Temporal verification of software components

Im Fokus dieser Arbeit steht die Einführung der Entwicklung von Software-Funktionen durch den Fahrzeughersteller und die damit verbundenen Anforderungen an eine teilweise fremdentwickelte Software für Steuergeräte. Das konkrete Ziel dieser Arbeit ist, die analytische Qualitätssicherung so zu erweitern, dass durch dynamische, strukturorientierte Tests vollständige und verlässliche Ergebnisse zur Bewertung des zeitlichen Verhaltens von Software-Funktionen möglich sind, ohne den Aufwand etablierter Test wesentlich zu erhöhen. Dafür werden die Elemente der analytischen Qualitätssicherung untersucht sowie der organisatorische und technische Rahmen, in dem sich die Laufzeitanalyse einbetten muss, betrachtet. Der Stand der Technik zum Software-Test wird vorgestellt und die bestehenden Unzulänglichkeiten zu-sammengefasst. Das Prüfkonzept stellt eine Vorgehensweise zur Lösung dieser Problemstellung bereit. Ziel ist es, das zeitliche Verhalten der Software frühzeitig abzusichern. Hieraus wird eine Strategie zum temporalen, dynamischen, strukturorientierten Test formuliert und die notwendigen Anforderungen an den Software-Modultest abgeleitet. Es wird als neuer Ansatz ein temporaler Regressionstest eingeführt, um die Aufwendungen für das Testen zu reduzieren. Dazu wird ein Messprozess zur Erfassung der Laufzeit definiert und ein eigenständiges Konzept zur Analyse von Laufzeitmessdaten vorgestellt. Die Implementierung dieses Prüfkonzeptes in Form von Verfahren und Werkzeugen wird für das Referenzbeispiel eines Motorsteuergerätes zur Verfügung gestellt, um eine Evaluierung des Prüfkonzeptes zu ermöglichen. Hierfür werden übertragbare Ansätze zur Datengewinnung und zur Datenanalyse entworfen, die an ausgewählten Fallstudien diskutiert werden. Das Ziel der hier dargestellten Fallstudien ist es, die Wirksamkeit des temporalen Prüfkonzeptes und dessen Implementierung in Techniken und Werkzeuge zu demonstrieren.The key focus of this work is the introduction of the development of software components by the vehicle manufacturer and the associated requirements for software for engine control units (ECU) partly developed elsewhere. The main aim of this work consists of the expansion of the analytical quality assurance in such a way that complete and reliable evaluation of runtime behaviour of software components is achieved by dynamic, structure-oriented tests without considerably increasing the hard work needed to create elaborate tests. Therefore, the details of the analytical quality assurance as well as the organizational and technical framework, in which the execution time analysis has to be embedded, are examined. The current techniques for software tests will be presented and existing deficiencies summarized. This verification concept presents a procedure to eliminate existing deficiencies. The key is to collect the execution time characteristics of the software components in the early stages of development, that serves as the base for deducing a strategy for the temporal, dynamic, structure-oriented tests and the necessary requirements for the software module test. As a new approach, a temporal regression test is introduced to reduce test efforts. A measurement procedure to measure the execution time and an independent concept to analyze measured data is presented. The verification concept is evaluated by implementing it as a tool for a reference ECU example. For this purpose, portable approaches are developed for obtaining and analysing data and discussed for selected case studies. The selected case studies focus on demonstrating the efficiency of the temporal verification concept and its application in practice as a tool

Adaptives Caching in verteilten Informationssysteme

In dieser Arbeit stellen wir eine neuartige Methode für verteiltes Caching vor, die das Ausnutzen des aggregierten Hauptspeichers eines lokalen Rechnernetzwerkes für datenintensive Anwendungen erlaubt. Ein detailliertes Kostenmodell dient als Basis für die Bestimmung einer guten Cache-Allokation. Da im allgemeinen die Eingabegrößen für dieses Kostenmodell im Online- Fall nicht a priori bekannt sind und darüber hinaus dynamisch schwanken können, werden speziell angepaßte Protokolle zur Bestimmung und Verteilung dieser Informationen benutzt. Durch eine approximative Online-Auswertung des Kostenmodells paßt sich unsere Caching-Strategie adaptiv an die aktuelle Last an und kann dadurch Engpäße auf den Systemressourcen verhindern. Zur Vermeidung von Lastungleichgewichten wird aus dem Kostenmodell zusätzlich eine Lastverteilungsheuristik abgeleitet, die im Hintergrund zielgerichtete Migrationen von Objekten zur Balancierung des Systems durchführen kann. Sowohl die Anpassung an die aktuelle Last als auch die Vermeidung von Ungleichgewichten führt zu einer — verglichen mit bisherigen Methoden — deutlich besseren Leistungsfähigkeit unserer Heuristik. Eine Erweiterung des entwickelten Caching- Verfahrens berechnet eine Partitionierung des aggregierten Hauptspeichers, so daß Antwortzeitziele für unterschiedliche Klassen von Operationen sichergestellt werden.This dissertation presents a new method for distributed caching to exploit the aggregate memory of networks of workstations in data-intensive applications. The approach is based on a detailed cost model to compute a good cache allocation. As the input parameters for the cost model are in general a-priori unkown and possibly evolve, we use specifically designed protocols to estimate and disseminate this information. Using an approximative online evaluation of the cost model,our caching heuristics adapts automatically to evolving workloads and thus avoids bottlenecks on system resources. To prevent load imbalances we further derive a load distribution method from the cost model. This load distribution method asynchronously migrates objects from highly loaded nodes onto lightly loaded nodes. The adaptation to the current workload and the prevention of imbalances result in significant performance improvements compared to prior methods. We further present a goal-oriented extension of the developed caching method, which determines a partitioning of the aggregate cache to satisfy given response-time goals for different classes of operations

Adaptives Caching in verteilten Informationssysteme

In dieser Arbeit stellen wir eine neuartige Methode für verteiltes Caching vor, die das Ausnutzen des aggregierten Hauptspeichers eines lokalen Rechnernetzwerkes für datenintensive Anwendungen erlaubt. Ein detailliertes Kostenmodell dient als Basis für die Bestimmung einer guten Cache-Allokation. Da im allgemeinen die Eingabegrößen für dieses Kostenmodell im Online- Fall nicht a priori bekannt sind und darüber hinaus dynamisch schwanken können, werden speziell angepaßte Protokolle zur Bestimmung und Verteilung dieser Informationen benutzt. Durch eine approximative Online-Auswertung des Kostenmodells paßt sich unsere Caching-Strategie adaptiv an die aktuelle Last an und kann dadurch Engpäße auf den Systemressourcen verhindern. Zur Vermeidung von Lastungleichgewichten wird aus dem Kostenmodell zusätzlich eine Lastverteilungsheuristik abgeleitet, die im Hintergrund zielgerichtete Migrationen von Objekten zur Balancierung des Systems durchführen kann. Sowohl die Anpassung an die aktuelle Last als auch die Vermeidung von Ungleichgewichten führt zu einer — verglichen mit bisherigen Methoden — deutlich besseren Leistungsfähigkeit unserer Heuristik. Eine Erweiterung des entwickelten Caching- Verfahrens berechnet eine Partitionierung des aggregierten Hauptspeichers, so daß Antwortzeitziele für unterschiedliche Klassen von Operationen sichergestellt werden.This dissertation presents a new method for distributed caching to exploit the aggregate memory of networks of workstations in data-intensive applications. The approach is based on a detailed cost model to compute a good cache allocation. As the input parameters for the cost model are in general a-priori unkown and possibly evolve, we use specifically designed protocols to estimate and disseminate this information. Using an approximative online evaluation of the cost model,our caching heuristics adapts automatically to evolving workloads and thus avoids bottlenecks on system resources. To prevent load imbalances we further derive a load distribution method from the cost model. This load distribution method asynchronously migrates objects from highly loaded nodes onto lightly loaded nodes. The adaptation to the current workload and the prevention of imbalances result in significant performance improvements compared to prior methods. We further present a goal-oriented extension of the developed caching method, which determines a partitioning of the aggregate cache to satisfy given response-time goals for different classes of operations