garantendo una maggiore affidabilità del sistema. Questo tipo di collaborazione presuppone che tutti i registri siano basati 2

3 sulla stessa tecnologia e, inoltre, la complessità della pubblicazione e della gestione dell informazione sui servizi aumenta [7]. METEOR-S e PYRAMID-S supportano la creazione di una rete peer-to-peer scalabile capace di supportare sia la pubblicazione che la ricerca. METEOR-S è in grado di supportare registri UDDI, mentre PYRAMID-S supporta anche registri ebxml. Per creare le federazioni, entrambe le tecnologie si basano sulla distribuzione di meta-informazioni basate su ontologie, quindi il processo di pubblicazione richiede l inserimento di informazioni aggiuntive rispetto alla pubblicazione su un singolo registro. Queste informazioni aggiuntive possono essere inserite manualmente o dedotte in modo semi-automatico analizzando le annotazioni eventualmente presenti nella descrizione WSDL del servizio pubblicato. L infrastruttura semantica creata in questo modo permette la creazione di diversi algoritmi per la pubblicazione e la ricerca di servizi ma non permette di avere un controllo completo sui singoli registri perché ogni nodo di una federazione deve accettare i servizi pubblicati da ogni altro nodo presente nella stessa federazione. Questo vincolo non permette alle federazioni di evolvere in modo dinamico senza una supervisione. Per quanto riguarda la pubblicazione e la ricerca, esistono due tipi di utenti per un registro: umani e macchine. Entrambi devono poter accedere al registro per pubblicare e cercare servizi. L interazione, però, avviene tramite interfacce diverse: grafica per i primi, programmatica per i secondi. Le GUI disponibili per l accesso manuale sono spesso limitate in quanto sono solo interfacce HTML costruite sull interfaccia programmatica, quindi l usabilità ne risente molto. Esistono anche interfacce integrate all interno agli ambienti di sviluppo più diffusi che offrono funzionalità più avanzate ma in ogni caso i limiti imposti da UDDI ed ebxml sono notevoli come l impossibilità di fare interrogazioni che coinvolgano la struttura interna delle descrizioni dei servizi. 3. L approccio proposto Registri come UDDI ed ebxml presentano numerose limitazioni riguardo le loro funzionalità di ricerca che sono correlate a come sono descritti i servizi all interno del registro. Il problema della descrizione dei servizi non è nuovo ma è una evoluzione del problema della descrizione dei componenti software [1]. Uno dei possibili approcci a questo tipo di problemi consiste nell utilizzo di facet [5] che, in una prima definizione, sono un insieme di coppie chiave-valore che descrivono un sistema sia dal punto di vista degli attributi funzionali che non funzionali. Le facet permettono di descrivere un sistema in modo strutturato e, se si definisce un insieme comune, è possibile fare ricerche avanzate basandosi su di esse. Le facet hanno una semantica meglio comprensibile per un sistema automatico rispetto ad un testo libero in quanto definiscono dei vincoli di vario tipo come, per esempio, specificare degli intervalli o dei valori appartenenti ad un dato insieme predefinito. La capacità di trovare un servizio all interno di un repository dipende da due fattori fondamentali: 1. la qualità della tassonomia utilizzata per la definizione delle proprietà descritte e 2. la qualità delle descrizioni del servizio inserite dal fornitore. Una tassonomia permette una descrizione dettagliata delle caratteristiche di un sistema in un dominio specifico ma limitato, quindi si rende necessario l utilizzo di diverse tassonomie per la descrizione dei diversi aspetti di un sistema. Un sistema di questo tipo richiede un lavoro aggiuntivo 3

4 da parte del fornitore, ma permette all utilizzatore di eseguire interrogazioni estremamente più precise. La definizione di base di facet è limitata e non permette descrizioni complesse come quelle che coinvolgono relazioni tra gli attributi definiti. Per questo motivo, il concetto di facet è stato modificato per includere strutture basate su XML [6, 9], quindi una facet è definita come un insieme formato da una facet type e una o più facet specification. Una facet type è una etichetta che definisce un concetto di altro livello come, ad esempio, qualità del servizio, interoperabilità, ecc. Una facet specification, invece, è una istanziazione del concetto attraverso due documenti XML: un schema XML che definisce la struttura della facet e un documento XML che la implementa (Figura 1). Registro FacetType FacetSpecification FacetSpecificationXSD FacetSpecificationXML Figura 1: Struttura interna del registro Nel sistema sviluppato sono state previste due categorie di facet: standard e specifiche. Quelle standard sono predefinite nel sistema e possono essere identificate univocamente tramite un nome, mentre quelle specifiche sono definibili dall utente tramite la definizione di uno schema XML che la descrive. Una struttura di questo tipo permette di descrivere i servizi in modo strutturato e dettagliato e, di conseguenza, permette di effettuare query complesse che possono essere implementate attraverso tecnologie standard basate su XML come XPath e XQuery. Per quanto riguarda il supporto alla creazione di un registro distribuito sono stati sviluppati due componenti: un bus di comunicazione distribuito ed un delivery manager associato ad ogni registro (Figura 2). Il primo è stato introdotto per permettere la comunicazione tra i delivery manager ed è basato su ReDS, una architettura publish/subscribe distribuita. Il secondo componente si comporta da intermediario tra i registri e il bus distribuito e si occupa di gestire il flusso di informazioni. 4

5 In una architettura publish/subscribe i componenti non interagiscono direttamente ma la comunicazione è mediata da un dispatcher che si occupa di ricevere messaggi (publish) e di ridistribuirli ai componenti che sono interessati a ricevere questi messaggi (subscribe). Figura 2: Infrastruttura del registro distribuito I registri possono utilizzare il bus di comunicazione in due modi: 1. I registri specificano il proprio interesse ad un particolare servizio, quindi ogni pubblicazione o modifica di informazioni relative ad esso viene inviata a tutti i registri interessati. Una volta che l informazione viene ricevuta può essere scartata o memorizzata nel registro, in questo modo la distribuzione delle informazioni è flessibile e può essere modificata a run-time. Inoltre, in questo modo gli utilizzatori del sistema potranno effettuare ricerche collegandosi al registro locale avendo a disposizione tutta l informazione della rete di registri. 2. I registri possono essere raggruppati in federazioni (gruppi di registri sullo stesso bus di comunicazione che possono scambiarsi messaggi). Per creare una federazione i registri si devono registrare dichiarando il proprio interesse ad un argomento comune. Gli argomenti non sono tipi di servizi ma concetti più astratti che identificano aree più generali (ad esempio: aree geografiche, funzioni aziendali, ecc.). Il delivery manager supporta l integrazione tra registri diversi e la creazione di filtri per la gestione dei messaggi che circolano sul bus di comunicazione uniformando i protocolli di comunicazione per la distribuzione delle informazioni all interno della federazione di registri. Questa architettura permette di utilizzare l infrastruttura dei registri già esistenti senza dover cambiare i meccanismi di pubblicazione e di ricerca delle informazioni all interno del registro o della federazione. I client accedono normalmente al registro e la comunicazione che avviene con tutti gli altri registri è del tutto trasparente. Per pubblicare un servizio sul bus condiviso, il delivery manager raccoglie le informazioni del servizio appena pubblicato dal registro, le converte in un formato predefinito e le invia al bus distribuito che si occupa di distribuirle a tutti gli altri delivery manager che provvedono ad aggiornare i singoli registri (se sono interessati a quel tipo di servizio). In ogni caso, l autore del servizio ne rimane il proprietario e, quindi, l unico che può apportare modifiche ai dati pubblicati. L infrastruttura garantisce che un registro possa accedere a tutte le informazioni a cui è interessato tramite la propagazione dell informazione attraverso un paradigma lease tipico dei sistemi distribuiti (ad esempio come accade in Jini L informazione viene considerata valida per un periodo di tempo predeterminato e la sua validità deve essere rinnovata 5

6 periodicamente dal delivery manager che si occupa di eseguire questa operazione automaticamente. Questo meccanismo garantisce che entro un certo intervallo di tempo tutti i registri siano sincronizzati. Un servizio memorizzato su più registri e dichiarato come pubblico può essere ritrovato in diversi modi: 1. Il client potrebbe conoscere in anticipo il servizio a cui vuole accedere. In questo caso si può identificare facilmente l identificatore univoco del servizio di interesse che, grazie al meccanismo di sincronizzazione, è sicuramente presente all interno del registro locale del client. 2. Se il client non conosce esattamente il servizio a cui è interessato può usare gli strumenti di ricerca messi a disposizione del singolo registro e specificare esattamente le proprietà che desidera attraverso una interrogazione standard al registro. L architettura della piattaforma comprende tre componenti principali: 1. una interfaccia di visualizzazione che si occupa dell interazione con l utente ed è basata su un browser web 2. un sistema di controllo che si occupa di gestire le richieste dell utente ed inoltrarle allo strumento appropriato (registro, delivery manager, ecc.) 3. gli strumenti server-side (registro, delivery manager, ecc.) che forniscono le funzionalità della piattaforma e a cui gli utente possono accedere anche attraverso servizi web. Le interfacce utente che sono disponibili per UDDI ed ebxml presentano diverse limitazioni che sono state presentate nella sezione 2. Inoltre, questo tipo di interfacce non sono adatte ad una architettura come quella presentata a causa della limitatezza di una interfaccia utente basata su HTML. In particolare, è possibile ispezionare i servizi in fase di pubblicazione visualizzando i dettagli delle facet incluse nella descrizione e la relativa definizione dello schema XML (Figura 3). Figura 3: Interfaccia di pubblicazione Un altra funzionalità offerta è la possibilità di sfogliare il contenuto di un registro e di eseguire query basate sulle tecnologie XPath e XQuery (Figura 4) offrendo la possibilità di analizzare il contenuto delle definizioni XML delle facet e dei relativi schemi. 6

7 Figura 4: Service browser interface 4. Conclusioni L articolo ha introdotto un nuovo approccio alla descrizione ed alla gestione dei servizi web in registri locali e distribuiti basato sull utilizzo dei facet. Il sistema presentato presenta un sistema composto da diversi strumenti che comunicano tra di loro e sono (parzialmente) indipendenti in modo tale da permettere un evoluzione incrementale della piattaforma. Il lavoro presentato si è concentrato sul supporto delle idee di base e sulla realizzazione di una infrastruttura di base che può essere estesa in molte direzioni: supporto di registri diversi, interazione tra federazioni diverse, ecc. Bobliografia 1. Clark J., Clarke C., De Panfilis S., Granatella G., Predonzani P., Sillitti A., Succi G., Vernazza T., Selecting Components in Large COTS Repositories, Journal of Systems and Software, Elsevier, Vol. 73, No. 2, October G. 2. Dustdar S., Schreiner W., A survey on web services composition, International Journal of Web and Grid Services, Vol. 1, No. 1, Erl T., Service-Oriented Architecture (SOA): Concepts, Technology, and Design, Prentice Hall, Pilioura T., Kapos G., Tsalgatidou A., PYRAMID-S: a scalable infrastructure for semantic web services publication and discovery, 14 th International Workshop on Research Issues on Data Engineering, Prieto-Diaz R., Freeman P., Classifying Software for Reusability, IEEE Software, Vol. 4, No. 1, January Sawyer P., Hutchinson J., Walkerdine J., Sommerville, I., Faceted Service Specification, Workshop on Service-Oriented Computing: Consequences for Engineering Requirements (SOCCER), Paris, France, 30 th August

8 7. Schmidt C, Parashar M., A peer-to-peer approach to web service discovery, World Wide Web, Vol. 7, No. 2, June Verma K., Sivashanmugam K., Sheth A., Patil A., Oundhakar S., Miller J., METEOR-S WSDI: A scalable P2P infrastructure of registries for semantic publication and discovery of web services, Information Technology and Management, Vol. 6, No. 1, January Walkerdine J., Hutchinson J., Sawyer P., Dobson G., Onditi V., A Faceted Approach to Service Specification, 2 nd International Conference on Internet and Web Applications and Services (ICIW'07), Mauritius, May

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