Effect preservation in transaction processing in rule triggering systems

Rules provide an expressive means for implementing database behavior: They cope with changes and their ramifications. Rules are commonly used for integrity enforcement, i.e., for repairing database actions in a way that integrity constraints are kept. Yet, Rule Triggering Systems fall short in enforcing effect preservation, i.e., guaranteeing that repairing events do not undo each other, and in particular, do not undo the original triggering event. A method for enforcement of effect preservation on updates in general rule triggering systems is suggested. The method derives transactions from rules, and then splits the work between compile time and run time. At compile time, a data structure is constructed, that analyzes the execution sequences of a transaction and computes minimal conditions for effect preservation. The transaction code is augmented with instructions that navigate along the data structure and test the computed minimal conditions. This method produces minimal effect preserving transactions, and under certain conditions, provides meaningful improvement over the quadratic overhead of pure run time procedures. For transactions without loops, the run time overhead is linear in the size of the transaction, and for general transactions, the run time overhead depends linearly on the length of the execution sequence and the number of loop repetitions. The method is currently being implemented within a traditional database system

Specification Languages for Preserving Consistency between Models of Different Languages

In dieser Dissertation stellen wir drei Sprachen für die Entwicklung von Werkzeugen vor, welche Systemrepräsentationen während der Softwareentwicklung konsistent halten. Bei der Entwicklung komplexer informationstechnischer Systeme ist es üblich, mehrere Programmiersprachen und Modellierungssprachen zu nutzen. Dabei werden Teile des Systems mit unterschiedlichen Sprachen konstruiert und dargestellt, um verschiedene Entwurfs- und Entwicklungstätigkeiten zu unterstützen. Die übergreifende Struktur eines Systems wird beispielsweise oft mit Hilfe einer Architekturbeschreibungssprache dargestellt. Für die Spezifikation des detaillierten Verhaltens einzelner Systemteile ist hingegen eine zustandsbasierte Modellierungssprache oder eine Allzweckprogrammiersprache geeigneter. Da die Systemteile und Entwicklungstätigkeiten in Beziehung zueinander stehen, enthalten diese Repräsentationen oftmals auch redundante Informationen. Solche partiell redundanten Repräsentationen werden meist nicht statisch genutzt, sondern evolvieren während der Systementwicklung, was zu Inkonsistenzen und damit zu fehlerhaften Entwürfen und Implementierungen führen kann. Daher sind konsistente Systemrepräsentationen entscheidend für die Entwicklung solcher Systeme. Es gibt verschiedene Ansätze, die konsistente Systemrepräsentationen dadurch erreichen, dass Inkonsistenzen vermieden werden. So ist es beispielsweise möglich, eine zentrale, redundanzfreie Repräsentation zu erstellen, welche alle Informationen enthält, um alle anderen Repräsentationen daraus projizieren zu können. Es ist jedoch nicht immer praktikabel solch eine redundanzfreie Repräsentation und editierbare Projektionen zu erstellen, insbesondere wenn existierende Sprachen und Editoren unterstützt werden müssen. Eine weitere Möglichkeit zur Umgehung von Inkonsistenzen besteht darin Änderungen einzelner Informationen nur an einer eindeutigen Quellrepräsentation zuzulassen, sodass alle anderen Repräsentationen diese Information nur lesen können. Dadurch können solche Informationen in allen lesend zugreifenden Repräsentationen immer überschrieben werden, jedoch müssen dazu alle editierbaren Repräsentationsbereiche komplett voneinander getrennt werden. Falls inkonsistente Repräsentationen während der Systementwicklung nicht völlig vermieden werden können, müssen Entwickler oder Werkzeuge aktiv die Konsistenz erhalten, wenn Repräsentationen modifiziert werden. Die manuelle Konsistenthaltung ist jedoch eine zeitaufwändige und fehleranfällige Tätigkeit. Daher werden in Forschungseinrichtungen und in der Industrie Konsistenthaltungswerkzeuge entwickelt, die teilautomatisiert Modelle während der Systementwicklung aktualisieren. Solche speziellen Software-Entwicklungswerkzeuge können mit Allzweckprogrammiersprachen und mit dedizierten Konsistenthaltungssprachen entwickelt werden. In dieser Dissertation haben wir vier bedeutende Herausforderungen identifiziert, die momentan nur unzureichend von Sprachen zur Entwicklung von Konsistenthaltungswerkzeugen adressiert werden. Erstens kombinieren diese Sprachen spezifische Unterstützung zur Konsistenthaltung nicht mit der Ausdrucksmächtigkeit und Flexibilität etablierter Allzweckprogrammiersprachen. Daher sind Entwickler entweder auf ausgewiesene Anwendungsfälle beschränkt, oder sie müssen wiederholt Lösungen für generische Konsistenthaltungsprobleme entwickeln. Zweitens unterstützen diese Sprachen entweder lösungs- oder problemorientierte Programmierparadigmen, sodass Entwickler gezwungen sind, Erhaltungsinstruktionen auch in Fällen anzugeben, in denen Konsistenzdeklarationen ausreichend wären. Drittens abstrahieren diese Sprachen nicht von genügend Konsistenthaltungsdetails, wodurch Entwickler explizit beispielsweise Erhaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Übereinstimmungsprobleme berücksichtigen müssen. Viertens führen diese Sprachen zu Erhaltungsverhalten, das oft vom konkreten Anwendungsfall losgelöst zu sein scheint, wenn Interpreter und Übersetzer Code ausführen oder erzeugen, der zur Realisierung einer spezifischen Konsistenzspezifikation nicht benötigt wird. Um diese Probleme aktueller Ansätze zu adressieren, leistet diese Dissertation die folgenden Beiträge: Erstens stellen wir eine Sammlung und Klassifizierung von Herausforderungen der Konsistenthaltung vor. Dabei diskutieren wir beispielsweise, welche Herausforderungen nicht bereits adressiert werden sollten, wenn Konsistenz spezifiziert wird, sondern erst wenn sie durchgesetzt wird. Zweitens führen wir einen Ansatz zur Erhaltung von Konsistenz gemäß abstrakter Spezifikationen ein und formalisieren ihn mengentheoretisch. Diese Formalisierung ist unabhängig davon wie Konsistenzdurchsetzungen letztendlich realisiert werden. Mit dem vorgestellten Ansatz wird Konsistenz immer anhand von beobachteten Editieroperationen bewahrt, um bekannte Probleme zur Berechnung von Übereinstimmungen und Differenzen zu vermeiden. Schließlich stellen wir drei neue Sprachen zur Entwicklung von Werkzeugen vor, die den vorgestellten, spezifikationsgeleiteten Ansatz verfolgen und welche wir im Folgenden kurz erläutern. Wir präsentieren eine imperative Sprache, die verwendet werden kann, um präzise zu spezifizieren, wie Modelle in Reaktion auf spezifische Änderungen aktualisiert werden müssen, um Konsistenz in eine Richtung zu erhalten. Diese Reaktionssprache stellt Lösungen für häufige Probleme bereit, wie beispielsweise die Identifizierung und das Abrufen geänderter oder korrespondierender Modellelemente. Außerdem erreicht sie eine uneingeschränkte Ausdrucksmächtigkeit, indem sie Entwicklern ermöglicht, auf eine Allzweckprogrammiersprache zurückzugreifen. Eine zweite, bidirektionale Sprache für abstrakte Abbildungen kann für Fälle verwendet werden, in denen verschiedene Änderungsoperationen nicht unterschieden werden müssen und außerdem die Erhaltungsrichtung nicht immer eine Rolle spielt. Mit dieser Abbildungssprache können Entwickler Bedingungen deklarieren, die ausdrücken, wann Modellelemente als konsistent zueinander angesehen werden sollen, ohne sich um Details der Überprüfung oder Durchsetzung von Konsistenz bemühen zu müssen. Dazu leitet der Übersetzer automatisch Durchsetzungscode aus Überprüfungen ab und bidirektionalisiert Bedingungen, die für eine Richtung der Konsistenthaltung spezifiziert wurden. Diese Bidirektionalisierung basiert auf einer erweiterbaren Menge von komponierbaren, operatorspezifischen Invertierern, die verbreitete Round-trip-Anforderungen erfüllen. Infolgedessen können Entwickler häufig vorkommende Konsistenzanforderungen konzise ausdrücken und müssen keinen Quelltext für verschiedene Konsistenthaltungsrichtungen, Änderungstypen oder Eigenschaften von Modellelementen wiederholen. Eine dritte, normative Sprache kann verwendet werden, um die vorherigen Sprachen mit parametrisierbaren Konsistenzinvarianten zu ergänzen. Diese Invariantensprache übernimmt Operatoren und Iteratoren für Elementsammlungen von der Object Constraint Language (OCL). Außerdem nimmt sie Entwicklern das Schreiben von Quelltext zur Suche nach invariantenverletzenden Elementen ab, da Abfragen, welche diese Aufgaben übernehmen, automatisch anhand von Invariantenparametern abgeleitet werden. Die drei Sprachen können in Kombination und einzeln verwendet werden. Sie ermöglichen es Entwicklern, Konsistenz unter Verwendung verschiedener Programmierparadigmen und Sprachabstraktionen zu spezifizieren. Wir stellen auch prototypische Übersetzer und Editoren für die drei Konsistenzspezifikationssprachen vor, welche auf dem Vitruvius-Rahmenwerk für Multi-Sichten-Modellierung basieren. Mit diesem Rahmenwerk werden Änderungen in textuellen und graphischen Editoren automatisch beobachtet, um Reaktionen auszulösen, Abbildungen durchzusetzen und Invarianten zu überprüfen. Dies geschieht indem der von unseren Übersetzern erzeugte Java-Code ausgeführt wird. Außerdem haben wir für alle Sprachen, die in dieser Dissertation vorgestellt werden, folgende theoretischen und praktischen Eigenschaften evaluiert: Vollständigkeit, Korrektheit, Anwendbarkeit, und Nutzen. So zeigen wir, dass die Sprachen ihre vorgesehenen Einsatzbereiche vollständig abdecken und analysieren ihre Berechnungsvollständigkeit. Außerdem diskutieren wir die Korrektheit jeder einzelnen Sprache sowie die Korrektheit einzelner Sprachmerkmale. Die operatorspezifischen Invertierer, die wir zur Bidirektionalisierung von Abbildungsbedingungen entwickelt haben, erfüllen beispielsweise immer das neu eingeführte Konzept bestmöglich erzogener Round-trips. Dieses basiert auf dem bewährten Konzept wohlerzogener Transformationen und garantiert, dass übliche Round-trip-Gesetze erfüllt werden, wann immer dies möglich ist. Wir veranschaulichen die praktische Anwendbarkeit mit Fallstudien, in denen Konsistenz erfolgreich mit Hilfe von Werkzeugen erhalten wurde, die in den von uns vorgestellten Sprachen geschrieben wurden. Zum Schluss diskutieren wir den potenziellen Nutzen unserer Sprachen und vergleichen beispielsweise Konsistenthaltungswerkzeuge die in zwei Fallstudien realisiert wurden. Die Werkzeuge, die mit der Reaktionssprache entwickelt wurden, benötigen zwischen 33% und 71% weniger Zeilen Quelltext als funktional gleichwertige Werkzeuge, die mit in Java oder dem Java-Dialekt Xtend entwickelt wurden

Analyzing sound COVID-19 policy responses in developing countries: the case study of Pakistan

The COVID-19 pandemic has posed significant policy challenges in developing countries, where operational resources and policy capacity are limited. Yet, some developing countries have fared better than others, and part of this success seems to be attributable to the use of prudent policy instruments within a policy mix that exhibits coherence. This article presents a COVID-19 case study of Pakistan and considers the following aspects of Pakistan's policy mix: (1) polio and rural support infrastructure deployed for COVID-19 detection and awareness-creation; (2) the establishment of a national command and operation center (NCOC) to centralize real-time decision-making; (3) the use of the largest income support program to generate a targeted pro-poor stimulus; and (4) optimally targeted (smart) lockdowns. The findings suggest that developing countries can adjust sound policy responses to pandemic conditions despite their resource constraints, by calibrating extant policy instruments and mobilizing new ones within a coherent policy mix

Beyond the Spotted Owl Problem: Learning from the Old-Growth Controversy

This Article is a case study of a single controversy that has been raging in the Pacific Northwest: the now infamous dispute over logging in publicly owned old-growth forests and the attendant threat to the northern spotted owl. The spotted owl, confronting extinction, sits at the center of the controversy, but the debate extends far beyond the fate of the owl, raising issues about the intrinsic value of unique and native ecosystems and the long-term consequences of logging practices on our public lands on the one hand, and about the costs of environmental protection and economic transition on the other

Regulating Coastal Zones

Regulating Coastal Zones addresses the knowledge gap concerning the legal and regulatory challenges of managing land in coastal zones across a broad range of political and socio-economic contexts. In recent years, coastal zone management has gained increasing attention from environmentalists, land use planners, and decision-makers across a broad spectrum of fields. Development pressures along coasts such as high-end tourism projects, luxury housing, ports, energy generation, military outposts, heavy industry, and large-scale enterprise compete with landscape preservation and threaten local history and culture. Leading experts present fifteen case studies among advanced-economy countries, selected to represent three groups of legal contexts: signatories to the 2008 Mediterranean ICZM Protocol, parties to the 2002 EU Recommendation on Integrated Coastal Zone Management, and the USA and Australia. This book is the first to address the legal-regulatory aspects of coastal land management from a systematic cross-national comparative perspective. By including both successful and less-effective strategies, it aims to inform professionals, graduate students, policy makers, and NGOs of the legal and socio-political challenges as well as the better practices from which others could learn

Computer Aided Verification

The open access two-volume set LNCS 11561 and 11562 constitutes the refereed proceedings of the 31st International Conference on Computer Aided Verification, CAV 2019, held in New York City, USA, in July 2019. The 52 full papers presented together with 13 tool papers and 2 case studies, were carefully reviewed and selected from 258 submissions. The papers were organized in the following topical sections: Part I: automata and timed systems; security and hyperproperties; synthesis; model checking; cyber-physical systems and machine learning; probabilistic systems, runtime techniques; dynamical, hybrid, and reactive systems; Part II: logics, decision procedures; and solvers; numerical programs; verification; distributed systems and networks; verification and invariants; and concurrency

Parallel Multiscale Contact Dynamics for Rigid Non-spherical Bodies

The simulation of large numbers of rigid bodies of non-analytical shapes or vastly varying sizes which collide with each other is computationally challenging. The fundamental problem is the identification of all contact points between all particles at every time step. In the Discrete Element Method (DEM), this is particularly difficult for particles of arbitrary geometry that exhibit sharp features (e.g. rock granulates). While most codes avoid non-spherical or non-analytical shapes due to the computational complexity, we introduce an iterative-based contact detection method for triangulated geometries. The new method is an improvement over a naive brute force approach which checks all possible geometric constellations of contact and thus exhibits a lot of execution branching. Our iterative approach has limited branching and high floating point operations per processed byte. It thus is suitable for modern Single Instruction Multiple Data (SIMD) CPU hardware. As only the naive brute force approach is robust and always yields a correct solution, we propose a hybrid solution that combines the best of the two worlds to produce fast and robust contacts. In terms of the DEM workflow, we furthermore propose a multilevel tree-based data structure strategy that holds all particles in the domain on multiple scales in grids. Grids reduce the total computational complexity of the simulation. The data structure is combined with the DEM phases to form a single touch tree-based traversal that identifies both contact points between particle pairs and introduces concurrency to the system during particle comparisons in one multiscale grid sweep. Finally, a reluctant adaptivity variant is introduced which enables us to realise an improved time stepping scheme with larger time steps than standard adaptivity while we still minimise the grid administration overhead. Four different parallelisation strategies that exploit multicore architectures are discussed for the triad of methodological ingredients. Each parallelisation scheme exhibits unique behaviour depending on the grid and particle geometry at hand. The fusion of them into a task-based parallelisation workflow yields promising speedups. Our work shows that new computer architecture can push the boundary of DEM computability but this is only possible if the right data structures and algorithms are chosen