Figure 10.9: Use Cases for Storing Persistent Data

1. Diagrammtyp & Architektur-Kontext

• Klassifikation: UML-Anwendungsfalldiagramm (Use Case Diagram) unter Verwendung des AUTOSAR Adaptive Platform Profils («aap...»).
• Technischer Zweck: Spezifikation der funktionalen Kern-Anwendungsfälle des Functional Clusters Persistency (ara::per) in der AUTOSAR Adaptive Platform (R23-11). Das Diagramm grenzt die Speicherabstraktion gegenüber der Applikation ab, differenziert die Persistenzparadigmen (Key-Value vs. File Storage) und modelliert die Interaktion mit dem zugrunde liegenden Betriebssystem sowie dem Functional Cluster Cryptography (ara::crypto).

2. Komponenten, Entitäten & Schnittstellen

• Akteure (Actors):
  • Adaptive Application (from Actors): Primärer Anwenderakteur; initiiert Lese- und Schreiboperationen persistenter Daten.
  • Operating System (from Actors): Sekundärer Infrastrukturakteur; stellt POSIX-Dateisystem-, I/O- und Hardware-Treiberdienste zur Verfügung.
• Systemgrenzen & Functional Clusters:
  • Adaptive Platform: Gesamtsystemgrenze der Adaptive Platform.
  • Persistency: Kapselt das Functional Cluster ara::per.
  • «aapFunctionalCluster» Cryptography: Externer Sicherheitsdienstleister (spezifiziert als daemon-based), zuständig für kryptografische Operationen und Schlüsselverwaltung.
• Anwendungsfälle («aapUseCase»):
  • Store Persistent Data: Abstrakter Basis-Use-Case für die persistente Datenablage.
  • Store Persistent Data with Unique ID: Spezialisierung von Store Persistent Data; repräsentiert das Key-Value Storage-Paradigma (ara::per::KeyValueStorage), bei dem strukturierte Daten über eindeutige Bezeichner (Keys) adressiert werden.
  • Store Persistent Data in File: Spezialisierung von Store Persistent Data; repräsentiert das File Storage-Paradigma (ara::per::FileStorage), bei dem unstrukturierte Byte-Streams in Dateiabstraktionen persistiert werden.
  • Add Redundancy: Erweiterungs-Use-Case zur Erhöhung der Datenintegrität und Ausfallsicherheit über persistenzinterne Redundanzmechanismen (z. B. M-out-of-N-Kopien oder Prüfsummen).
  • Encrypt Persistent Data: Erweiterungs-Use-Case zur transparenten oder expliziten kryptografischen Absicherung gespeicherter Daten.
• Beziehungen & Stereotypen:
  • «aapTriggers»: Gerichtete Assoziation von Adaptive Application zu Store Persistent Data (Auslöser der Persistierung).
  • «aapParticipates»:
    • Von Operating System zu Store Persistent Data (Ausführung der physischen Storage-Operationen).
    • Von Encrypt Persistent Data zu «aapFunctionalCluster» Cryptography (Krypto-Daemon führt Chiffrierung/Integritätssicherung aus).
  • Generalisierung (◁—): Store Persistent Data with Unique ID und Store Persistent Data in File erben vom Basis-Use-Case Store Persistent Data.
  • «extend»:
    • Bedingte Erweiterung von Store Persistent Data durch Add Redundancy (Greift, wenn Datenredundanz zur Fehlererkennung und -korrektur konfiguriert ist).
    • Bedingte Erweiterung von Store Persistent Data durch Encrypt Persistent Data (Greift, wenn Datenverschlüsselung per Konfiguration gefordert ist).

3. Dynamisches Verhalten & Sequenzablauf

1. Trigger: Die Adaptive Application ruft Persistenz-Methoden auf (z. B. ara::per::KeyValueStorage::SetValue(), gefolgt von SyncToStorage(), oder Schreiboperationen auf ara::per::ReadWriteStream).
2. Pfadverzweigung nach Speichertyp:
   • Key-Value-Pfad: Serialisierung typsicherer Nutzdaten und Zuweisung zum konfigurierten Unique ID/Key.
   • File-Pfad: Sequenzielles Schreiben von Nutzdaten in das zugeordnete virtuelle Dateiobjekt.
3. Optionale Erweiterungspfade («extend»):
   • Redundanz (Add Redundancy): Falls Redundanz konfiguriert ist, erzeugt Persistency redundante Datenkopien (z. B. M-out-of-N) oder Prüfdaten zur Integritätssicherung.
   • Verschlüsselung (Encrypt Persistent Data): Falls Verschlüsselung im Deployment konfiguriert ist, interagiert ara::per via IPC mit dem daemon-based Cluster Cryptography (ara::crypto). Der Cryptography-Daemon stellt Krypto-Primitive (z. B. Authenticated Encryption mit AES-GCM / ChaCha20-Poly1305) bereit und verschlüsselt den Payload vor der Ablage.
4. Persistierung im OS («aapParticipates»):
   • ara::per übergibt den (ggf. redundanten und/oder verschlüsselten) Datenstrom über POSIX-Systemaufrufe (write, fsync / Storage Abstraction Layer) an das Operating System.
5. Fehlerbehandlung:
   • Operationen liefern ara::core::Result<void> bzw. systemspezifische Fehlercodes (z. B. PerErrc::kPhysicalStorageError, PerErrc::kEncryptionError, PerErrc::kIntegrityCorrupted).

4. Normative Relevanz & Entwickler-Hinweise

• Architekturvorgabe: Direkte Zugriffe auf das Betriebssystem-Dateisystem (z. B. raw POSIX open/write) aus der Adaptive Application sind normativ untersagt. Sämtliche Daten müssen über ara::per abgewickelt werden, um Portabilität, Redundanz-Handling (z. B. Safe Storage / M-out-of-N Kopien) und Reset-Resistenz zu gewährleisten.
• Manifest-Konfiguration:
  • Die Entscheidung zwischen Key-Value- und File-Storage erfolgt deklarativ im AUTOSAR-Modell (PersistencyKeyValueStorageInterface vs. PersistencyFileStorageInterface).
  • Verschlüsselung erfordert die Konfiguration von CryptoProvider-Referenzen, Key-Slots und Sicherheitsattributen im Manifest (PersistencyDataEncryption).
• Echtzeit & Performanz:
  • Der Zugriff auf ara::crypto als daemon-based Functional Cluster bedingt Interprozesskommunikation (IPC) und Kontextwechsel.
  • Das Persistieren inkl. Verschlüsselung erzeugt Latenzen; blockierende Aufrufe (z. B. SyncToStorage()) müssen in zeitkritischen Threads vermieden oder in asynchrone Worker ausgelagert werden.