Automated Coevolution of Source Code and Software Architecture Models

Zur Entwicklung komplexer Softwaresysteme, werden neben dem Quelltext zusätzliche Artefakte, wie beispielsweise Architekturmodelle, verwendet. Wenn die verwendeten Architekturmodelle während der Entwicklung und Evolution eines Softwaresystems konsistent mit dem Quelltext sind, können Softwarearchitekten und Softwareentwickler bei der Entwicklung der Systeme besser unterstützt werden. Architekturmodelle, die auf dem aktuellem Stand sind, vereinfachen Entwicklungs- und Evolutionssaufgaben, da einfacher beantwortet werden kann wie und wo neue Funktionen implementiert werden sollen. Außerdem ist es möglich, modellbasierte Analysen mit Hilfe der Softwarearchitekturmodelle vorzunehmen. Beispielsweise können mit dem Palladio Komponentenmodell (PCM) Performanzvorhersagen durchgeführt werden, wenn ein Architekturmodell des Softwaresystems vorhanden ist und dieses Verhaltensspezifikationen beinhaltet. Wenn Architekturmodelle bei der Softwareentwicklung und Softwareevolution verwendet werden, können die beiden bekannten Probleme Architekturdrift und Architekturverletzung auftreten. Diese Probleme treten für gewöhnlich auf, wenn bei voranschreitender Entwicklung des Quelltextes die Architektur nicht konsistent zu diesem gehalten wird. Dies führt zu veralteten und schlussendlich nutzlosen Architekturmodellen. Viele existierende Ansätze, zur Vermeidung dieser Probleme, zielen darauf ab, Quelltext und UML-Klassendiagramme konsistent zu halten, oder sie zielen darauf ab, Architekturinformationen in den Quelltext einzubetten. In letzterem Fall wird die Notwendigkeit, die Architektur konsistent mit dem Quelltext zu halten, umgangen, da die Architektur integraler Bestandteil des Quelltextes ist. In der vorliegenden Dissertation beschreiben wir einen neuen Ansatz, um komponentenbasierte Architekturmodelle, welche sich auf einer hohen Abstraktionsebene befinden, konsistent mit dem Quelltext zu halten. Wir beschreiben, wie Instanzen des PCMs konsistent mit Java-Quelltext gehalten werden können. Um Konsistenz zu erreichen, werden Architekturelemente erzeugt, gelöscht oder geändert, sobald ihre entsprechende Quelltextelemente geändert wurden, und umgekehrt. Für die Umsetzung der Konsistenzerhaltung stellen wir einen änderungsgetriebenen Ansatz vor. Dieser verwendet benutzerdefinierte, änderungsgetriebene Abbildungsregeln, um die Konsistenz zwischen den beteiligten Modellen sicherzustellen. In dieser Dissertation stellen wir vier konkrete Mengen von Abbildungsregeln zwischen Architekturmodellen und Quelltext vor. Diese haben wir in einer prototypischen Implementierung des Ansatzes umgesetzt. Wir stellen außerdem einen Mechanismus vor, der mit den Benutzern des Konsistenzerhaltungsansatzes interagiert, wenn die Konsistenz nicht automatisch erhalten werden kann, sondern die Benutzer zuerst ihre Intention, die sie mit einer bestimmten Änderung verfolgen, dem Ansatz mitteilen müssen. In diesem Fall müssen die Benutzer das genaue Vorgehen für die Konsistenzerhaltung spezifizieren. Da der vorgestellte Ansatz änderungsgetrieben funktioniert, ist es notwendig, dass wir alle Änderungen in den beteiligten Architektur- und Quelltexteditoren aufzeichnen können. Um es Benutzern zu erlauben, vorhandene Editoren, mit denen sie sich auskennen, wiederverwenden zu können, haben wir Beobachter für diese Editoren implementiert. Diese Beobachter zeichnen alle Änderungen an einem Modell auf und informieren unseren Ansatz über jede durchgeführte Änderung. Der in dieser Dissertation vorgestellte Ansatz erlaubt es auch, verhaltensbeschreibende Architekturmodelle konsistent mit dem Quelltext zu halten. Um dies zu erreichen, haben wir einen Ansatz implementiert, der es ermöglicht, Service Effect Specifications des PCMs inkrementell aus Methoden zu erstellen, nachdem diese geändert wurden. Die Service Effect Specifications werden innerhalb des PCMs genutzt, um das Verhalten einer Komponente zu spezifizieren. Um bereits bestehende Architekturmodelle und bestehenden Quelltext innerhalb unseres Ansatzes verwenden zu können, stellen wir je eine Integrationsstrategie für die Architektur und den Quelltext vor. Um bestehende Architekturmodelle zu integrieren, simulieren wir deren Erstellung. Während dieses Erstellvorgangs zeichnen wir die Änderungen auf, die nötig sind, um das Architekturmodell zu erstellen. Diese Änderungen werden als Eingabe für den Konsistenzerhaltungsprozess verwendet, um daraus den entsprechenden Quelltext zu erzeugen. Um vorhandenen Quelltext einzubinden, stellen wir einen Ansatz vor, der auf Architekturrekonstruktionsverfahren basiert, d.h., zuerst wird die Architektur eines bestehenden Softwaresystems rekonstruiert. Die erstellte Architektur wird anschließend zusammen mit dem bestehenden Quelltext in unseren Coevolutionsansatz integriert. Oftmals ist bestehender Quelltext jedoch nicht so aufgebaut, wie es die Abbildungsregeln vorschreiben. Innerhalb der Integrationsstrategie für Quelltext stellen wir deshalb einen Ansatz vor, der in der Lage ist, solche Quelltexte dennoch zu integrieren. Dieser Ansatz ermöglicht es, nicht nur diese Art von Quelltext zu integrieren, sondern diesen auch mit speziell definierten Abbildungsregeln automatisch konsistent zu halten. Wir haben unseren Ansatz in verschiedenen Fallstudien evaluiert. Dabei haben wir zunächst gezeigt, dass es möglich ist vorhandene Architekturmodelle zu integrieren, indem ihr Aufbau simuliert wird. In der durchgeführten Fallstudie ist es mit unserem Ansatz und den vorgestellten Abbildungsregeln möglich, zwischen 98% und 100% der unterstützten Elemente zu integrieren. Als nächstes haben wir gezeigt, dass unser Ansatz in der Lage ist, existierenden Quelltext zu integrieren und Änderungen am integrierten Quelltext konsistent mit der Architektur zu halten. Für diese Fallstudie haben wir zunächst den Quelltext von vier quelloffenen Projekten in den Ansatz integriert. Als nächstes haben wir gezeigt, dass es möglich ist, Änderungen am Quelltext konsistent mit der Architektur zu halten. Dazu haben wir eine alte Version des Quelltextes integriert und Änderungen die zwischen einer alten und neueren Version durchgeführt wurden, aus einem Versionskontrollsystem extrahiert und erneut auf den Quelltext angewendet. Im Rahmen dieser Evaluation haben wir auch gezeigt, dass es möglich ist Änderungen, die innerhalb von Methoden durchgeführt werden, mit einem Verhaltensmodell konsistent zu halten. Wir haben außerdem eine Evaluation der Leistungsfähigkeit unseres Ansatzes durchgeführt und gezeigt, dass unser Ansatz in den meisten Fällen in der Lage ist, die Architektur in einer Zeit zwischen einer und fünf Sekunden konsistent zu halten, nachdem eine Änderung am Quelltext durchgeführt wurde. Als letztes haben wir gezeigt, dass es möglich ist, coevolvierte Modelle für die Performanzvorhersage zu verwenden. Dazu haben wir zuerst die Modelle in einem Parametrisierungsschritt mit den nötigen Ressourcenverbräuchen angereichert. Als nächstes konnten wir die Performanzvorhersage durchführen. In unserer Fallstudie zeigte sich, dass der Vorhersagefehler für die Antwortzeit eines Systems bei ca. 10% liegt, und damit die coevolvierten Modelle für die Abschätzung der Performanz eines realen Systems verwendet werden können

Automated Coevolution of Source Code and Software Architecture Models

This work introduces a novel approach to keep high-level component-based architecture models consistent with source code during software development and software evolution. The approach helps to avoid architecture drift and architecture erosion, which are two well-known problems that can arise during development and maintenance of a software system. In particular, the presented approach can be used to keep instances of the Palladio Component Model (PCM) consistent with Java source code

Oscillatory Optical Response of an Amorphous Two-Dimensional Array of Gold Nanoparticles

The optical response of metallic nanoparticle arrays is dominated by localized surface plasmon excitations and is the sum of individual particle contributions modified by interparticle coupling that depends on specific array geometry. We demonstrate a so far unexplored distinct oscillatory behavior of the plasmon peak position, full width at half maximum, and extinction efficiency in large area amorphous arrays of Au nanodisks, which depend on the minimum particle center-to-center distance in the array. Amorphous arrays exhibit short-range order and are completely random at long distances. In our theoretical analysis we introduce a film of dipoles approach, within the framework of the coupled dipole approximation, which describes the array as an average particle surrounded by a continuum of dipoles with surface densities determined by the pair correlation function of the array

Realizing Change-Driven Consistency for Component Code, Architectural Models, and Contracts in Vitruvius

During the development of component-based software systems, it is often impractical or even impossible to include all development information into the source code. Instead, specialized languages are used to describe components and systems on different levels of abstraction or from different viewpoints: Component-based architecture models and contracts, for example, can be used to describe the system on a high level of abstraction, and to formally specify component constraints. Since models, contracts, and code contain redundant information, inconsistencies can occur if they are modified independently. Keeping this information consistent manually can require considerable effort, and can lead to costly errors, for example, when security-relevant components are verified against inconsistent contracts. In this technical report, we present details on realizing an approach for keeping component-based architecture models and contracts specified in the Java Modeling Language (JML) consistent with Java source code. We use change-driven incremental transformations and the Vitruvius framework to automate the consistency preservation where this is possible. Using two case studies, we demonstrate how to detect and propagate changes and refactoring operations to keep models and contracts consistent with the source code

Adiposity and asthma in adults: a bidirectional Mendelian randomization analysis of the HUNT Study

This article has been accepted for publication in Thorax, 2019 following peer review, and the Version of Record can be accessed online at http://dx.doi.org/10.1136/thoraxjnl-2019-213678. © Authors (or their employer(s))Background - We aimed to investigate the potential causal associations of adiposity with asthma overall, asthma by atopic status or by levels of symptom control in a large adult population and stratified by sex. We also investigated the potential for reverse causation between asthma and risk of adiposity. Methods - We performed a bidirectional one-sample Mendelian randomisation (MR) study using the Norwegian Nord-Trøndelag Health Study population including 56 105 adults. 73 and 47 genetic variants were included as instrumental variables for body mass index (BMI) and waist-to-hip ratio (WHR), respectively. Asthma was defined as ever asthma, doctor-diagnosed asthma and doctor-diagnosed active asthma, and was further classified by atopic status or levels of symptom control. Causal OR was calculated with the Wald method. Results - The ORs per 1 SD (4.1 kg/m2) increase in genetically determined BMI were ranged from 1.36 to 1.49 for the three asthma definitions and similar for women and men. The corresponding ORs for non-atopic asthma (range 1.42–1.72) appeared stronger than those for the atopic asthma (range 1.18–1.26), but they were similar for controlled versus partly controlled doctor-diagnosed active asthma (1.43 vs 1.44). There was no clear association between genetically predicted WHR and asthma risk or between genetically predicted asthma and the adiposity markers. Conclusions - Our MR study provided evidence of a causal association of BMI with asthma in adults, particularly with non-atopic asthma. There was no clear evidence of a causal link between WHR and asthma or of reverse causation

Plasmonic modes of extreme subwavelength nanocavities

We study the physics of a new type of subwavelength nanocavities. They are based on U-shaped metal-insulator-metal waveguides supporting the excitation of surface plasmon polaritons. The waveguides are simultaneously excited from both sides of the U by incident plane waves. Due to their finite length discrete modes emerge within the nanocavity. We show that the excitation symmetry with respect to the cavity ends permits the observation of even and odd modes. Our investigations include near and far field simulations and predict a strong spectral far field response of the comparable small nanoresonators. The strong near field enhancement observed in the cavity at resonance might be suitable to increase the efficiency of nonlinear optical effects, quantum analogies and might facilitate the development of active optical elements, such as active plasmonic elements

Change-Driven Consistency for Component Code, Architectural Models, and Contracts

During the development of component-based software systems, it is often impractical or even impossible to include all development information into the source code. Instead, specialized languages are used to describe components and systems on different levels of abstraction or from different viewpoints: Component-based architecture models and contracts, for example, can be used to describe the system on a high level of abstraction, and to formally specify component constraints. Since models, contracts, and code contain redundant information, inconsistencies can occur if they are modified independently. Keeping this information consistent manually can require considerable effort, and can lead to costly errors, for example, when security-relevant components are verified against inconsistent contracts. In this technical report, we present details on realizing an approach for keeping component-based architecture models and contracts specified in the Java Modeling Language (JML) consistent with Java source code. We use change-driven incremental transformations and the Vitruvius framework to automate the consistency preservation where this is possible. Using two case studies, we demonstrate how to detect and propagate changes and refactoring operations to keep models and contracts consistent with the source code

A Midterm Evaluation of the Conservation & Sustainable Development Program

This report contains the findings and recommendations of the CSD Mid-Term Evaluation, following the successful completion of the Evaluation in late 2015.Our approach and methodology followed the plan we submitted to the Foundation dated May 8, 2015. All of our evaluation objectives and plans have been met.We conducted field work and carried out extensive interviews in CSD's priority regions of the Andes and the Great Lakes of East and Central Africa, and expanded the work conducted earlier in 2015 by a separate evaluation of the Greater Mekong region. We conducted desk reviews and interviews for CSD's Coastal and Marine, and Global portfolios. Our work also included discussions with Foundation Board members Jack Fuller and Paul Klingenstein, and with President Julia Stasch