AURA: messaging protocols for an actor-based universal architecture

The current landscape of deployment platforms and hosting technologies is extremely diverse and lacks cohesion, ranging from traditional on-site servers to advanced cloud offerings and Function-as-a-Service systems. These options differ greatly in their operational behavior, especially in terms of network stability, failure likelihood, and how they handle parallel execution. Because no unified standards exist, developers often become tied to specific vendors, and an early suboptimal choice can later require extensive reengineering and costly platform transitions. Moreover, software teams frequently need to build complex solutions to coordinate concurrent operations and protect shared state. This challenge is intensified by the reliance on proprietary cloud-native tools, which complicate local development and troubleshooting. As a result, valuable development time is diverted from business logic to platform-specific technical issues. Building on the Histrio project, this thesis introduces AURA (Actor-based Universal Architecture): a modular framework that decouples applications from underlying infrastructure, enabling seamless deployment across heterogeneous environments. AURA is based on the well-known Actor Model, where developers define actors—self-contained computational entities that interact exclusively via asynchronous messages. The runtime transparently handles state persistence and concurrency, ensuring strong consistency and exactly-once semantics without requiring developer intervention.\\ To this end, the thesis presents the messaging protocols specifically designed for AURA. These protocols constitute the core contribution of the work: rather than relying on a single mechanism, AURA provides a family of solutions that enable reliable actor-to-actor communication across different notification backends. Despite their differences, all protocols are built to ensure reliable delivery, preserve state integrity, and avoid liveness issues. By formalizing these mechanisms, the thesis establishes the foundations that allow AURA to operate robustly across diverse deployment scenarios.

L’attuale panorama delle piattaforme di deployment e delle tecnologie di hosting è estremamente vario e poco coerente, spaziando dai server tradizionali a soluzioni cloud avanzate e sistemi Function-as-a-Service. Queste opzioni differiscono notevolmente nel comportamento operativo, soprattutto per quanto riguarda stabilità della rete, probabilità di guasti e gestione dell’esecuzione parallela. In assenza di standard unificati, gli sviluppatori finiscono spesso legati a fornitori specifici, e una scelta iniziale non ottimale può richiedere in seguito ampie reingegnerizzazioni e costosi cambi di piattaforma. Inoltre, i team di sviluppo devono spesso costruire soluzioni complesse per coordinare operazioni concorrenti e proteggere lo stato condiviso. Questa difficoltà è aggravata dall’uso di strumenti cloud-native proprietari, che complicano lo sviluppo e il debugging locali. Di conseguenza, parte del tempo di sviluppo viene sottratto alla logica applicativa per gestire questioni tecniche specifiche della piattaforma. Partendo dal progetto Histrio, questa tesi introduce AURA (Actor-based Universal Architecture): un framework modulare che disaccoppia le applicazioni dall’infrastruttura sottostante, consentendo un deployment uniforme in ambienti eterogenei. AURA si basa sul noto Actor Model, in cui gli sviluppatori definiscono attori—entità computazionali autonome che interagiscono esclusivamente tramite messaggi asincroni. Il runtime gestisce in modo trasparente la persistenza dello stato e la concorrenza, garantendo strong consistency ed exactly-once semantics senza richiedere intervento da parte dello sviluppatore. A tale scopo, la tesi presenta l'insieme di protocolli di messaggistica progettati specificamente per AURA. Tali protocolli rappresentano il contributo centrale del lavoro: invece di affidarsi a un unico meccanismo, AURA offre una famiglia di soluzioni che permettono una comunicazione affidabile tra attori attraverso back-end di notifica differenti. Pur nelle loro differenze, tutti i protocolli mirano a garantire delivery affidabile, preservare l’integrità dello stato ed evitare problemi di liveness. Formalizzando questi meccanismi, la tesi pone le basi affinché AURA operi in modo robusto in scenari di deployment diversi.