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

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

Methodologies synthesis

This deliverable deals with the modelling and analysis of interdependencies between critical infrastructures, focussing attention on two interdependent infrastructures studied in the context of CRUTIAL: the electric power infrastructure and the information infrastructures supporting management, control and maintenance functionality. The main objectives are: 1) investigate the main challenges to be addressed for the analysis and modelling of interdependencies, 2) review the modelling methodologies and tools that can be used to address these challenges and support the evaluation of the impact of interdependencies on the dependability and resilience of the service delivered to the users, and 3) present the preliminary directions investigated so far by the CRUTIAL consortium for describing and modelling interdependencies

A generic framework for process execution and secure multi-party transaction authorization

Process execution engines are not only an integral part of workflow and business process management systems but are increasingly used to build process-driven applications. In other words, they are potentially used in all kinds of software across all application domains. However, contemporary process engines and workflow systems are unsuitable for use in such diverse application scenarios for several reasons. The main shortcomings can be observed in the areas of interoperability, versatility, and programmability. Therefore, this thesis makes a step away from domain specific, monolithic workflow engines towards generic and versatile process runtime frameworks, which enable integration of process technology into all kinds of software. To achieve this, the idea and corresponding architecture of a generic and embeddable process virtual machine (ePVM), which supports defining process flows along the theoretical foundation of communicating extended finite state machines, are presented. The architecture focuses on the core process functionality such as control flow and state management, monitoring, persistence, and communication, while using JavaScript as a process definition language. This approach leads to a very generic yet easily programmable process framework. A fully functional prototype implementation of the proposed framework is provided along with multiple example applications. Despite the fact that business processes are increasingly automated and controlled by information systems, humans are still involved, directly or indirectly, in many of them. Thus, for process flows involving sensitive transactions, a highly secure authorization scheme supporting asynchronous multi-party transaction authorization must be available within process management systems. Therefore, along with the ePVM framework, this thesis presents a novel approach for secure remote multi-party transaction authentication - the zone trusted information channel (ZTIC). The ZTIC approach uniquely combines multiple desirable properties such as the highest level of security, ease-of-use, mobility, remote administration, and smooth integration with existing infrastructures into one device and method. Extensively evaluating both, the ePVM framework and the ZTIC, this thesis shows that ePVM in combination with the ZTIC approach represents a unique and very powerful framework for building workflow systems and process-driven applications including support for secure multi-party transaction authorization

Eighth Workshop and Tutorial on Practical Use of Coloured Petri Nets and the CPN Tools, Aarhus, Denmark, October 22-24, 2007

This booklet contains the proceedings of the Eighth Workshop on Practical Use of Coloured Petri Nets and the CPN Tools, October 22-24, 2007. The workshop is organised by the CPN group at the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark. The papers are also available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/CPnets/workshop0

MACHS: Mitigating the Achilles Heel of the Cloud through High Availability and Performance-aware Solutions

Cloud computing is continuously growing as a business model for hosting information and communication technology applications. However, many concerns arise regarding the quality of service (QoS) offered by the cloud. One major challenge is the high availability (HA) of cloud-based applications. The key to achieving availability requirements is to develop an approach that is immune to cloud failures while minimizing the service level agreement (SLA) violations. To this end, this thesis addresses the HA of cloud-based applications from different perspectives. First, the thesis proposes a component’s HA-ware scheduler (CHASE) to manage the deployments of carrier-grade cloud applications while maximizing their HA and satisfying the QoS requirements. Second, a Stochastic Petri Net (SPN) model is proposed to capture the stochastic characteristics of cloud services and quantify the expected availability offered by an application deployment. The SPN model is then associated with an extensible policy-driven cloud scoring system that integrates other cloud challenges (i.e. green and cost concerns) with HA objectives. The proposed HA-aware solutions are extended to include a live virtual machine migration model that provides a trade-off between the migration time and the downtime while maintaining HA objective. Furthermore, the thesis proposes a generic input template for cloud simulators, GITS, to facilitate the creation of cloud scenarios while ensuring reusability, simplicity, and portability. Finally, an availability-aware CloudSim extension, ACE, is proposed. ACE extends CloudSim simulator with failure injection, computational paths, repair, failover, load balancing, and other availability-based modules

Measurements, Models, Systems and Design

531 s.

Embedded System Design

A unique feature of this open access textbook is to provide a comprehensive introduction to the fundamental knowledge in embedded systems, with applications in cyber-physical systems and the Internet of things. It starts with an introduction to the field and a survey of specification models and languages for embedded and cyber-physical systems. It provides a brief overview of hardware devices used for such systems and presents the essentials of system software for embedded systems, including real-time operating systems. The author also discusses evaluation and validation techniques for embedded systems and provides an overview of techniques for mapping applications to execution platforms, including multi-core platforms. Embedded systems have to operate under tight constraints and, hence, the book also contains a selected set of optimization techniques, including software optimization techniques. The book closes with a brief survey on testing. This fourth edition has been updated and revised to reflect new trends and technologies, such as the importance of cyber-physical systems (CPS) and the Internet of things (IoT), the evolution of single-core processors to multi-core processors, and the increased importance of energy efficiency and thermal issues