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    Extra Functional Properties Evaluation of Self-managed Software Systems with Formal Methods

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    Multitud de aplicaciones software actuales están abocadas a operar en contextos dinámicos. Estos pueden manifestarse en términos de cambios en el entorno de ejecución de la aplicación, cambios en los requisitos de la aplicación, cambios en la carga de trabajo recibida por la aplicación, o cambios en cualquiera de los elementos que la aplicación software pueda percibir y verse afectada. Además, estos contextos dinámicos no están restringidos a un dominio particular de aplicaciones sino que se pueden encontrar en múltiples dominios, tales como: sistemas empotrados, arquitecturas orientadas a servicios, clusters para computación de altas prestaciones, dispositivos móviles o software para el funcionamiento de la red. La existencia de estas características disuade a los ingenieros de desarrollar software que no sea capaz de cambiar de modo alguno su ejecución para acomodarla al contexto en el que se está ejecutando el software en cada momento. Por lo tanto, con el objetivo de que el software pueda satisfacer sus requisitos en todo momento, este debe incluir mecanismos para poder cambiar su configuración de ejecución. Además, debido a que los cambios de contexto son frecuentes y afectan a múltiples dispositivos de la aplicación, la intervención humana que cambie manualmente la configuración del software no es una solución factible. Para enfrentarse a estos desafíos, la comunidad de Ingeniería del Software ha propuesto nuevos paradigmas que posibilitan el desarrollo de software que se enfrenta a contextos cambiantes de un modo automático; por ejemplo las propuestas Autonomic Computing y Self-* Software. En tales propuestas es el propio software quien gestiona sus mecanismos para cambiar la configuración de ejecución, sin requerir por lo tanto intervención humana alguna. Un aspecto esencial del software auto-adaptativo (Self-adaptive Software es uno de los términos más generales para referirse a Self-* Software) es el de planear sus cambios o adaptaciones. Los planes de adaptación determinan tanto el modo en el que se adaptará el software como los momentos oportunos para ejecutar tales adaptaciones. Hay un gran conjunto de situaciones para las cuales la propiedad de auto- adaptación es una solución. Una de esas situaciones es la de mantener al sistema satisfaciendo sus requisitos extra funcionales, tales como la calidad de servicio (Quality of Service, QoS) y su consumo de energía. Esta tesis ha investigado esa situación mediante el uso de métodos formales. Una de las contribuciones de esta tesis es la propuesta para asentar en una arquitectura software los sistemas que son auto-adaptativos respecto a su QoS y su consumo de energía. Con este objetivo, esta parte de la investigación la guía una arquitectura de tres capas de referencia para sistemas auto-adaptativos. La bondad del uso de una arquitectura de referencia es que muestra fácilmente los nuevos desafíos en el diseño de este tipo de sistemas. Naturalmente, la planificación de la adaptación es una de las actividades consideradas en la arquitectura. Otra de las contribuciones de la tesis es la propuesta de métodos para la creación de planes de adaptación. Los métodos formales juegan un rol esencial en esta actividad, ya que posibilitan el estudio de las propiedades extra funcionales de los sistemas en diferentes configuraciones. El método formal utilizado para estos análisis es el de las redes de Petri markovianas. Una vez que se ha creado el plan de adaptación, hemos investigado la utilización de los métodos formales para la evaluación de QoS y consumo de energía de los sistemas auto-adaptativos. Por lo tanto, se ha contribuido a la comunidad de análisis de QoS con el análisis de un nuevo y particularmente complejo tipo de sistemas software. Para llevar a cabo este análisis se requiere el modelado de los cambios din·micos del contexto de ejecución, para lo que se han utilizado una variedad de métodos formales, como los Markov modulated Poisson processes para estimar los parámetros de las variaciones en la carga de trabajo recibida por la aplicación, o los hidden Markov models para predecir el estado del entorno de ejecución. Estos modelos han sido usados junto a las redes de Petri para evaluar sistemas auto-adaptativos y obtener resultados sobre su QoS y consumo de energía. El trabajo de investigación anterior sacó a la luz el hecho de que la adaptabilidad de un sistema no es una propiedad tan fácilmente cuantificable como las propiedades de QoS -por ejemplo, el tiempo de respuesta- o el consumo de energÌa. En consecuencia, se ha investigado en esa dirección y, como resultado, otra de las contribuciones de esta tesis es la propuesta de un conjunto de métricas para la cuantificación de la propiedad de adaptabilidad de sistemas basados en servicios. Para conseguir las anteriores contribuciones se realiza un uso intensivo de modelos y transformaciones de modelos; tarea para la que se han seguido las mejores prácticas en el campo de investigación de la Ingeniería orientada a modelos (Model-driven Engineering, MDE). El trabajo de investigación de esta tesis en el campo MDE ha contribuido con: el aumento de la potencia de modelado de un lenguaje de modelado de software propuesto anteriormente y métodos de transformación desde dos lenguajes de modelado de software a redes de Petri estocasticas

    Modern software cybernetics: new trends

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    Software cybernetics research is to apply a variety of techniques from cybernetics research to software engineering research. For more than fifteen years since 2001, there has been a dramatic increase in work relating to software cybernetics. From cybernetics viewpoint, the work is mainly on the first-order level, namely, the software under observation and control. Beyond the first-order cybernetics, the software, developers/users, and running environments influence each other and thus create feedback to form more complicated systems. We classify software cybernetics as Software Cybernetics I based on the first-order cybernetics, and as Software Cybernetics II based on the higher order cybernetics. This paper provides a review of the literature on software cybernetics, particularly focusing on the transition from Software Cybernetics I to Software Cybernetics II. The results of the survey indicate that some new research areas such as Internet of Things, big data, cloud computing, cyber-physical systems, and even creative computing are related to Software Cybernetics II. The paper identifies the relationships between the techniques of Software Cybernetics II applied and the new research areas to which they have been applied, formulates research problems and challenges of software cybernetics with the application of principles of Phase II of software cybernetics; identifies and highlights new research trends of software cybernetic for further research

    Model-driven development of data intensive applications over cloud resources

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    The proliferation of sensors over the last years has generated large amounts of raw data, forming data streams that need to be processed. In many cases, cloud resources are used for such processing, exploiting their flexibility, but these sensor streaming applications often need to support operational and control actions that have real-time and low-latency requirements that go beyond the cost effective and flexible solutions supported by existing cloud frameworks, such as Apache Kafka, Apache Spark Streaming, or Map-Reduce Streams. In this paper, we describe a model-driven and stepwise refinement methodological approach for streaming applications executed over clouds. The central role is assigned to a set of Petri Net models for specifying functional and non-functional requirements. They support model reuse, and a way to combine formal analysis, simulation, and approximate computation of minimal and maximal boundaries of non-functional requirements when the problem is either mathematically or computationally intractable. We show how our proposal can assist developers in their design and implementation decisions from a performance perspective. Our methodology allows to conduct performance analysis: The methodology is intended for all the engineering process stages, and we can (i) analyse how it can be mapped onto cloud resources, and (ii) obtain key performance indicators, including throughput or economic cost, so that developers are assisted in their development tasks and in their decision taking. In order to illustrate our approach, we make use of the pipelined wavefront array

    An Optimal Virtual Machine Placement Method in Cloud Computing Environment

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    Cloud computing is formally known as an Internet-centered computing technique used for computing purposes in the cloud network. It must compute on a system where an application may simultaneously run on many connected computers. Cloud computing uses computing resources to achieve the efficiency of data centres using the virtualization concept in the cloud. The load balancers consistently allocate the workloads to all the virtual machines in the cloud to avoid an overload situation. The virtualization process implements the instances from the physical state machines to fully utilize servers. Then the dynamic data centres encompass a stochastic modelling approach for resource optimization for high performance in a cloud computing environment. This paper defines the virtualization process for obtaining energy productivity in cloud data centres. The algorithm proposed involves a stochastic modelling approach in cloud data centres for resource optimization. The load balancing method is applied in the cloud data centres to obtain the appropriate efficiency

    Modern software cybernetics: New trends

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    The file attached to this record is the author's final peer reviewed version. The Publisher's final version can be found by following the DOI link.Software cybernetics research is to apply a variety of techniques from cybernetics research to software engineering research. For more than fifteen years since 2001, there has been a dramatic increase in work relating to software cybernetics. From cybernetics viewpoint, the work is mainly on the first-order level, namely, the software under observation and control. Beyond the first-order cybernetics, the software, developers/users, and running environments influence each other and thus create feedback to form more complicated systems. We classify software cybernetics as Software Cybernetics I based on the first-order cybernetics, and as Software Cybernetics II based on the higher order cybernetics. This paper provides a review of the literature on software cybernetics, particularly focusing on the transition from Software Cybernetics I to Software Cybernetics II. The results of the survey indicate that some new research areas such as Internet of Things, big data, cloud computing, cyber-physical systems, and even creative computing are related to Software Cybernetics II. The paper identifies the relationships between the techniques of Software Cybernetics II applied and the new research areas to which they have been applied, formulates research problems and challenges of software cybernetics with the application of principles of Phase II of software cybernetics; identifies and highlights new research trends of software cybernetic for further research

    Analysis of the MPEG-2 Encoding Algorithm with ROSA1 1This work has been supported by the CICYT project “Performance Evaluation of Distributed Systems”, TIC2000-0701-C02-02.

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    AbstractThe authors present both the specification and a performance analysis of the MPEG2 algorithm for video encoding, by using the Stochastic Process Algebra ROSA. This process algebra is a very general framework for describing and analyzing more complex Real Time Systems than the one presented. Some interesting results about the temporal behaviour of the algorithm and an immediate estimation of benefits when having a twin-processors platform have been obtained

    A Benchmark for ASP Systems: Resource Allocation in Business Processes

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    The goal of this paper is to benchmark Answer Set Programming (ASP) systems to test their performance when dealing with a complex optimization problem. In particular, the problem tackled is resource allocation in the area of Business Process Management (BPM). Like many other scheduling problems, the allocation of resources and starting times to business process activities is a challenging optimization problem for ASP solvers. Our problem encoding is ASP Core-2 standard compliant and it is realized in a declarative and compact fashion. We develop an instance generator that produces problem instances of different size and hardness with respect to adjustable parameters. By using the baseline encoding and the instance generator, we provide a comparison between the two award-winning ASP solvers clasp and wasp and report the grounding performance of gringo and i-dlv. The benchmark suggests that there is room for improvement concerning both the grounders and the solvers. Fostered by the relevance of the problem addressed, of which several variants have been described in different domains, we believe this is a solid application-oriented benchmark for the ASP community.Series: Working Papers on Information Systems, Information Business and Operation
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