Configuration Analysis for Large Scale Feature Models: Towards Speculative-Based Solutions

Los sistemas de alta variabilidad son sistemas de software en los que la gestión de la variabilidad es una actividad central. Algunos ejemplos actuales de sistemas de alta variabilidad son el sistema web de gesión de contenidos Drupal, el núcleo de Linux, y las distribuciones Debian de Linux. La configuración en sistemas de alta variabilidad es la selección de opciones de configuración según sus restricciones de configuración y los requerimientos de usuario. Los modelos de características son un estándar “de facto” para modelar las funcionalidades comunes y variables de sistemas de alta variabilidad. No obstante, el elevado número de componentes y configuraciones que un modelo de características puede contener hacen que el análisis manual de estos modelos sea una tarea muy costosa y propensa a errores. Así nace el análisis automatizado de modelos de características con mecanismos y herramientas asistidas por computadora para extraer información de estos modelos. Las soluciones tradicionales de análisis automatizado de modelos de características siguen un enfoque de computación secuencial para utilizar una unidad central de procesamiento y memoria. Estas soluciones son adecuadas para trabajar con sistemas de baja escala. Sin embargo, dichas soluciones demandan altos costos de computación para trabajar con sistemas de gran escala y alta variabilidad. Aunque existan recusos informáticos para mejorar el rendimiento de soluciones de computación, todas las soluciones con un enfoque de computación secuencial necesitan ser adaptadas para el uso eficiente de estos recursos y optimizar su rendimiento computacional. Ejemplos de estos recursos son la tecnología de múltiples núcleos para computación paralela y la tecnología de red para computación distribuida. Esta tesis explora la adaptación y escalabilidad de soluciones para el analisis automatizado de modelos de características de gran escala. En primer lugar, nosotros presentamos el uso de programación especulativa para la paralelización de soluciones. Además, nosotros apreciamos un problema de configuración desde otra perspectiva, para su solución mediante la adaptación y aplicación de una solución no tradicional. Más tarde, nosotros validamos la escalabilidad y mejoras de rendimiento computacional de estas soluciones para el análisis automatizado de modelos de características de gran escala. Concretamente, las principales contribuciones de esta tesis son: • Programación especulativa para la detección de un conflicto mínimo y 1 2 preferente. Los algoritmos de detección de conflictos mínimos determinan el conjunto mínimo de restricciones en conflicto que son responsables de comportamiento defectuoso en el modelo en análisis. Nosotros proponemos una solución para, mediante programación especulativa, ejecutar en paralelo y reducir el tiempo de ejecución de operaciones de alto costo computacional que determinan el flujo de acción en la detección de conflicto mínimo y preferente en modelos de características de gran escala. • Programación especulativa para un diagnóstico mínimo y preferente. Los algoritmos de diagnóstico mínimo determinan un conjunto mínimo de restricciones que, por una adecuada adaptación de su estado, permiten conseguir un modelo consistente o libre de conflictos. Este trabajo presenta una solución para el diagnóstico mínimo y preferente en modelos de características de gran escala mediante la ejecución especulativa y paralela de operaciones de alto costo computacional que determinan el flujo de acción, y entonces disminuir el tiempo de ejecución de la solución. • Completar de forma mínima y preferente una configuración de modelo por diagnóstico. Las soluciones para completar una configuración parcial determinan un conjunto no necesariamente mínimo ni preferente de opciones para obtener una completa configuración. Esta tesis soluciona el completar de forma mínima y preferente una configuración de modelo mediante técnicas previamente usadas en contexto de diagnóstico de modelos de características. Esta tesis evalua que todas nuestras soluciones preservan los valores de salida esperados, y también presentan mejoras de rendimiento en el análisis automatizado de modelos de características con modelos de gran escala en las operaciones descrita

Konsistente Feature Modell gesteuerte Softwareproduktlinien Evolution

SPLs are an approach to manage families of closely related software systems in terms of configurable functionality. A feature model captures common and variable functionalities of an SPL on a conceptual level in terms of features. Reusable artifacts, such as code, documentation, or tests are related to features using a feature-artifact mapping. A product of an SPL can be derived by selecting features in a configuration. Over the course of time, SPLs and their artifacts are subject to change. As SPLs are particularly complex, their evolution is a challenging task. Consequently, SPL evolution must be thoroughly planned well in advance. However, plans typically do not turn out as expected and, thus, replanning is required. Feature models lean themselves for driving SPL evolution. However, replanning of feature-model evolution can lead to inconsistencies and feature-model anomalies may be introduced during evolution. Along with feature-model evolution, other SPL artifacts, especially configurations, need to consistently evolve. The work of this thesis provides remedy to the aforementioned challenges by presenting an approach for consistent evolution of SPLs. The main contributions of this thesis can be distinguished into three key areas: planning and replanning feature-model evolution, analyzing feature-model evolution, and consistent SPL artifact evolution. As a starting point for SPL evolution, we introduce Temporal Feature Models (TFMs) that allow capturing the entire evolution timeline of a feature model in one artifact, i.e., past history, present changes, and planned evolution steps. We provide an execution semantics of feature-model evolution operations that guarantees consistency of feature-model evolution timelines. To keep feature models free from anomalies, we introduce analyses to detect anomalies in feature-model evolution timelines and explain these anomalies in terms of their causing evolution operations. To enable consistent SPL artifact evolution, we generalize the concept of modeling evolution timelines in TFMs to be applicable for any modeling language. Moreover, we provide a methodology that enables involved engineers to define and use guidance for configuration evolution.Softwareproduktlinien (SPLs) ermöglichen es, konfigurierbare Funktionalität von eng verwandten Softwaresystemen zu verwalten. In einem Feature Modell werden gemeinsame und variable Funktionalitäten einer SPL auf Basis abstrakter Features modelliert. Wiederverwendbare Artefakte werden in einem Feature-Artefakt Mapping Features zugeordnet. Ein Produkt einer SPL kann abgeleitet werden, indem Features in einer Konfiguration ausgewählt werden. Im Laufe der Zeit müssen sich SPLs und deren Artefakte verändern. Da SPLs ganze Softwarefamilien modellieren, ist deren Evolution eine besonders herausfordernde Aufgabe, die gründlich im Voraus geplant werden muss. Feature Modelle eignen sich besonders als Planungsmittel einer SPL. Umplanung von Feature Modell Evolution kann jedoch zu Inkonsistenzen führen und Feature Modell Anomalien können im Zuge der Evolution eingeführt werden. Im Anschluss an die Feature Modell Evolution muss die Evolution anderer SPL Artefakte, insbesondere Konfigurationen, konsistent modelliert werden. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur konsistenten Evolution von SPLs vorgestellt, der die zuvor genannten Herausforderungen adressiert. Die Beiträge dieser Arbeit lassen sich in drei Kernbereiche aufteilen: Planung und Umplanung von Feature Modell Evolution, Analyse von Feature Modell Evolution und konsistente Evolution von SPL Artefakten. Temporal Feature Models (TFMs) werden als Startpunkt für SPL Evolution eingeführt. In einem TFM wird die gesamte Evolutionszeitlinie eines Feature Modells in einem Artefakt abgebildet, was sowohl vergangene Änderungen, den aktuellen Zustand, als auch geplante Änderungen beinhaltet. Auf Basis einer Ausführungssemantik wird die Konsistenz von Feature Modell Evolutionszeitlinien sichergestellt. Um Feature Modelle frei von Anomalien zu halten, werden Analysen eingeführt, welche die gesamte Evolutionszeitlinie eines Feature Modells auf Anomalien untersucht und diese mit verursachenden Evolutionsoperationen erklärt. Das Konzept zur Modellierung von Feature Modell Evolutionszeitlinien aus TFMs wird verallgemeinert, um die gesamte Evolution von Modellen beliebiger Modellierungssprachen spezifizieren zu können. Des Weiteren wird eine Methodik vorgestellt, die beteiligten Ingenieuren eine geführte Evolution von Konfigurationen ermöglicht

Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems

This book is Open Access under a CC BY licence. The LNCS 11427 and 11428 proceedings set constitutes the proceedings of the 25th International Conference on Tools and Algorithms for the Construction and Analysis of Systems, TACAS 2019, which took place in Prague, Czech Republic, in April 2019, held as part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2019. The total of 42 full and 8 short tool demo papers presented in these volumes was carefully reviewed and selected from 164 submissions. The papers are organized in topical sections as follows: Part I: SAT and SMT, SAT solving and theorem proving; verification and analysis; model checking; tool demo; and machine learning. Part II: concurrent and distributed systems; monitoring and runtime verification; hybrid and stochastic systems; synthesis; symbolic verification; and safety and fault-tolerant systems

Feature-based configuration management of reconfigurable cloud applications

A recent trend in software industry is to provide enterprise applications in the cloud that are accessible everywhere and on any device. As the market is highly competitive, customer orientation plays an important role. Companies therefore start providing applications as a service, which are directly configurable by customers in an online self-service portal. However, customer configurations are usually deployed in separated application instances. Thus, each instance is provisioned manually and must be maintained separately. Due to the induced redundancy in software and hardware components, resources are not optimally utilized. A multi-tenant aware application architecture eliminates redundancy, as a single application instance serves multiple customers renting the application. The combination of a configuration self-service portal with a multi-tenant aware application architecture allows serving customers just-in-time by automating the deployment process. Furthermore, self-service portals improve application scalability in terms of functionality, as customers can adapt application configurations on themselves according to their changing demands. However, the configurability of current multi-tenant aware applications is rather limited. Solutions implementing variability are mainly developed for a single business case and cannot be directly transferred to other application scenarios. The goal of this thesis is to provide a generic framework for handling application variability, automating configuration and reconfiguration processes essential for self-service portals, while exploiting the advantages of multi-tenancy. A promising solution to achieve this goal is the application of software product line methods. In software product line research, feature models are in wide use to express variability of software intense systems on an abstract level, as features are a common notion in software engineering and prominent in matching customer requirements against product functionality. This thesis introduces a framework for feature-based configuration management of reconfigurable cloud applications. The contribution is three-fold. First, a development strategy for flexible multi-tenant aware applications is proposed, capable of integrating customer configurations at application runtime. Second, a generic method for defining concern-specific configuration perspectives is contributed. Perspectives can be tailored for certain application scopes and facilitate the handling of numerous configuration options. Third, a novel method is proposed to model and automate structured configuration processes that adapt to varying stakeholders and reduce configuration redundancies. Therefore, configuration processes are modeled as workflows and adapted by applying rewrite rules triggered by stakeholder events. The applicability of the proposed concepts is evaluated in different case studies in the industrial and academic context. Summarizing, the introduced framework for feature-based configuration management is a foundation for automating configuration and reconfiguration processes of multi-tenant aware cloud applications, while enabling application scalability in terms of functionality

Automatisierte Analyse integrierter Software-Produktlinien-Spezifikationen

Der Trend zur Digitalisierung führt zu neuen Anwendungsszenarien (z.B. Industrie 4.0, Internet der Dinge, intelligente Stromnetze), die laufzeitadaptive Software-Systeme erfordern, die sich durch kontinuierliche Rekonfiguration an verändernde Umgebungsbedingungen anpassen. Integrierte Software-Produktlinien-Spezifikationen ermöglichen die präzise Beschreibung von Konsistenzeigenschaften derartiger Systeme in einer einheitlichen Repräsentation. So bietet die Spezifikationssprache Clafer sowohl Sprachmittel zur Charakterisierung der Laufzeitvariabilität eines Systems als auch für die rekonfigurierbaren Bestandteile der Systemarchitektur sowie komplexer Abhängigkeiten. In Clafer-Spezifikationen werden hierzu Sprachkonstrukte aus UML-Klassendiagrammen und Meta-Modellierungssprachen zusammen mit Feature-orientierten Modellierungstechniken und Constraints in Prädikatenlogik erster Stufe kombiniert. Durch die beträchtliche Ausdrucksstärke neigen derartige integrierte Produktlinien-Spezifikationen in der Praxis dazu, sehr komplex zu werden (z.B. aufgrund versteckter Abhängigkeiten zwischen Konfigurationsoptionen und Komponenten). Sie sind daher äußerst anfällig für Spezifikationsfehler in Form von Inkonsistenzen oder Entwurfsschwächen in Form von Anomalien. Inkonsistenzen und Anomalien müssen jedoch möglichst früh im Entwurfsprozess erkannt und behoben werden, um drastische Folgekosten zur Laufzeit eines Systems zu vermeiden. Aus diesem Grund sind statische Analysetechniken zur automatisierten Analyse integrierter Software-Produktlinien-Spezifikationen unabdingbar. Existierende Ansätze zur Konsistenzprüfung erfordern, dass der Suchraum für die Instanzsuche vorab entweder manuell oder durch heuristisch identifizierte Schranken eingeschränkt wird. Da, falls keine Instanz gefunden werden kann, nicht bekannt ist, ob dies durch einen zu klein gewählten Suchraum oder eine tatsächliche Inkonsistenz verursacht wurde, sind existierende Analyseverfahren inhärent unvollständig und praktisch nur eingeschränkt nutzbar. Darüber hinaus wurden bisher noch keine Analysen zur Identifikation von Anomalien vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in Variabilitätsmodellen auftreten können. Weiterhin erlauben existierende Verfahren zwar die Handhabung von ganzzahligen Attributen, ermöglichen jedoch keine effiziente Analyse von Spezifikationen die zusätzlich reellwertige Attribute aufweisen. In dieser Arbeit präsentieren wir einen Ansatz zur automatisierten Analyse integrierter Software-Produktlinien-Spezifikationen, die in der Sprache Clafer spezifiziert sind. Hierfür präsentieren wir eine ganzheitliche Spezifikation der strukturellen Konsistenzeigenschaften laufzeitadaptiver Software-Systeme und schlagen neuartige Anomalietypen vor, die in Clafer-Spezifikationen auftreten können. Wir charakterisieren eine Kernsprache, die eine vollständige und korrekte Analyse von Clafer-Spezifikationen ermöglicht. Wir führen zusätzlich eine neuartige semantische Repräsentation als mathematisches Optimierungsproblem ein, die über die Kernsprache hinaus eine effiziente Analyse praxisrelevanter Clafer-Spezifikationen ermöglicht und die Anwendung etablierter Standard-Lösungsverfahren erlaubt. Die Methoden und Techniken dieser Arbeit werden anhand eines durchgängigen Beispiels eines selbst-adaptiven Kommunikationssystems illustriert und prototypisch implementiert. Die experimentelle Evaluation zeigt die Effektivität unseres Analyseverfahrens sowie erhebliche Verbesserungen der Laufzeiteffizienz im Vergleich zu etablierten Verfahren

XXIII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación - CACIC 2017 : Libro de actas

Trabajos presentados en el XXIII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación (CACIC), celebrado en la ciudad de La Plata los días 9 al 13 de octubre de 2017, organizado por la Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI) y la Facultad de Informática de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP).Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI