[論文レビュー] Modularization of Research Software for Collaborative Open Source Development

Christian Zirkelbach, Alexander Krause+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2019

Software System Performance and Reliability参考文献 23被引用数 11

ひとこと要約

この論文では、特に学生を対象とした共同開発を向上させるために、オープンソースの研究ソフトウェアExplorVizのモジュラー化とマイクロサービス移行を提示している。モノリシックなレガシーシステムを、バックエンドおよびフ론トエンド用のプラグインメカニズムを備えた、結合が緩く独立してデプロイ可能なマイクロサービスに分解することで、DockerおよびCI/CDパイプラインを介した統合を実現し、拡張性・保守性が向上した。これは、複数の拡張機能を備えたプロトタイプ実装を通じて実証された。

ABSTRACT

Software systems evolve over their lifetime. Changing conditions, such as requirements or customer requests make it inevitable for developers to perform adjustments to the underlying code base. Especially in the context of open source software where everybody can contribute, requirements can change over time and new user groups may be addressed. In particular, research software is often not structured with a maintainable and extensible architecture. In combination with obsolescent technologies, this is a challenging task for new developers, especially, when students are involved. In this paper, we report on the modularization process and architecture of our open source research project ExplorViz towards a microservice architecture. The new architecture facilitates a collaborative development process for both researchers and students. We describe the modularization measures and present how we solved occurring issues and enhanced our development process. Afterwards, we illustrate our modularization approach with our modernized, extensible software system architecture and highlight the improved collaborative development process. Finally, we present a proof-of-concept implementation featuring several developed extensions in terms of architecture and extensibility.

研究の動機と目的

• 技術的負債やモジュール性の欠如による、モノリシックな研究ソフトウェアの保守・拡張の課題に対処すること。
• プラグインメカニズムを活用して、学生貢献者を含めた共同開発を促進し、安全でモジュラーな貢献を可能にすること。
• マイクロサービス、Docker、CI/CDパイプラインを用いたソフトウェアアーキテクチャの近代化により、スケーラビリティと保守性を向上させること。
• 複数の拡張機能を備えたプロトタイプ実装を通じて、新アーキテクチャの評価を行うこと。
• ExplorVizにおける継続的デリバリーおよび将来のアーキテクチャ回復の基盤を構築すること。

提案手法

• 明確なインターフェースを持つ独立したマイクロサービスに、モノリシックなExplorVizレガシーを分解した。
• 拡張性をサポートするため、バックエンドおよびフロントエンドコンポonentの両方のプラグインベースの拡張メカニズムを導入した。
• 古くなったGWTフレームワークを、現代的でモジュラーな技術に置き換え、Dockerによるコンテナ化デプロイメントを実現した。
• CI/CDパイプラインを統合し、各サービスのDockerイメージ生成を自動化した。
• 事前ビルドされたフロントエンド構成をサポートするビルドサービスを構築し、デプロイおよびカスタマイズを容易にした。
• docker-composeファイルを用いて、最小限のセットアップで柔軟でユーザー定義可能な構成を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モノリシックな研究ソフトウェアシステムは、どのようにして共同開発を支援するように効果的にモジュラー化できるか？
• RQ2 学生および外部開発者による安全で拡張可能な貢献を可能にするために、どのようなアーキテクチャ的・プロセス的変更が必要か？
• RQ3 マイクロサービスへの移行中に、技術的負債や古くなったフレームワークをどのように対処できるか？
• RQ4 マイクロサービスアーキテクチャは、保守性および拡張性の観点から、オープンソース研究ソフトウェアにどのような利点をもたらすか？
• RQ5 モジュラー化された研究ソフトウェアシステムにおいて、継続的インテグレーションおよびデリバリーをどのように確立できるか？

主な発見

• GWTベースのモノリシックアーキテクチャからマイクロサービスアーキテクチャへの移行により、コードのモularityと保守性が顕著に向上した。
• プラグインメカニズムの導入により、コアコードベースを変更せずに、バックエンドおよびフロントエンドの安全で隔離された拡張が可能になった。
• Dockerおよびdocker-composeによるコンテナ化により、デプロイと構成が簡素化され、ユーザーが1つのコマンドでカスタムExplorViz環境をセットアップできるようになった。
• CI/CDパイプラインは、各マイクロサービスのDockerイメージのビルドおよびパッケージングを効果的に自動化し、リリースの信頼性を向上させた。
• プロトタイプ実装では、複数の拡張機能が正常に統合され、新アーキテクチャの拡張性および柔軟性が検証された。
• 継続的デリバリーの実現に向けて進捗しており、リリースサイクルのさらなる改善およびドキュメンテーションやリファクタリングのためのアーキテクチャ回復のサポートを計画している。