Figure 13.3: Impact of exemplary Software Cluster during runtime

1. Diagrammtyp & Architektur-Kontext

• Klassifikation: UML-Objekt- und Deployment-Architekturdiagramm zur Laufzeit (Laufzeitinstanzen, OS-Prozesse, Konfigurationsartefakte und Zustandszuordnungen).
• Architektur-Kontext: AUTOSAR Adaptive Platform (AP), Release R20-11, AUTOSAR_EXP_SWArchitecture (Kapitel 12: Cross-cutting Concepts, Abschnitt 12.4: Software Cluster).
• Technischer Zweck: Visualisierung des Einflusses modularer Software-Cluster (SWCL) auf die Systemlaufzeit (Runtime Impact). Das Diagramm veranschaulicht, wie die im Entwurf (ExecutionManifest) definierten Software-Einheiten (Executable, Process, StartupConfig, FunctionGroup) über separate Konfigurationsfragmente (fg1 EM Configuration, fg2 EM Configuration, Platform EM Configuration) in den Laufzeitkontext des zentralen Daemons Execution Management (EM) eingespeist und dort zustandsabhängig instanziiert werden.

2. Komponenten, Entitäten & Schnittstellen

• Laufzeit-Akteure & Komponenten:
  • :Execution Management (UML-Komponenteninstanz): Zentraler POSIX-Plattform-Dienst (Functional Cluster) für Prozess-Lifecycle-Management, Start-/Stopp-Sequenzierung und OS-Ressourceninitialisierung.
• Dateibasierte Konfigurationsartefakte (Manifest-Projektionen):
  • Platform EM Configuration (Dokumenten-Artefakt): Maschinenweite Basiskonfiguration des EM (Initialisierung, System-Core, Plattform-States).
  • fg1 EM Configuration / fg2 EM Configuration: Aus den Software-Clustern (SoftwareCluster) abgeleitete, modulare Konfigurationsdateien zur Laufzeitparametrisierung der Function Groups fg1 und fg2.
• Entitäten & Metamodell-Klassen:
  • e1: Executable, e2: Executable: Ausführbare Binärdateien im POSIX-Dateisystem (Kompilate).
  • p1: Process, p2: Process: Laufzeit-Instanzen (Betriebssystemprozesse mit eigenem virtuellem Adressraum und PID), die jeweils genau einer Executable zugeordnet sind (+executable: 1).
  • cfg1: Startup Configuration, cfg2: Startup Configuration (StartupConfig): Gekapselte Parameter innerhalb der Prozesse (CLI-Argumente, Umgebungsvariablen, Scheduling-Policy wie SCHED_FIFO, Prioritäten, Core-Affinities).
  • fg1: Function Group, fg2: Function Group (ModeDeclarationGroup / FunctionGroup): Orthogonale Zustandsmaschinen zur logischen Bündelung von Prozessen.
  • Zustände (FunctionGroupState):
    • fg1: Zustände off, normal, degraded.
    • fg2: Zustände off, normal.
• Relationen & Kardinalitäten:
  • Process → Executable (1:1): Ein Prozess instanziiert genau ein Executable.
  • Process $\diamondsuit\rightarrow$ StartupConfig (1:1..*): Komposition von Startparametern innerhalb des Prozesses.
  • StartupConfig → FunctionGroupState (Assoziation): cfg1 bindet p1 an fg1::normal; cfg2 bindet p2 an fg2::normal.
  • :Execution Management ⇢ Konfigurations-Artefakte: Asynchrone/Initialisierende Lese-Abhängigkeit.
  • * EM Configuration ⇢ Process, Executable, FunctionGroupState: Steuernde Zuordnungs- und Bindungssemantik für das EM.

3. Dynamisches Verhalten & Sequenzablauf

1. Konfigurationsaufnahme (Initialization Phase):
   • Nach dem Kernel-Boot startet das :Execution Management als initialer Plattform-Daemon.
   • EM lädt die maschinenweite Platform EM Configuration sowie alle cluster-spezifischen Konfigurationen (fg1 EM Configuration, fg2 EM Configuration).
   • Alle Function Groups befinden sich initial im Default-Zustand off.
2. Zustandsgesteuerte Prozess-Instanziierung (Mode Switch Trigger):
   • Das State Management (SM) fordert via Interprozesskommunikation (IPC / ara::exec-Schnittstelle) einen Zustandswechsel für eine Function Group an (z. B. Übergang von fg1 nach normal).
   • EM parst die für fg1 registrierte Konfiguration (fg1 EM Configuration): $$\text{Request: } fg1 == \text{normal} \implies \text{Start } e1 \text{ als } p1 \text{ mit Parametern } cfg1$$
   • EM führt den Prozessstart aus (posix_spawn bzw. fork/execve), wendet Ressourcen- und Scheduling-Vorgaben aus cfg1 an und überwacht den Prozesskontext.
3. Laufzeit-Rückmeldung & Fehlerüberwachung:
   • Nach erfolgreicher Initialisierung muss p1 über die ara::exec::ApplicationClient-API den Zustand kRunning an das EM zurückmelden (ReportApplicationState).
   • Bleibt die Rückmeldung innerhalb des in cfg1 definierten Start-Timeouts aus, leitet das EM Recovery-Maßnahmen ein (Reporting an Platform Health Management (PHM) / State Management).
4. Inaktiver Zweig (fg2 im Schaubild):
   • Solange fg2 im Zustand off verharrt (durch den Pfeil von fg2 EM Configuration auf off symbolisiert), verbleibt p2 im inaktiven Zustand (nicht gestartet).
   • Erst bei Anforderung von fg2::normal wird e2 über cfg2 analog als p2 instanziiert.

4. Normative Relevanz & Entwickler-Hinweise

• Granulare Update-Fähigkeit via Software Cluster (SWCL):
  • Software Cluster sind die kleinsten unabhängig über das Update and Configuration Management (UCM) austauschbaren Deployment-Einheiten.
  • Änderungen an Applikationen (z. B. Update von e1/cfg1) modifizieren ausschließlich das zugehörige Fragment fg1 EM Configuration. Eine Neukonfiguration oder Rekompilierung der restlichen Plattform-Manifeste ist nicht erforderlich.
• Manifest-Modellierung (ExecutionManifest.arxml):
  • Applikations- und Integrationsentwickler konfigurieren keine nativen Init-Skripte (wie systemd-Units), sondern modellieren ProcessToMachineMappingInstance, StartupConfig und ModeDeclarationGroupPrototypes formal im ARXML-Manifest. Die Codegeneratoren der Toolchain erzeugen daraus die cluster-spezifischen EM-Laufzeitdateien.
• API-Vertrag (ApplicationClient):
  • Jedes Executable muss zwingend ara::core::Initialize() durchlaufen und zeitnah ara::exec::ApplicationClient::ReportApplicationState(ara::exec::ApplicationState::kRunning) aufrufen. Ein Verfehlen führt zum SIGTERM/SIGKILL-Zyklus durch das EM.
• Einschränkungen im deterministischen Scheduling:
  • Werden Echtzeitprioritäten in cfg1/cfg2 konfiguriert, muss das zugrundeliegende POSIX-OS die entsprechenden Scheduling-Klassen (SCHED_FIFO/SCHED_RR) und Privilegien für den User-Context des Prozesses bereitstellen; andernfalls schlägt die Prozess-Instanziierung durch EM fehl.