Seminar FoundationDB – Testing, Simulation und Fehleranalyse

Das Einzelseminar vermittelt Invarianten, reproduzierbare Testcluster, Binding-Kompatibilität, Konkurrenztests, Fehlerinjektion, Simulation, Konsistenzprüfung und Release-Gates. Die Themen werden von der fachlichen Einordnung über die Konfiguration beziehungsweise Implementierung bis zur kontrollierten Prüfung in einer zusammenhängenden Laborumgebung bearbeitet.

Jeder Themenblock enthält eine eigene Inhaltsübersicht, konkrete Arbeitsschritte und Prüfpunkte. Konfigurationen, Datenmodelle und Betriebsentscheidungen werden so dokumentiert, dass sie in Projekt- und Betriebsstandards übernommen werden können.

Inhaltsübersicht

1. 1. Teststrategie und Invariantenkatalog
2. 2. Reproduzierbare Testcluster und Datensätze
3. 3. Binding- und Kompatibilitätstests
4. 4. Deterministische Konkurrenz- und Retry-Tests
5. 5. Fehlerinjektion auf Prozess-, Host- und Netzwerkebene
6. 6. Deterministische Simulation und Fehlerraum
7. 7. Datenkonsistenzprüfung und Reparaturstrategie
8. 8. Release-Gates und Störungsfreigabe

1. Teststrategie und Invariantenkatalog

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 1.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 1.2 Fachthemen
3. 1.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 1.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

Die Teststrategie verbindet Anwendungskorrektheit mit verteiltem Fehlverhalten. Jede kritische Invariante erhält mindestens einen Konkurrenz- und Wiederholungstest.

Fachthemen

• Unit-, Integrations- und Systemtests
• Fachliche Invarianten
• Last- und Fehlertests

Schritt-für-Schritt-Übung: einen Testkatalog erstellen

1. Schritt 1: Kritische fachliche und technische Invarianten sammeln.
2. Schritt 2: Tests nach Unit, Binding-Integration, Cluster, Last und Failure Injection gliedern.
3. Schritt 3: Deterministische Ausgangsdaten und Rücksetzverfahren definieren.
4. Schritt 4: Erfolgskriterien, Messwerte und Fehlersignaturen festlegen.
5. Schritt 5: Tests in Release-Gates und regelmäßige Betriebsübungen einordnen.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt Unit-, Integrations- und Systemtests und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von fachliche Invarianten ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.

2. Reproduzierbare Testcluster und Datensätze

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 2.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 2.2 Fachthemen
3. 2.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 2.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

Testcluster müssen schnell reproduzierbar und eindeutig von Produktion getrennt sein. Konfiguration, Version und Datenfixture werden gemeinsam versioniert.

Fachthemen

• Isolierte Clusterdatei
• Versionierung der Konfiguration
• Fixture und Cleanup

Schritt-für-Schritt-Übung: eine Testumgebung automatisieren

1. Schritt 1: Isolierte Ports, Pfade und Clusterdateien definieren.
2. Schritt 2: Server- und Clientversionen als Testparameter festhalten.
3. Schritt 3: Clusterstart, Konfiguration und Gesundheitsprüfung skripten.
4. Schritt 4: Fixtures mit getrennten Präfixen oder Tenants laden.
5. Schritt 5: Cleanup, Neustart und vollständigen Neuaufbau automatisiert testen.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt isolierte Clusterdatei und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von Versionierung der Konfiguration ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.

3. Binding- und Kompatibilitätstests

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 3.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 3.2 Fachthemen
3. 3.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 3.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

Sprachbindungen und native Clientbibliothek müssen zum Server und zum gespeicherten Format passen. Tests decken Rolloutphasen mit gemischten Clientversionen ab.

Fachthemen

• API-Version
• Tuple-Kompatibilität
• Client- und Servermatrix

Schritt-für-Schritt-Übung: eine Kompatibilitätsmatrix testen

1. Schritt 1: Unterstützte Server-, Client-, Binding- und API-Versionen erfassen.
2. Schritt 2: Pack- und Unpack-Ergebnisse für persistierte Schlüssel vergleichen.
3. Schritt 3: Alte und neue Clients parallel gegen einen Testcluster ausführen.
4. Schritt 4: Fehlercodes und Retry-Verhalten bei inkompatiblen Kombinationen prüfen.
5. Schritt 5: Freigegebene Matrix und Ausschlusskriterien dokumentieren.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt API-Version und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von Tuple-Kompatibilität ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.

4. Deterministische Konkurrenz- und Retry-Tests

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 4.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 4.2 Fachthemen
3. 4.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 4.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

Nebenläufigkeit wird durch steuerbare Interleavings reproduzierbar. Der Test prüft nicht nur den Endwert, sondern auch Commit-Anzahl, Retry-Verlauf und Abschlussnachweise.

Fachthemen

• Barrieren und Interleavings
• Konflikte
• Unbekannte Ergebnisse und Deduplizierung

Schritt-für-Schritt-Übung: einen deterministischen Konkurrenzfehler reproduzieren

1. Schritt 1: Zwei Operationen und eine zu schützende Invariante auswählen.
2. Schritt 2: Lese- und Commitpunkte mit Barrieren synchronisieren.
3. Schritt 3: Konfliktbehaftete und konfliktfreie Reihenfolgen ausführen.
4. Schritt 4: Unbekannten Commit-Status oder Prozessabbruch injizieren.
5. Schritt 5: Endzustand, Deduplizierung und Wiederaufnahme automatisch prüfen.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt Barrieren und Interleavings und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von Konflikte ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.

5. Fehlerinjektion auf Prozess-, Host- und Netzwerkebene

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 5.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 5.2 Fachthemen
3. 5.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 5.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

Fehler werden kontrolliert, einzeln und mit klaren Sicherheitsgrenzen injiziert. Ziel ist die Beobachtung von Recovery und Anwendungsauswirkung, nicht ein unkontrollierter Chaosversuch.

Fachthemen

• Prozessabbruch
• Latenz und Paketverlust
• Datenträger- und Kapazitätsengpass

Schritt-für-Schritt-Übung: einen Failure-Injection-Test durchführen

1. Schritt 1: Ausfallmodell, erwartetes Verhalten und Stop-Kriterien festlegen.
2. Schritt 2: Status und Last als Baseline erfassen.
3. Schritt 3: Genau einen Fehler wie Prozessabbruch oder Netzverzögerung auslösen.
4. Schritt 4: Recovery, Clientfehler, Latenz und Redundanz messen.
5. Schritt 5: Vollständigen Normalzustand vor dem nächsten Fehler bestätigen.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt Prozessabbruch und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von Latenz und Paketverlust ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.

6. Deterministische Simulation und Fehlerraum

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 6.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 6.2 Fachthemen
3. 6.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 6.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

FoundationDB nutzt deterministische Simulation intensiv für verteilte Fehlerfälle. Das Seminar vermittelt Konzept, Auswertung und Ableitung eigener testbarer Störungsmodelle, ohne interne Entwicklungsumgebungen vorauszusetzen.

Fachthemen

• Simulierte Zeit und Netzwerk
• Seeds und Reproduzierbarkeit
• Workloads und Assertions

Schritt-für-Schritt-Übung: einen simulationsnahen Testfall spezifizieren

1. Schritt 1: Systemzustand, Workload und zu prüfende Invariante beschreiben.
2. Schritt 2: Fehlerereignisse und zeitliche Reihenfolge explizit festlegen.
3. Schritt 3: Seed, Konfiguration und Datenfixture reproduzierbar speichern.
4. Schritt 4: Assertions für Sicherheit, Verfügbarkeit und Fortschritt definieren.
5. Schritt 5: Fehler minimieren und als stabilen Regressionstest übernehmen.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt simulierte Zeit und Netzwerk und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von Seeds und Reproduzierbarkeit ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.

7. Datenkonsistenzprüfung und Reparaturstrategie

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 7.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 7.2 Fachthemen
3. 7.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 7.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

Konsistenzprüfungen vergleichen Primärdaten, Indizes und abgeleitete Zustände. Reparaturen sind idempotent, bereichsweise und vollständig protokolliert.

Fachthemen

• Referenzwerte und Checksummen
• Index- und Sichtprüfung
• Sichere Reparatur

Schritt-für-Schritt-Übung: eine Konsistenzprüfung implementieren

1. Schritt 1: Zu prüfende Invarianten und Schlüsselbereiche festlegen.
2. Schritt 2: Bestände mit begrenzten Range Reads und Fortsetzungsmarken scannen.
3. Schritt 3: Abweichungen eindeutig klassifizieren und unverändert protokollieren.
4. Schritt 4: Idempotente Reparaturtransaktion pro Abweichung definieren.
5. Schritt 5: Reparatur zunächst im Dry-Run und anschließend mit Nachprüfung ausführen.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt Referenzwerte und Checksummen und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von Index- und Sichtprüfung ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.

8. Release-Gates und Störungsfreigabe

Kapitelinhaltsverzeichnis

1. 8.1 Einordnung und Zielsetzung
2. 8.2 Fachthemen
3. 8.3 Schritt-für-Schritt-Übung
4. 8.4 Prüfpunkte

Einordnung und Zielsetzung

Eine Version wird nur freigegeben, wenn fachliche Invarianten, Kompatibilität, Last und Wiederherstellung nachgewiesen sind. Ergebnisse sind reproduzierbar und revisionsfähig.

Fachthemen

• Korrektheit
• Kompatibilität und Performance
• Recovery und Rollback

Schritt-für-Schritt-Übung: ein Release-Gate automatisieren

1. Schritt 1: Verpflichtende Testgruppen und Grenzwerte definieren.
2. Schritt 2: Testcluster und Datensätze automatisiert bereitstellen.
3. Schritt 3: Konkurrenz-, Last-, Upgrade- und Recovery-Tests ausführen.
4. Schritt 4: Ergebnisse maschinell bewerten und Artefakte archivieren.
5. Schritt 5: Freigabe blockieren, wenn ein Grenzwert oder Nachweis fehlt.

Prüfpunkte

• Die Umsetzung berücksichtigt Korrektheit und ist reproduzierbar dokumentiert.
• Das Verhalten von Kompatibilität und Performance ist mit einem positiven und einem negativen Testfall geprüft.
• Abbruch-, Rückfall- und Eskalationskriterien sind eindeutig benannt.