TY - THES A1 - Trümper, Jonas T1 - Visualization techniques for the analysis of software behavior and related structures T1 - Visualisierungstechniken für die Analyse von Softwareverhalten und verwandter Strukturen N2 - Software maintenance encompasses any changes made to a software system after its initial deployment and is thereby one of the key phases in the typical software-engineering lifecycle. In software maintenance, we primarily need to understand structural and behavioral aspects, which are difficult to obtain, e.g., by code reading. Software analysis is therefore a vital tool for maintaining these systems: It provides - the preferably automated - means to extract and evaluate information from their artifacts such as software structure, runtime behavior, and related processes. However, such analysis typically results in massive raw data, so that even experienced engineers face difficulties directly examining, assessing, and understanding these data. Among other things, they require tools with which to explore the data if no clear question can be formulated beforehand. For this, software analysis and visualization provide its users with powerful interactive means. These enable the automation of tasks and, particularly, the acquisition of valuable and actionable insights into the raw data. For instance, one means for exploring runtime behavior is trace visualization. This thesis aims at extending and improving the tool set for visual software analysis by concentrating on several open challenges in the fields of dynamic and static analysis of software systems. This work develops a series of concepts and tools for the exploratory visualization of the respective data to support users in finding and retrieving information on the system artifacts concerned. This is a difficult task, due to the lack of appropriate visualization metaphors; in particular, the visualization of complex runtime behavior poses various questions and challenges of both a technical and conceptual nature. This work focuses on a set of visualization techniques for visually representing control-flow related aspects of software traces from shared-memory software systems: A trace-visualization concept based on icicle plots aids in understanding both single-threaded as well as multi-threaded runtime behavior on the function level. The concept’s extensibility further allows the visualization and analysis of specific aspects of multi-threading such as synchronization, the correlation of such traces with data from static software analysis, and a comparison between traces. Moreover, complementary techniques for simultaneously analyzing system structures and the evolution of related attributes are proposed. These aim at facilitating long-term planning of software architecture and supporting management decisions in software projects by extensions to the circular-bundle-view technique: An extension to 3-dimensional space allows for the use of additional variables simultaneously; interaction techniques allow for the modification of structures in a visual manner. The concepts and techniques presented here are generic and, as such, can be applied beyond software analysis for the visualization of similarly structured data. The techniques' practicability is demonstrated by several qualitative studies using subject data from industry-scale software systems. The studies provide initial evidence that the techniques' application yields useful insights into the subject data and its interrelationships in several scenarios. N2 - Die Softwarewartung umfasst alle Änderungen an einem Softwaresystem nach dessen initialer Bereitstellung und stellt damit eine der wesentlichen Phasen im typischen Softwarelebenszyklus dar. In der Softwarewartung müssen wir insbesondere strukturelle und verhaltensbezogene Aspekte verstehen, welche z.B. alleine durch Lesen von Quelltext schwer herzuleiten sind. Die Softwareanalyse ist daher ein unverzichtbares Werkzeug zur Wartung solcher Systeme: Sie bietet - vorzugsweise automatisierte - Mittel, um Informationen über deren Artefakte, wie Softwarestruktur, Laufzeitverhalten und verwandte Prozesse, zu extrahieren und zu evaluieren. Eine solche Analyse resultiert jedoch typischerweise in großen und größten Rohdaten, die selbst erfahrene Softwareingenieure direkt nur schwer untersuchen, bewerten und verstehen können. Unter Anderem dann, wenn vorab keine klare Frage formulierbar ist, benötigen sie Werkzeuge, um diese Daten zu erforschen. Hierfür bietet die Softwareanalyse und Visualisierung ihren Nutzern leistungsstarke, interaktive Mittel. Diese ermöglichen es Aufgaben zu automatisieren und insbesondere wertvolle und belastbare Einsichten aus den Rohdaten zu erlangen. Beispielsweise ist die Visualisierung von Software-Traces ein Mittel, um das Laufzeitverhalten eines Systems zu ergründen. Diese Arbeit zielt darauf ab, den "Werkzeugkasten" der visuellen Softwareanalyse zu erweitern und zu verbessern, indem sie sich auf bestimmte, offene Herausforderungen in den Bereichen der dynamischen und statischen Analyse von Softwaresystemen konzentriert. Die Arbeit entwickelt eine Reihe von Konzepten und Werkzeugen für die explorative Visualisierung der entsprechenden Daten, um Nutzer darin zu unterstützen, Informationen über betroffene Systemartefakte zu lokalisieren und zu verstehen. Da es insbesondere an geeigneten Visualisierungsmetaphern mangelt, ist dies eine schwierige Aufgabe. Es bestehen, insbesondere bei komplexen Softwaresystemen, verschiedenste offene technische sowie konzeptionelle Fragestellungen und Herausforderungen. Diese Arbeit konzentriert sich auf Techniken zur visuellen Darstellung kontrollflussbezogener Aspekte aus Software-Traces von Shared-Memory Softwaresystemen: Ein Trace-Visualisierungskonzept, basierend auf Icicle Plots, unterstützt das Verstehen von single- und multi-threaded Laufzeitverhalten auf Funktionsebene. Die Erweiterbarkeit des Konzepts ermöglicht es zudem spezifische Aspekte des Multi-Threading, wie Synchronisation, zu visualisieren und zu analysieren, derartige Traces mit Daten aus der statischen Softwareanalyse zu korrelieren sowie Traces mit einander zu vergleichen. Darüber hinaus werden komplementäre Techniken für die kombinierte Analyse von Systemstrukturen und der Evolution zugehöriger Eigenschaften vorgestellt. Diese zielen darauf ab, die Langzeitplanung von Softwarearchitekturen und Management-Entscheidungen in Softwareprojekten mittels Erweiterungen an der Circular-Bundle-View-Technik zu unterstützen: Eine Erweiterung auf den 3-dimensionalen Raum ermöglicht es zusätzliche visuelle Variablen zu nutzen; Strukturen können mithilfe von Interaktionstechniken visuell bearbeitet werden. Die gezeigten Techniken und Konzepte sind allgemein verwendbar und lassen sich daher auch jenseits der Softwareanalyse einsetzen, um ähnlich strukturierte Daten zu visualisieren. Mehrere qualitative Studien an Softwaresystemen in industriellem Maßstab stellen die Praktikabilität der Techniken dar. Die Ergebnisse sind erste Belege dafür, dass die Anwendung der Techniken in verschiedenen Szenarien nützliche Einsichten in die untersuchten Daten und deren Zusammenhänge liefert. KW - Visualisierung KW - Softwarewartung KW - Softwareanalyse KW - Softwarevisualisierung KW - Laufzeitverhalten KW - visualization KW - software maintenance KW - software analysis KW - software visualization KW - runtime behavior Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72145 ER - TY - THES A1 - Tinnefeld, Christian T1 - Building a columnar database on shared main memory-based storage BT - database operator placement in a shared main memory-based storage system that supports data access and code execution N2 - In the field of disk-based parallel database management systems exists a great variety of solutions based on a shared-storage or a shared-nothing architecture. In contrast, main memory-based parallel database management systems are dominated solely by the shared-nothing approach as it preserves the in-memory performance advantage by processing data locally on each server. We argue that this unilateral development is going to cease due to the combination of the following three trends: a) Nowadays network technology features remote direct memory access (RDMA) and narrows the performance gap between accessing main memory inside a server and of a remote server to and even below a single order of magnitude. b) Modern storage systems scale gracefully, are elastic, and provide high-availability. c) A modern storage system such as Stanford's RAMCloud even keeps all data resident in main memory. Exploiting these characteristics in the context of a main-memory parallel database management system is desirable. The advent of RDMA-enabled network technology makes the creation of a parallel main memory DBMS based on a shared-storage approach feasible. This thesis describes building a columnar database on shared main memory-based storage. The thesis discusses the resulting architecture (Part I), the implications on query processing (Part II), and presents an evaluation of the resulting solution in terms of performance, high-availability, and elasticity (Part III). In our architecture, we use Stanford's RAMCloud as shared-storage, and the self-designed and developed in-memory AnalyticsDB as relational query processor on top. AnalyticsDB encapsulates data access and operator execution via an interface which allows seamless switching between local and remote main memory, while RAMCloud provides not only storage capacity, but also processing power. Combining both aspects allows pushing-down the execution of database operators into the storage system. We describe how the columnar data processed by AnalyticsDB is mapped to RAMCloud's key-value data model and how the performance advantages of columnar data storage can be preserved. The combination of fast network technology and the possibility to execute database operators in the storage system opens the discussion for site selection. We construct a system model that allows the estimation of operator execution costs in terms of network transfer, data processed in memory, and wall time. This can be used for database operators that work on one relation at a time - such as a scan or materialize operation - to discuss the site selection problem (data pull vs. operator push). Since a database query translates to the execution of several database operators, it is possible that the optimal site selection varies per operator. For the execution of a database operator that works on two (or more) relations at a time, such as a join, the system model is enriched by additional factors such as the chosen algorithm (e.g. Grace- vs. Distributed Block Nested Loop Join vs. Cyclo-Join), the data partitioning of the respective relations, and their overlapping as well as the allowed resource allocation. We present an evaluation on a cluster with 60 nodes where all nodes are connected via RDMA-enabled network equipment. We show that query processing performance is about 2.4x slower if everything is done via the data pull operator execution strategy (i.e. RAMCloud is being used only for data access) and about 27% slower if operator execution is also supported inside RAMCloud (in comparison to operating only on main memory inside a server without any network communication at all). The fast-crash recovery feature of RAMCloud can be leveraged to provide high-availability, e.g. a server crash during query execution only delays the query response for about one second. Our solution is elastic in a way that it can adapt to changing workloads a) within seconds, b) without interruption of the ongoing query processing, and c) without manual intervention. N2 - Diese Arbeit beschreibt die Erstellung einer spalten-orientierten Datenbank auf einem geteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem. Motiviert wird diese Arbeit durch drei Faktoren. Erstens ist moderne Netzwerktechnologie mit “Remote Direct Memory Access” (RDMA) ausgestattet. Dies reduziert den Unterschied hinsichtlich Latenz und Durchsatz zwischen dem Speicherzugriff innerhalb eines Rechners und auf einen entfernten Rechner auf eine Größenordnung. Zweitens skalieren moderne Speichersysteme, sind elastisch und hochverfügbar. Drittens hält ein modernes Speichersystem wie Stanford's RAMCloud alle Daten im Hauptspeicher vor. Diese Eigenschaften im Kontext einer spalten-orientierten Datenbank zu nutzen ist erstrebenswert. Die Arbeit ist in drei Teile untergliedert. Der erste Teile beschreibt die Architektur einer spalten-orientierten Datenbank auf einem geteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem. Hierbei werden die im Rahmen dieser Arbeit entworfene und entwickelte Datenbank AnalyticsDB sowie Stanford's RAMCloud verwendet. Die Architektur beschreibt wie Datenzugriff und Operatorausführung gekapselt werden um nahtlos zwischen lokalem und entfernten Hauptspeicher wechseln zu können. Weiterhin wird die Ablage der nach einem relationalen Schema formatierten Daten von AnalyticsDB in RAMCloud behandelt, welches mit einem Schlüssel-Wertpaar Datenmodell operiert. Der zweite Teil fokussiert auf die Implikationen bei der Abarbeitung von Datenbankanfragen. Hier steht die Diskussion im Vordergrund wo (entweder in AnalyticsDB oder in RAMCloud) und mit welcher Parametrisierung einzelne Datenbankoperationen ausgeführt werden. Dafür werden passende Kostenmodelle vorgestellt, welche die Abbildung von Datenbankoperationen ermöglichen, die auf einer oder mehreren Relationen arbeiten. Der dritte Teil der Arbeit präsentiert eine Evaluierung auf einem Verbund von 60 Rechnern hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, der Hochverfügbarkeit und der Elastizität vom System. T2 - Die Erstellung einer spaltenorientierten Datenbank auf einem verteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem KW - computer science KW - database technology KW - main memory computing KW - cloud computing KW - verteilte Datenbanken KW - Hauptspeicher Technologie KW - virtualisierte IT-Infrastruktur Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-72063 ER - TY - THES A1 - Takouna, Ibrahim T1 - Energy-efficient and performance-aware virtual machine management for cloud data centers T1 - Energieeffizientes und performancebewusstes Management virtueller Maschinen für Cloud Datenzentren N2 - Virtualisierte Cloud Datenzentren stellen nach Bedarf Ressourcen zur Verfügu-ng, ermöglichen agile Ressourcenbereitstellung und beherbergen heterogene Applikationen mit verschiedenen Anforderungen an Ressourcen. Solche Datenzentren verbrauchen enorme Mengen an Energie, was die Erhöhung der Betriebskosten, der Wärme innerhalb der Zentren und des Kohlendioxidausstoßes verursacht. Der Anstieg des Energieverbrauches kann durch ein ineffektives Ressourcenmanagement, das die ineffiziente Ressourcenausnutzung verursacht, entstehen. Die vorliegende Dissertation stellt detaillierte Modelle und neue Verfahren für virtualisiertes Ressourcenmanagement in Cloud Datenzentren vor. Die vorgestellten Verfahren ziehen das Service-Level-Agreement (SLA) und die Heterogenität der Auslastung bezüglich des Bedarfs an Speicherzugriffen und Kommunikationsmustern von Web- und HPC- (High Performance Computing) Applikationen in Betracht. Um die präsentierten Techniken zu evaluieren, verwenden wir Simulationen und echte Protokollierung der Auslastungen von Web- und HPC- Applikationen. Außerdem vergleichen wir unser Techniken und Verfahren mit anderen aktuellen Verfahren durch die Anwendung von verschiedenen Performance Metriken. Die Hauptbeiträge dieser Dissertation sind Folgendes: Ein Proaktives auf robuster Optimierung basierendes Ressourcenbereitstellungsverfahren. Dieses Verfahren erhöht die Fähigkeit der Hostes zur Verfüg-ungsstellung von mehr VMs. Gleichzeitig aber wird der unnötige Energieverbrauch minimiert. Zusätzlich mindert diese Technik unerwünschte Ände-rungen im Energiezustand des Servers. Die vorgestellte Technik nutzt einen auf Intervall basierenden Vorhersagealgorithmus zur Implementierung einer robusten Optimierung. Dabei werden unsichere Anforderungen in Betracht gezogen. Ein adaptives und auf Intervall basierendes Verfahren zur Vorhersage des Arbeitsaufkommens mit hohen, in kürzer Zeit auftretenden Schwankungen. Die Intervall basierende Vorhersage ist implementiert in der Standard Abweichung Variante und in der Median absoluter Abweichung Variante. Die Intervall-Änderungen basieren auf einem adaptiven Vertrauensfenster um die Schwankungen des Arbeitsaufkommens zu bewältigen. Eine robuste VM Zusammenlegung für ein effizientes Energie und Performance Management. Dies ermöglicht die gegenseitige Abhängigkeit zwischen der Energie und der Performance zu minimieren. Unser Verfahren reduziert die Anzahl der VM-Migrationen im Vergleich mit den neu vor kurzem vorgestellten Verfahren. Dies trägt auch zur Reduzierung des durch das Netzwerk verursachten Energieverbrauches. Außerdem reduziert dieses Verfahren SLA-Verletzungen und die Anzahl von Änderungen an Energiezus-tänden. Ein generisches Modell für das Netzwerk eines Datenzentrums um die verzö-gerte Kommunikation und ihre Auswirkung auf die VM Performance und auf die Netzwerkenergie zu simulieren. Außerdem wird ein generisches Modell für ein Memory-Bus des Servers vorgestellt. Dieses Modell beinhaltet auch Modelle für die Latenzzeit und den Energieverbrauch für verschiedene Memory Frequenzen. Dies erlaubt eine Simulation der Memory Verzögerung und ihre Auswirkung auf die VM-Performance und auf den Memory Energieverbrauch. Kommunikation bewusste und Energie effiziente Zusammenlegung für parallele Applikationen um die dynamische Entdeckung von Kommunikationsmustern und das Umplanen von VMs zu ermöglichen. Das Umplanen von VMs benutzt eine auf den entdeckten Kommunikationsmustern basierende Migration. Eine neue Technik zur Entdeckung von dynamischen Mustern ist implementiert. Sie basiert auf der Signal Verarbeitung des Netzwerks von VMs, anstatt die Informationen des virtuellen Umstellung der Hosts oder der Initiierung der VMs zu nutzen. Das Ergebnis zeigt, dass unsere Methode die durchschnittliche Anwendung des Netzwerks reduziert und aufgrund der Reduzierung der aktiven Umstellungen Energie gespart. Außerdem bietet sie eine bessere VM Performance im Vergleich zu der CPU-basierten Platzierung. Memory bewusste VM Zusammenlegung für unabhängige VMs. Sie nutzt die Vielfalt des VMs Memory Zuganges um die Anwendung vom Memory-Bus der Hosts zu balancieren. Die vorgestellte Technik, Memory-Bus Load Balancing (MLB), verteilt die VMs reaktiv neu im Bezug auf ihre Anwendung vom Memory-Bus. Sie nutzt die VM Migration um die Performance des gesamtem Systems zu verbessern. Außerdem sind die dynamische Spannung, die Frequenz Skalierung des Memory und die MLB Methode kombiniert um ein besseres Energiesparen zu leisten. N2 - Virtualized cloud data centers provide on-demand resources, enable agile resource provisioning, and host heterogeneous applications with different resource requirements. These data centers consume enormous amounts of energy, increasing operational expenses, inducing high thermal inside data centers, and raising carbon dioxide emissions. The increase in energy consumption can result from ineffective resource management that causes inefficient resource utilization. This dissertation presents detailed models and novel techniques and algorithms for virtual resource management in cloud data centers. The proposed techniques take into account Service Level Agreements (SLAs) and workload heterogeneity in terms of memory access demand and communication patterns of web applications and High Performance Computing (HPC) applications. To evaluate our proposed techniques, we use simulation and real workload traces of web applications and HPC applications and compare our techniques against the other recently proposed techniques using several performance metrics. The major contributions of this dissertation are the following: proactive resource provisioning technique based on robust optimization to increase the hosts' availability for hosting new VMs while minimizing the idle energy consumption. Additionally, this technique mitigates undesirable changes in the power state of the hosts by which the hosts' reliability can be enhanced in avoiding failure during a power state change. The proposed technique exploits the range-based prediction algorithm for implementing robust optimization, taking into consideration the uncertainty of demand. An adaptive range-based prediction for predicting workload with high fluctuations in the short-term. The range prediction is implemented in two ways: standard deviation and median absolute deviation. The range is changed based on an adaptive confidence window to cope with the workload fluctuations. A robust VM consolidation for efficient energy and performance management to achieve equilibrium between energy and performance trade-offs. Our technique reduces the number of VM migrations compared to recently proposed techniques. This also contributes to a reduction in energy consumption by the network infrastructure. Additionally, our technique reduces SLA violations and the number of power state changes. A generic model for the network of a data center to simulate the communication delay and its impact on VM performance, as well as network energy consumption. In addition, a generic model for a memory-bus of a server, including latency and energy consumption models for different memory frequencies. This allows simulating the memory delay and its influence on VM performance, as well as memory energy consumption. Communication-aware and energy-efficient consolidation for parallel applications to enable the dynamic discovery of communication patterns and reschedule VMs using migration based on the determined communication patterns. A novel dynamic pattern discovery technique is implemented, based on signal processing of network utilization of VMs instead of using the information from the hosts' virtual switches or initiation from VMs. The result shows that our proposed approach reduces the network's average utilization, achieves energy savings due to reducing the number of active switches, and provides better VM performance compared to CPU-based placement. Memory-aware VM consolidation for independent VMs, which exploits the diversity of VMs' memory access to balance memory-bus utilization of hosts. The proposed technique, Memory-bus Load Balancing (MLB), reactively redistributes VMs according to their utilization of a memory-bus using VM migration to improve the performance of the overall system. Furthermore, Dynamic Voltage and Frequency Scaling (DVFS) of the memory and the proposed MLB technique are combined to achieve better energy savings. KW - Energieeffizienz KW - Cloud Datenzentren KW - Ressourcenmanagement KW - dynamische Umsortierung KW - energy efficiency KW - cloud datacenter KW - resource management KW - dynamic consolidation Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72399 ER - TY - THES A1 - Steinert, Bastian T1 - Built-in recovery support for explorative programming T1 - Eingebaute Unterstützung für Wiederherstellungsbedürfnisse für unstrukturierte ergebnisoffene Programmieraufgaben BT - preserving immediate access to static and dynamic information of intermediate development states BT - Erhaltung des unmittelbaren Zugriffs auf statische und dynamische Informationen von Entwicklungszwischenständen N2 - This work introduces concepts and corresponding tool support to enable a complementary approach in dealing with recovery. Programmers need to recover a development state, or a part thereof, when previously made changes reveal undesired implications. However, when the need arises suddenly and unexpectedly, recovery often involves expensive and tedious work. To avoid tedious work, literature recommends keeping away from unexpected recovery demands by following a structured and disciplined approach, which consists of the application of various best practices including working only on one thing at a time, performing small steps, as well as making proper use of versioning and testing tools. However, the attempt to avoid unexpected recovery is both time-consuming and error-prone. On the one hand, it requires disproportionate effort to minimize the risk of unexpected situations. On the other hand, applying recommended practices selectively, which saves time, can hardly avoid recovery. In addition, the constant need for foresight and self-control has unfavorable implications. It is exhaustive and impedes creative problem solving. This work proposes to make recovery fast and easy and introduces corresponding support called CoExist. Such dedicated support turns situations of unanticipated recovery from tedious experiences into pleasant ones. It makes recovery fast and easy to accomplish, even if explicit commits are unavailable or tests have been ignored for some time. When mistakes and unexpected insights are no longer associated with tedious corrective actions, programmers are encouraged to change source code as a means to reason about it, as opposed to making changes only after structuring and evaluating them mentally. This work further reports on an implementation of the proposed tool support in the Squeak/Smalltalk development environment. The development of the tools has been accompanied by regular performance and usability tests. In addition, this work investigates whether the proposed tools affect programmers’ performance. In a controlled lab study, 22 participants improved the design of two different applications. Using a repeated measurement setup, the study examined the effect of providing CoExist on programming performance. The result of analyzing 88 hours of programming suggests that built-in recovery support as provided with CoExist positively has a positive effect on programming performance in explorative programming tasks. N2 - Diese Arbeit präsentiert Konzepte und die zugehörige Werkzeugunterstützung um einen komplementären Umgang mit Wiederherstellungsbedürfnissen zu ermöglichen. Programmierer haben Bedarf zur Wiederherstellung eines früheren Entwicklungszustandes oder Teils davon, wenn ihre Änderungen ungewünschte Implikationen aufzeigen. Wenn dieser Bedarf plötzlich und unerwartet auftritt, dann ist die notwendige Wiederherstellungsarbeit häufig mühsam und aufwendig. Zur Vermeidung mühsamer Arbeit empfiehlt die Literatur die Vermeidung von unerwarteten Wiederherstellungsbedürfnissen durch einen strukturierten und disziplinierten Programmieransatz, welcher die Verwendung verschiedener bewährter Praktiken vorsieht. Diese Praktiken sind zum Beispiel: nur an einer Sache gleichzeitig zu arbeiten, immer nur kleine Schritte auszuführen, aber auch der sachgemäße Einsatz von Versionskontroll- und Testwerkzeugen. Jedoch ist der Versuch des Abwendens unerwarteter Wiederherstellungsbedürfnisse sowohl zeitintensiv als auch fehleranfällig. Einerseits erfordert es unverhältnismäßig hohen Aufwand, das Risiko des Eintretens unerwarteter Situationen auf ein Minimum zu reduzieren. Andererseits ist eine zeitsparende selektive Ausführung der empfohlenen Praktiken kaum hinreichend, um Wiederherstellungssituationen zu vermeiden. Zudem bringt die ständige Notwendigkeit an Voraussicht und Selbstkontrolle Nachteile mit sich. Dies ist ermüdend und erschwert das kreative Problemlösen. Diese Arbeit schlägt vor, Wiederherstellungsaufgaben zu vereinfachen und beschleunigen, und stellt entsprechende Werkzeugunterstützung namens CoExist vor. Solche zielgerichtete Werkzeugunterstützung macht aus unvorhergesehenen mühsamen Wiederherstellungssituationen eine konstruktive Erfahrung. Damit ist Wiederherstellung auch dann leicht und schnell durchzuführen, wenn explizit gespeicherte Zwischenstände fehlen oder die Tests für einige Zeit ignoriert wurden. Wenn Fehler und unerwartete Ein- sichten nicht länger mit mühsamen Schadensersatz verbunden sind, fühlen sich Programmierer eher dazu ermutig, Quelltext zu ändern, um dabei darüber zu reflektieren, und nehmen nicht erst dann Änderungen vor, wenn sie diese gedanklich strukturiert und evaluiert haben. Diese Arbeit berichtet weiterhin von einer Implementierung der vorgeschlagenen Werkzeugunterstützung in der Squeak/Smalltalk Entwicklungsumgebung. Regelmäßige Tests von Laufzeitverhalten und Benutzbarkeit begleiteten die Entwicklung. Zudem prüft die Arbeit, ob sich die Verwendung der vorgeschlagenen Werkzeuge auf die Leistung der Programmierer auswirkt. In einem kontrollierten Experiment, verbesserten 22 Teilnehmer den Aufbau von zwei verschiedenen Anwendungen. Unter der Verwendung einer Versuchsanordnung mit wiederholter Messung, ermittelte die Studie die Auswirkung von CoExist auf die Programmierleistung. Das Ergebnis der Analyse von 88 Programmierstunden deutet darauf hin, dass sich eingebaute Werkzeugunterstützung für Wiederherstellung, wie sie mit CoExist bereitgestellt wird, positiv bei der Bearbeitung von unstrukturierten ergebnisoffenen Programmieraufgaben auswirkt. KW - Softwaretechnik KW - Entwicklungswerkzeuge KW - Versionierung KW - Testen KW - software engineering KW - development tools KW - versioning KW - testing Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71305 ER - TY - BOOK A1 - Meyer, Andreas A1 - Weske, Mathias T1 - Weak conformance between process models and synchronized object life cycles N2 - Process models specify behavioral execution constraints between activities as well as between activities and data objects. A data object is characterized by its states and state transitions represented as object life cycle. For process execution, all behavioral execution constraints must be correct. Correctness can be verified via soundness checking which currently only considers control flow information. For data correctness, conformance between a process model and its object life cycles is checked. Current approaches abstract from dependencies between multiple data objects and require fully specified process models although, in real-world process repositories, often underspecified models are found. Coping with these issues, we introduce the concept of synchronized object life cycles and we define a mapping of data constraints of a process model to Petri nets extending an existing mapping. Further, we apply the notion of weak conformance to process models to tell whether each time an activity needs to access a data object in a particular state, it is guaranteed that the data object is in or can reach the expected state. Then, we introduce an algorithm for an integrated verification of control flow correctness and weak data conformance using soundness checking. N2 - Prozessmodelle spezifizieren die Verhaltensabhängigkeiten bezüglich der Ausführung sowohl zwischen Aktivitäten als auch zwischen Aktivitäten und Datenobjekten. Ein Datenobjekt wird über seine Zustände und Zustandsübergänge charakterisiert, welche in einem Objektlebenszyklus abgebildet werden. Für eine fehlerfreie Prozessausführung müssen alle Verhaltensabhängigkeiten korrekt modelliert werden. Eine Standardtechnik zur Korrektheitsüberprüfung ist das Überprüfen auf Soundness. Aktuelle Ansätze berücksichtigen allerdings nur den Kontrollfluss. Datenkorrektheit wird dagegen mittels Conformance zwischen einem Prozessmodel und den verwendeten Objektlebenszyklen überprüft, indem die Existenz eines Zustandsüberganges im Prozessmodell auch im Objektlebenszyklus möglich sein muss. Allerdings abstrahieren aktuelle Ansätze von Abhängigkeiten zwischen mehreren Datenobjekten und erfordern eine vollständige Prozessmodellspezifikation, d.h. das Überspringen oder Zusammenfassen von Zuständen beziehungsweise das Auslagern von Zustandsüberhängen in andere Prozessmodelle ist zum Beispiel nicht vorgesehen. In Prozessmodellsammlungen aus der Praxis sind allerdings oft solche unterspezifizierten Prozessmodelle vorhanden. In diesem Report adressieren wir diese Problemstellungen. Dazu führen wir das Konzept der synchronisierten Objektlebenszyklen ein, erweitern ein Mapping von Prozessmodellen zu Petri Netzen um Datenabhängigkeiten und wenden das Konzept der Weak Conformance auf Prozessmodelle an, um zu entscheiden ob immer wenn eine Aktivität auf ein Datenobjekt zugreift dieses auch im richtigen Zustand vorliegt. Dazu kann das Datenobjekt bereits in diesem Zustand sein oder aber diesen über eine beliebige Anzahl von Zustandsübergängen erreichen. Basierend auf diesen Konzepten führen wir auch einen Algorithmus ein, welcher ein integriertes Überprüfen von Kontrollfluss- und Datenflusskorrektheit unter Nutzung von Soundness-Überprüfungen ermöglicht. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 91 KW - business process management KW - data flow correctness KW - object life cycle synchronization KW - Petri net mapping KW - conformance checking KW - Geschäftsprozessmanagement KW - Datenflusskorrektheit KW - Objektlebenszyklus-Synchronisation KW - Petri net Mapping KW - Conformance Überprüfung Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71722 SN - 978-3-86956-303-9 SN - 1613-5652 SN - 2191-1665 IS - 91 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - BOOK A1 - Meinel, Christoph A1 - Willems, Christian T1 - openHPI : 哈索•普拉特纳研究院的 MOOC（大规模公开在线课）计划 T1 - openHPI : the MOOC offer at Hasso Plattner Institute N2 - 摘要。哈索•普拉特纳研究院 (HPI) 的新型互动在线教育平台 openHPI (https://openHPI.de) 可以为从事信息技术和信息学领域内容的工作和感兴趣的学员提供可自由访问的、免费的在线课程。与斯坦福大学于 2011 年首推，之后也在美国其他精英大学提供的“网络公开群众课”（简称 MOOC）一样，openHPI 同样在互联网中提供学习视频和阅读材料，其中综合了支持学习的自我测试、家庭作业和社交讨论论坛，并刺激对促进学习的虚拟学习团队的培训。与“传统的”讲座平台，比如 tele-TASK 平台 (http://www.tele-task.de) 不同（在该平台中，可调用以多媒体方式记录的和已准备好的讲座），openHPI 提供的是按教学法准备的在线课程。这些课程的开始时间固定，之后在连续六个课程周稳定的提供以多媒体方式准备的、尽可能可以互动的学习材料。每周讲解课程主题的一章。为此在该周开始前会准备一系列学习视频、文字、自我测试和家庭作业材料，课程学员在该周将精力用于处理这些内容。这些计划与一个社交讨论平台相结合，学员在该平台上可以与课程导师和其他学员交换意见、解答问题和讨论更多主题。当然，学员可以自己决定学习活动的类型和范围。他们可以为课程作出自己的贡献，比如在论坛中引用博文或推文。之后其他学员可以评论、讨论或自己扩展这些博文或推文。这样学员、教师和提供的学习内容就在一个虚拟的团体中与社交学习网络相互结合起来。 N2 - Abstract. The new interactive online educational platform openHPI, (https://openHPI.de) from Hasso Plattner Institute (HPI), offers freely accessible courses at no charge for all who are interested in subjects in the field of information technology and computer science. Since 2011, “Massive Open Online Courses,” called MOOCs for short, have been offered, first at Stanford University and then later at other U.S. elite universities. Following suit, openHPI provides instructional videos on the Internet and further reading material, combined with learning-supportive self-tests, homework and a social discussion forum. Education is further stimulated by the support of a virtual learning community. In contrast to “traditional” lecture platforms, such as the tele-TASK portal (http://www.tele-task.de) where multimedia recorded lectures are available on demand, openHPI offers didactic online courses. The courses have a fixed start date and offer a balanced schedule of six consecutive weeks presented in multimedia and, whenever possible, interactive learning material. Each week, one chapter of the course subject is treated. In addition, a series of learning videos, texts, self-tests and homework exercises are provided to course participants at the beginning of the week. The course offering is combined with a social discussion platform where participants have the opportunity to enter into an exchange with course instructors and fellow participants. Here, for example, they can get answers to questions and discuss the topics in depth. The participants naturally decide themselves about the type and range of their learning activities. They can make personal contributions to the course, for example, in blog posts or tweets, which they can refer to in the forum. In turn, other participants have the chance to comment on, discuss or expand on what has been said. In this way, the learners become the teachers and the subject matter offered to a virtual community is linked to a social learning network. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 89 KW - Online-Lernen KW - E-Learning KW - MOOCs KW - Onlinekurs KW - openHPI KW - tele-TASK KW - Tele-Lab KW - Tele-Teaching KW - online-learning KW - e-learning KW - MOOCs KW - online course KW - openHPI KW - tele-TASK KW - tele-lab KW - tele-teaching Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70380 SN - 978-3-86956-291-9 SN - 1613-5652 SN - 2191-1665 IS - 89 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - BOOK A1 - Meinel, Christoph A1 - Schnjakin, Maxim A1 - Metzke, Tobias A1 - Freitag, Markus T1 - Anbieter von Cloud Speicherdiensten im Überblick N2 - Durch die immer stärker werdende Flut an digitalen Informationen basieren immer mehr Anwendungen auf der Nutzung von kostengünstigen Cloud Storage Diensten. Die Anzahl der Anbieter, die diese Dienste zur Verfügung stellen, hat sich in den letzten Jahren deutlich erhöht. Um den passenden Anbieter für eine Anwendung zu finden, müssen verschiedene Kriterien individuell berücksichtigt werden. In der vorliegenden Studie wird eine Auswahl an Anbietern etablierter Basic Storage Diensten vorgestellt und miteinander verglichen. Für die Gegenüberstellung werden Kriterien extrahiert, welche bei jedem der untersuchten Anbieter anwendbar sind und somit eine möglichst objektive Beurteilung erlauben. Hierzu gehören unter anderem Kosten, Recht, Sicherheit, Leistungsfähigkeit sowie bereitgestellte Schnittstellen. Die vorgestellten Kriterien können genutzt werden, um Cloud Storage Anbieter bezüglich eines konkreten Anwendungsfalles zu bewerten. N2 - Due to the ever-increasing flood of digital information, more and more applications make use of cost-effective cloud storage services. The number of vendors that provide these services has increased significantly in recent years. The identification of an appropriate service provider requires an individual consideration of several criteria. This survey presents a comparison of some established basic storage providers. For this comparison, several criteria are extracted that are applicable to any of the selected providers and thus allow for an assessment that is as objective as possible. The criteria include factors like costs, legal information, security, performance, and supported interfaces. The presented criteria can be used to evaluate cloud storage providers in a specific use case in order to identify the most suitable service based on individual requirements. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 84 KW - Cloud Computing KW - öffentliche Cloud Speicherdienste KW - Basic Storage Anbieter KW - cloud computing KW - public cloud storage services KW - basic cloud storage services Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68780 SN - 978-3-86956-274-2 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - BOOK A1 - Meinel, Christoph A1 - Plattner, Hasso A1 - Döllner, Jürgen Roland Friedrich A1 - Weske, Mathias A1 - Polze, Andreas A1 - Hirschfeld, Robert A1 - Naumann, Felix A1 - Giese, Holger A1 - Baudisch, Patrick T1 - Proceedings of the 7th Ph.D. Retreat of the HPI Research School on Service-oriented Systems Engineering N2 - Design and Implementation of service-oriented architectures imposes a huge number of research questions from the fields of software engineering, system analysis and modeling, adaptability, and application integration. Component orientation and web services are two approaches for design and realization of complex web-based system. Both approaches allow for dynamic application adaptation as well as integration of enterprise application. Commonly used technologies, such as J2EE and .NET, form de facto standards for the realization of complex distributed systems. Evolution of component systems has lead to web services and service-based architectures. This has been manifested in a multitude of industry standards and initiatives such as XML, WSDL UDDI, SOAP, etc. All these achievements lead to a new and promising paradigm in IT systems engineering which proposes to design complex software solutions as collaboration of contractually defined software services. Service-Oriented Systems Engineering represents a symbiosis of best practices in object-orientation, component-based development, distributed computing, and business process management. It provides integration of business and IT concerns. The annual Ph.D. Retreat of the Research School provides each member the opportunity to present his/her current state of their research and to give an outline of a prospective Ph.D. thesis. Due to the interdisciplinary structure of the Research Scholl, this technical report covers a wide range of research topics. These include but are not limited to: Self-Adaptive Service-Oriented Systems, Operating System Support for Service-Oriented Systems, Architecture and Modeling of Service-Oriented Systems, Adaptive Process Management, Services Composition and Workflow Planning, Security Engineering of Service-Based IT Systems, Quantitative Analysis and Optimization of Service-Oriented Systems, Service-Oriented Systems in 3D Computer Graphics sowie Service-Oriented Geoinformatics. N2 - Der Entwurf und die Realisierung dienstbasierender Architekturen wirft eine Vielzahl von Forschungsfragestellungen aus den Gebieten der Softwaretechnik, der Systemmodellierung und -analyse, sowie der Adaptierbarkeit und Integration von Applikationen auf. Komponentenorientierung und WebServices sind zwei Ansätze für den effizienten Entwurf und die Realisierung komplexer Web-basierender Systeme. Sie ermöglichen die Reaktion auf wechselnde Anforderungen ebenso, wie die Integration großer komplexer Softwaresysteme. Heute übliche Technologien, wie J2EE und .NET, sind de facto Standards für die Entwicklung großer verteilter Systeme. Die Evolution solcher Komponentensysteme führt über WebServices zu dienstbasierenden Architekturen. Dies manifestiert sich in einer Vielzahl von Industriestandards und Initiativen wie XML, WSDL, UDDI, SOAP. All diese Schritte führen letztlich zu einem neuen, vielversprechenden Paradigma für IT Systeme, nach dem komplexe Softwarelösungen durch die Integration vertraglich vereinbarter Software-Dienste aufgebaut werden sollen. "Service-Oriented Systems Engineering" repräsentiert die Symbiose bewährter Praktiken aus den Gebieten der Objektorientierung, der Komponentenprogrammierung, des verteilten Rechnen sowie der Geschäftsprozesse und berücksichtigt auch die Integration von Geschäftsanliegen und Informationstechnologien. Die Klausurtagung des Forschungskollegs "Service-oriented Systems Engineering" findet einmal jährlich statt und bietet allen Kollegiaten die Möglichkeit den Stand ihrer aktuellen Forschung darzulegen. Bedingt durch die Querschnittstruktur des Kollegs deckt dieser Bericht ein große Bandbreite aktueller Forschungsthemen ab. Dazu zählen unter anderem Self-Adaptive Service-Oriented Systems, Operating System Support for Service-Oriented Systems, Architecture and Modeling of Service-Oriented Systems, Adaptive Process Management, Services Composition and Workflow Planning, Security Engineering of Service-Based IT Systems, Quantitative Analysis and Optimization of Service-Oriented Systems, Service-Oriented Systems in 3D Computer Graphics sowie Service-Oriented Geoinformatics. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 83 KW - Hasso-Plattner-Institut KW - Forschungskolleg KW - Klausurtagung KW - Service-oriented Systems Engineering KW - Hasso Plattner Institute KW - Research School KW - Ph.D. Retreat KW - Service-oriented Systems Engineering Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63490 SN - 978-3-86956-273-5 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - GEN A1 - Hildebrandt, Dieter T1 - A software reference architecture for service-oriented 3D geovisualization systems T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Modern 3D geovisualization systems (3DGeoVSs) are complex and evolving systems that are required to be adaptable and leverage distributed resources, including massive geodata. This article focuses on 3DGeoVSs built based on the principles of service-oriented architectures, standards and image-based representations (SSI) to address practically relevant challenges and potentials. Such systems facilitate resource sharing and agile and efficient system construction and change in an interoperable manner, while exploiting images as efficient, decoupled and interoperable representations. The software architecture of a 3DGeoVS and its underlying visualization model have strong effects on the system's quality attributes and support various system life cycle activities. This article contributes a software reference architecture (SRA) for 3DGeoVSs based on SSI that can be used to design, describe and analyze concrete software architectures with the intended primary benefit of an increase in effectiveness and efficiency in such activities. The SRA integrates existing, proven technology and novel contributions in a unique manner. As the foundation for the SRA, we propose the generalized visualization pipeline model that generalizes and overcomes expressiveness limitations of the prevalent visualization pipeline model. To facilitate exploiting image-based representations (IReps), the SRA integrates approaches for the representation, provisioning and styling of and interaction with IReps. Five applications of the SRA provide proofs of concept for the general applicability and utility of the SRA. A qualitative evaluation indicates the overall suitability of the SRA, its applications and the general approach of building 3DGeoVSs based on SSI. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1131 KW - 3D geovisualization KW - software reference architecture KW - spatial data infrastructure KW - service-oriented architecture KW - standardization KW - image-based representation Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-475831 SN - 1866-8372 IS - 1131 ER - TY - THES A1 - Heise, Arvid T1 - Data cleansing and integration operators for a parallel data analytics platform T1 - Datenreinigungs- und Integrationsoperatoren für ein paralles Datenanalyseframework N2 - The data quality of real-world datasets need to be constantly monitored and maintained to allow organizations and individuals to reliably use their data. Especially, data integration projects suffer from poor initial data quality and as a consequence consume more effort and money. Commercial products and research prototypes for data cleansing and integration help users to improve the quality of individual and combined datasets. They can be divided into either standalone systems or database management system (DBMS) extensions. On the one hand, standalone systems do not interact well with DBMS and require time-consuming data imports and exports. On the other hand, DBMS extensions are often limited by the underlying system and do not cover the full set of data cleansing and integration tasks. We overcome both limitations by implementing a concise set of five data cleansing and integration operators on the parallel data analytics platform Stratosphere. We define the semantics of the operators, present their parallel implementation, and devise optimization techniques for individual operators and combinations thereof. Users specify declarative queries in our query language METEOR with our new operators to improve the data quality of individual datasets or integrate them to larger datasets. By integrating the data cleansing operators into the higher level language layer of Stratosphere, users can easily combine cleansing operators with operators from other domains, such as information extraction, to complex data flows. Through a generic description of the operators, the Stratosphere optimizer reorders operators even from different domains to find better query plans. As a case study, we reimplemented a part of the large Open Government Data integration project GovWILD with our new operators and show that our queries run significantly faster than the original GovWILD queries, which rely on relational operators. Evaluation reveals that our operators exhibit good scalability on up to 100 cores, so that even larger inputs can be efficiently processed by scaling out to more machines. Finally, our scripts are considerably shorter than the original GovWILD scripts, which results in better maintainability of the scripts. N2 - Die Datenqualität von Realweltdaten muss ständig überwacht und gewartet werden, damit Organisationen und Individuen ihre Daten verlässlich nutzen können. Besonders Datenintegrationsprojekte leiden unter schlechter Datenqualität in den Quelldaten und benötigen somit mehr Zeit und Geld. Kommerzielle Produkte und Forschungsprototypen helfen Nutzern die Qualität in einzelnen und kombinierten Datensätzen zu verbessern. Die Systeme können in selbständige Systeme und Erweiterungen von bestehenden Datenbankmanagementsystemen (DBMS) unterteilt werden. Auf der einen Seite interagieren selbständige Systeme nicht gut mit DBMS und brauchen zeitaufwändigen Datenimport und -export. Auf der anderen Seite sind die DBMS Erweiterungen häufig durch das unterliegende System limitiert und unterstützen nicht die gesamte Bandbreite an Datenreinigungs- und -integrationsaufgaben. Wir überwinden beide Limitationen, indem wir eine Menge von häufig benötigten Datenreinigungs- und Datenintegrationsoperatoren direkt in der parallelen Datenanalyseplattform Stratosphere implementieren. Wir definieren die Semantik der Operatoren, präsentieren deren parallele Implementierung und entwickeln Optimierungstechniken für die einzelnen und mehrere Operatoren. Nutzer können deklarative Anfragen in unserer Anfragesprache METEOR mit unseren neuen Operatoren formulieren, um die Datenqualität von einzelnen Datensätzen zu erhöhen, oder um sie zu größeren Datensätzen zu integrieren. Durch die Integration der Operatoren in die Hochsprachenschicht von Stratosphere können Nutzer Datenreinigungsoperatoren einfach mit Operatoren aus anderen Domänen wie Informationsextraktion zu komplexen Datenflüssen kombinieren. Da Stratosphere Operatoren durch generische Beschreibungen in den Optimierer integriert werden, ist es für den Optimierer sogar möglich Operatoren unterschiedlicher Domänen zu vertauschen, um besseren Anfrageplänen zu ermitteln. Für eine Fallstudie haben wir Teile des großen Datenintegrationsprojektes GovWILD auf Stratosphere mit den neuen Operatoren nachimplementiert und zeigen, dass unsere Anfragen signifikant schneller laufen als die originalen GovWILD Anfragen, die sich auf relationale Operatoren verlassen. Die Evaluation zeigt, dass unsere Operatoren gut auf bis zu 100 Kernen skalieren, sodass sogar größere Datensätze effizient verarbeitet werden können, indem die Anfragen auf mehr Maschinen ausgeführt werden. Schließlich sind unsere Skripte erheblich kürzer als die originalen GovWILD Skripte, was in besserer Wartbarkeit unserer Skripte resultiert. KW - data KW - cleansing KW - holistic KW - parallel KW - map reduce KW - Datenreinigung KW - Datenintegration KW - ganzheitlich KW - parallel KW - map reduce Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77100 ER -