Redesigning and Evaluating the Network Stack in the C++ Actor Framework

Abstract

Die verteilte Programmierung stützt sich in hohem Maße auf die Kommunikation über das Internet, um die Skalierung und Verteilung von Aufgaben über physische Grenzen hinweg zu ermöglichen. Das Aktormodell erweitert dies, mit einem netzwerktransparenten Kommunikationsmodell unter Verwendung von Nachrichten. Das C++ Actor Framework (CAF) ist eine Implementierung des Aktormodells, das einen Netzwerk Stack Entwurf bereitstellt, der auf eine gründliche transparente Abstraktion der komplizierten Netzwerk-APIs abzielt. Es ist jedoch sowohl in der Erweiterbarkeit als auch in der Kombinierbarkeit begrenzt, was es schwierig macht, mit den sich stetig ändernden Anforderungen an einen solchen Stack Schritt zu halten. Neue Transportprotokolle wie Quick UDP Internet Connections (QUIC) oder Anwendungsprotokolle wie WebRTC wären gute Ergänzungen, die aufgrund des derzeitigen unflexiblen Designs nicht integriert werden können. Die Arbeit in dieser Arbeit überdenkt den derzeitigen Ansatz und schlägt ein neues Design für die Abstraktion der Netzwerkschicht vor. Dieser neue Ansatz wird in Bezug auf Zusammensetzbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit fertiggestellt, wodurch eine flexiblere Netzwerkabstraktion für CAF geschaffen wird. Eine Implementierung des neuen Entwurfs dient dazu, die Fähigkeiten und Grenzen aufzuzeigen, wodurch der Wert des Entwurfs für zukünftige Arbeiten bewertet werden kann.

Distributed programming relies heavily on communication over the Internet to enable the scaling and distribution of tasks across physical boundaries. The actuator model extends this by providing a network transparent communication model using messages. The C++ Actor Framework (CAF) is an implementation of the actor model that provides a network stack design that aims at a thorough transparent abstraction of the complicated network APIs. However, it is limited in both extensibility and composability, making it difficult to keep up with the ever-changing requirements for such a stack. New transport protocols such as Quick UDP Internet Connections (QUIC) or application protocols such as WebRTC would be good additions that cannot be integrated due to the current inflexible design. The work in this thesis reconsiders the current approach and proposes a new design for the abstraction of the network layer. This new approach will be finalized with respect to composability, reusability, and extensibility, thus creating a more flexible network abstraction for CAF. An implementation of the new design is used to show the capabilities and limitations, which allows assessing the value of the design for future work.