Reuse Mechanisms and Concurrency: From Actors to Agent-Oriented Programming

La presente tesi è dedicata al riuso nel software. Eccettuata un'introduzione organica al tema, l'analisi è a livello dei meccanismi offerti dai linguaggi di programmazione e delle tecniche di sviluppo, con speciale attenzione rivolta al tema della concorrenza. Il primo capitolo fornisce un quadro generale nel quale il riuso del software è descritto, assieme alle ragioni che ne determinano l'importanza e ai punti cruciali relativi alla sua attuazione. Si individuano diversi livelli di riuso sulla base dell'astrazione e degli artefatti in gioco, e si sottolinea come i linguaggi contribuiscano alla riusabilità e alla realizzazione del riuso. In seguito, viene esplorato, con esempi di codice, il supporto al riuso da parte del paradigma ad oggetti, in termini di incapsulamento, ereditarietà, polimorfismo, composizione. La trattazione prosegue analizzando differenti feature – tipizzazione, interfacce, mixin, generics – offerte da vari linguaggi di programmazione, mostrando come esse intervengano sulla riusabilità dei componenti software. A chiudere il capitolo, qualche parola contestualizzata sull'inversione di controllo, la programmazione orientata agli aspetti, e il meccanismo della delega. Il secondo capitolo abbraccia il tema della concorrenza. Dopo aver introdotto l'argomento, vengono approfonditi alcuni significativi modelli di concorrenza: programmazione multi-threaded, task nel linguaggio Ada, SCOOP, modello ad Attori. Essi vengono descritti negli elementi fondamentali e ne vengono evidenziati gli aspetti cruciali in termini di contributo al riuso, con esempi di codice. Relativamente al modello ad Attori, viene presentata la sua implementazione in Scala/Akka come caso studio. Infine, viene esaminato il problema dell'inheritance anomaly, sulla base di esempi e delle tre classi principali di anomalia, e si analizza la suscettibilità del supporto di concorrenza di Scala/Akka a riscontrare tali problemi. Inoltre, in questo capitolo si nota come alcuni aspetti relativi al binomio riuso/concorrenza, tra cui il significato profondo dello stesso, non siano ancora stati adeguatamente affrontati dalla comunità informatica. Il terzo e ultimo capitolo esordisce con una panoramica dell'agent-oriented programming, prendendo il linguaggio simpAL come riferimento. In seguito, si prova ad estendere al caso degli agenti la nozione di riuso approfondita nei capitoli precedenti.

Virtual commissioning of automatic machines for mesh panels manufacturing

The purpose of this thesis is to present the concept of simulation for automatic machines and how it might be used to test and debug software implemented for an automatic machine. The simulation is used to detect errors and allow corrections of the code before the machine has been built. Simulation permits testing different solutions and improving the software to get an optimized one. Additionally, simulation can be used to keep track of a machine after the installation in order to improve the production process during the machine’s life cycle. The central argument of this project is discussing the advantage of using virtual commissioning to test the implemented software in a virtual environment. Such an environment is getting benefit in avoiding potential damages as well as reduction of time to have the machine ready to work. Also, the use of virtual commissioning allows testing different solutions without high losses of time and money. Subsequently, an optimized solution could be found after testing different proposed solutions. The software implemented is based on the Object-Oriented Programming paradigm which implies different features such as encapsulation, modularity, and reusability of the code. Therefore, this way of programming helps to get simplified code that is easier to be understood and debugged as well as its high efficiency. Finally, different communication protocols are implemented in order to allow communication between the real plant and the simulation model. By the outcome that this communication provides, we might be able to gather all the necessary data for the simulation and the analysis, in real-time, of the production process in a way to improve it during the machine life cycle.

Engineering Concurrent and Event-driven Web Apps: An Agent-Oriented Approach based on the simpAL Language

Web is constantly evolving, thanks to the 2.0 transition, HTML5 new features and the coming of cloud-computing, the gap between Web and traditional desktop applications is tailing off. Web-apps are more and more widespread and bring several benefits compared to traditional ones. On the other hand reference technologies, JavaScript primarly, are not keeping pace, so a paradim shift is taking place in Web programming, and so many new languages and technologies are coming out. First objective of this thesis is to survey the reference and state-of-art technologies for client-side Web programming focusing in particular on what concerns concurrency and asynchronous programming. Taking into account the problems that affect existing technologies, we finally design simpAL-web, an innovative approach to tackle Web-apps development, based on the Agent-oriented programming abstraction and the simpAL language. == Versione in italiano: Il Web è in continua evoluzione, grazie alla transizione verso il 2.0, alle nuove funzionalità introdotte con HTML5 ed all’avvento del cloud-computing, il divario tra le applicazioni Web e quelle desktop tradizionali va assottigliandosi. Le Web-apps sono sempre più diffuse e presentano diversi vantaggi rispetto a quelle tradizionali. D’altra parte le tecnologie di riferimento, JavaScript in primis, non stanno tenendo il passo, motivo per cui la programmazione Web sta andando incontro ad un cambio di paradigma e nuovi linguaggi e tecnologie stanno spuntando sempre più numerosi. Primo obiettivo di questa tesi è di passare al vaglio le tecnologie di riferimento ed allo stato dell’arte per quel che riguarda la programmmazione Web client-side, porgendo particolare attenzione agli aspetti inerenti la concorrenza e la programmazione asincrona. Considerando i principali problemi di cui soffrono le attuali tecnologie passeremo infine alla progettazione di simpAL-web, un approccio innovativo con cui affrontare lo sviluppo di Web-apps basato sulla programmazione orientata agli Agenti e sul linguaggio simpAL.

Il ruolo delle architetture di controllo nella progettazione e sviluppo di applicazioni web: Un confronto fra event-loop e control-loop utilizzando il linguaggio dart e linguaggi agent-oriented

Quando si parla di architetture di controllo in ambito Web, il Modello ad Eventi è indubbiamente quello più diffuso e adottato. L’asincronicità e l’elevata interazione con l’utente sono caratteristiche tipiche delle Web Applications, ed un architettura ad eventi, grazie all’adozione del suo tipico ciclo di controllo chiamato Event Loop, fornisce un'astrazione semplice ma sufficientemente espressiva per soddisfare tali requisiti. La crescita di Internet e delle tecnologie ad esso associate, assieme alle recenti conquiste in ambito di CPU multi-core, ha fornito terreno fertile per lo sviluppo di Web Applications sempre più complesse. Questo aumento di complessità ha portato però alla luce alcuni limiti del modello ad eventi, ancora oggi non del tutto risolti. Con questo lavoro si intende proporre un differente approccio a questa tipologia di problemi, che superi i limiti riscontrati nel modello ad eventi proponendo un architettura diversa, nata in ambito di IA ma che sta guadagno popolarità anche nel general-purpose: il Modello ad Agenti. Le architetture ad agenti adottano un ciclo di controllo simile all’Event Loop del modello ad eventi, ma con alcune profonde differenze: il Control Loop. Lo scopo di questa tesi sarà dunque approfondire le due tipologie di architetture evidenziandone le differenze, mostrando cosa significa affrontare un progetto e lo sviluppo di una Web Applications avendo tecnologie diverse con differenti cicli di controllo, mettendo in luce pregi e difetti dei due approcci.

OGRE: analisi di un motore grafico 3D

In questa tesi descriveremo e analizzeremo il motore grafico OGRE, acronimo di Object-Oriented Graphics Rendering Engine. La scelta di analizzare proprio questo motore grafico è legata a diverse considerazioni. Innanzitutto, OGRE è rilasciato con licenza open source e quindi rende disponibile il suo codice sorgente. Questo è molto importante, in un contesto di studio e sperimentazione come quello universitario, perché permette di comprendere e analizzare anche il funzionamento interno del motore grafico. Inoltre, OGRE è un progetto maturo e stabile con una vasta comunità di sviluppatori e utilizzatori alle spalle. Esiste molta documentazione a riguardo, tra wiki, libri e manuali, e un forum molto attivo per la richiesta di aiuto e consigli. A conferma, sia della bontà del progetto che delle ottime prestazioni del motore grafico, basta dire che OGRE è utilizzato anche da applicazioni commerciali, come videogame, editor 3D e simulatori. Infine, la caratteristica che contraddistingue OGRE da tutti gli altri motori grafici è il fatto di essere "solamente" un motore di rendering puro. Ciò significa che qualsiasi funzionalità non direttamente legata al rendering, come ad esempio la gestione degli input dell'utente, non è supportata da OGRE. Anche se questo può sembrare un difetto, in realtà ciò permetterà di concentrarci solamente sugli aspetti legati al rendering che, in un motore grafico, costituiscono la parte fondamentale.

Il linguaggio Alloy come ausilio nella specifica formale di modelli UML

UML è ampiamente considerato lo standard de facto nella fase iniziale di modellazione di sistemi software basati sul paradigma Object-Oriented; il suo diagramma delle classi è utilizzato per la rappresentazione statica strutturale di entità e relazioni che concorrono alla definizione delle specifiche del sistema; in questa fase viene utilizzato il linguaggio OCL per esprimere vincoli semantici sugli elementi del diagramma. Il linguaggio OCL però soffre della mancanza di una verifica formale sui vincoli che sono stati definiti. Il linguaggio di modellazione Alloy, inserendosi in questa fase, concettualmente può sopperire a questa mancanza perchè può descrivere con le sue entità e relazioni un diagramma delle classi UML e, tramite propri costrutti molto vicini all'espressività di OCL, può specificare vincoli semantici sul modello che verranno analizzati dal suo ambiente l'Alloy Analyzer per verificarne la consistenza. In questo lavoro di tesi dopo aver dato una panoramica generale sui costrutti principali del linguaggio Alloy, si mostrerà come è possibile creare una corrispondenza tra un diagramma delle classi UML e un modello Alloy equivalente. Si mostreranno in seguito le analogie che vi sono tra i costrutti Alloy e OCL per la definizione di vincoli formali, e le differenze, offrendo nel complesso soluzioni e tecniche che il modellatore può utilizzare per sfruttare al meglio questo nuovo approccio di verifica formale. Verranno mostrati anche i casi di incompatibilità. Infine, come complemento al lavoro svolto verrà mostrata, una tecnica per donare una dinamicità ai modelli statici Alloy.

ROP Gadgets hiding techniques in Open Source Projects

Today there are many techniques that allows to exploit vulnerabilities of an application; there are also many techniques that are designed to stop these exploit attacks. This thesis wants to highlight how a specific type of attack, based on a technique called Return Oriented Programming (ROP), can be easily applied to binaries with particular characteristics. A new method that allows the injection of "useful" code in an Open Source projects without arousing suspicions is presented; this is possible because of the harmless aspects of the injected code. This useful code facilitate a ROP attack against an executable that contains vulnerable bugs. The injection process can be visualized in environment where an user can contribute with own code to a particular Open Source project. This thesis also highlights how current software protections are not correctly applied to Open Source project, thus enabling the proposed approach.

Deadlock analysis of asynchronous sequential processes

In this thesis we present ad study an object-oriented language, characterized by two different types of objects, passive and active objects, of which we define the operational syntax and semantics. For this language we also define the type system, that will be used for the type checking and for the extraction of behavioral types, which are an abstract description of the behavior of the methods, used in deadlock analysis. Programs can manifest deadlock due to the errors of the programmer. To statically identify possible unintended behaviors we studied and implemented a technique for the analysis of deadlock based on behavioral types.

Strumenti informatici per l'analisi spaziale: Ipotesi di applicazione allo studio della densita e dei tessuti urbani

Questa tesi si prepone di indagare quali ricadute positive potrebbe avere, nei confronti della pianificazione urbanistica e il monitoraggio a scala territoriale, l’applicazione delle tecnologie di analisi spaziale assistita dal computer, con particolare riferimento all’analisi tipomorfologica delle forme insediative, sia a scala di quartiere (distinguendo tessuto compatto, a grana fine, grossa, ecc.), che a scala urbana (analisi della densità e delle aggregazioni extraurbane). A tal fine sono state elaborate due ipotesi applicative delle recenti tecnologie di elaborazione object-oriented, sperimentandole sulle principali città romagnole che si collocano sull’asse della via Emilia.

REST SERVER IN JOLIE - Practical Case

The aim of this thesis is to merge two of the emerging paradigms about web programming: RESTful Web Development and Service-Oriented Programming. REST is the main architectural paradigm about web applications, they are characterised by procedural structure which avoid the use of handshaking mechanisms. Even though REST has a standard structure to access the resources of the web applications, the backend side is usually not very modular if not complicated. Service-Oriented Programming, instead, has as one of the fundamental principles, the modularisation of the components. Service-Oriented Applications are characterised by separate modules that allow to simplify the devel- opment of the web applications. There are very few example of integration between these two technologies: it seems therefore reasonable to merge them. In this thesis the methodologies studied to reach this results are explored through an application that helps to handle documents and notes among several users, called MergeFly. The MergeFly practical case, once that all the specifics had been set, will be utilised in order to develop and handle HTTP requests through SOAP. In this document will be first defined the 1) characteristics of the application, 2) SOAP technology, partially introduced the 3) Jolie Language, 4) REST and finally a 5) Jolie-REST implementation will be offered through the MergeFly case. It is indeed implemented a token mechanism for authentication: it has been first discarded sessions and cookies algorithm of authentication in so far not into the pure RESTness theory, even if often used). In the final part the functionality and effectiveness of the results will be evaluated, judging the Jolie-REST duo.

Programmazione ad Agenti - Un Caso di Studio nel Linguaggio Sarl

Agent-oriented programming (AOP) è un paradigma di programmazione che concepisce un software come insieme di agenti che possiedono caratteristiche di autonomia, proattività e che sono in grado di comunicare con altri agenti. Sebbene sia stato impiegato soprattutto nell'ambito dell'intelligenza artificiale questo tipo di programmazione si rivela utile per lo sviluppo di sistemi distribuiti riuscendo a gestire agilmente problemi di concorrenza. Lo scopo di questa tesi è analizzare le caratteristiche del paradigma e dei software basati su agenti, utilizzando come caso di studio Sarl, un linguaggio general-purpose molto recente. La parte principale del lavoro consiste nella descrizione dei modelli teorici che hanno portato alla nascita della programmazione ad agenti, in particolare del modello BDI, e dei principali framework per lo sviluppo di sistemi multi-agente.

Workflow Patterns for Service Oriented Computing in JOLIE

Il presente lavoro di tesi ha come punto focale la descrizione, la verifica e la dimostrazione della realizzabilità dei Workflow Patterns di Gestione del Flusso(Control-Flow) e Risorse (Resource) definiti da parte della Workflow Pattern Initiative (WPI)in JOLIE, un innovativo linguaggio di programmazione orientato ai servizi nato nell'ambito del Service Oriented Computing. Il Service Oriented Computing (SOC) è un nuovo modo di pensare la programmazione di applicazioni distribuite, i cui concetti fondamentali sono i servizi e la composizione. L’approccio SOC definisce la possibilità di costruire un’applicazione in funzione dei servizi che ne realizzano il comportamento tramite una loro composizione, definita secondo un particolare flusso di lavoro. Allo scopo di fornire la necessaria conoscenza per capire la teoria, le meccaniche e i costrutti di JOLIE utilizzati per la realizzazione dei pattern, il seguente lavoro di tesi è stato diviso in quattro parti, corrispondenti ad altrettanti capitoli. Nel primo capitolo viene riportata una descrizione generale del SOC e della Business Process Automation (BPA), che costituisce l’ambiente in cui il SOC è inserito. Per questo viene fatta una disamina della storia informatica sui sistemi distribuiti, fino ad arrivare ai sistemi odierni, presentando in seguito il contesto del BPA e delle innovazioni derivanti dalle sue macro-componenti, di cui il SOC fa parte. Continuando la descrizione dell’approccio Service Oriented, ne vengono presentati i requisiti (pre-condizioni) e si cerca di dare una definizione precisa del termine “servizio”, fino all'enunciazione dei principi SOC declinati nell’ottica delle Service Oriented Architectures, presentando in ultimo i metodi di composizione dei servizi, tramite orchestrazione e coreografia. L’ultima sezione del capitolo prende in considerazione il SOC in un’ottica prettamente industriale e ne evidenzia i punti strategici. Il secondo capitolo è incentrato sulla descrizione di JOLIE, gli aspetti fondamentali dell’approccio orientato ai servizi, che ne caratterizzano profondamente la definizione concettuale (SOCK), e la teoria della composizione dei servizi. Il capitolo non si pone come una descrizione esaustiva di tutte le funzionalità del linguaggio, ma considera soprattutto i concetti teorici, le strutture di dati, gli operatori e i costrutti di JOLIE utilizzati per la dimostrazione della realizzabilità dei Workflow Pattern del capitolo successivo. Il terzo capitolo, più lungo e centrale rispetto agli altri, riguarda la realizzazione dei workflow pattern in JOLIE. All'inizio del capitolo viene fornita una descrizione delle caratteristiche del WPI e dei Workflow Pattern in generale. In seguito, nelle due macro-sezioni relative ai Control-Flow e Resource pattern vengono esposte alcune nozioni riguardanti le metodologie di definizione dei pattern (e.g. la teoria sulla definizione delle Colored Petri Nets) e le convezioni adottate dal WPI, per passare in seguito al vero e proprio lavoro (sperimentale) di tesi riguardo la descrizione dei pattern, l’analisi sulla loro realizzabilità in JOLIE, insieme ad un codice di esempio che esemplifica quanto affermato dall'analisi. Come sommario delle conclusioni raggiunte sui pattern, alla fine di ognuna delle due sezioni definite in precedenza, è presente una scheda di valutazione che, con lo stesso metodo utilizzato e definito dalla WPI, permette di avere una rappresentazione generale della realizzabilità dei pattern in JOLIE. Il quarto capitolo riguarda gli esiti tratti dal lavoro di tesi, riportando un confronto tra le realizzazioni dei pattern in JOLIE e le valutazioni del WPI rispetto agli altri linguaggi da loro considerati e valutati. Sulla base di quanto ottenuto nel terzo capitolo vengono definite le conclusioni del lavoro portato avanti sui pattern e viene delineato un’eventuale scenario riguardante il proseguimento dell’opera concernente la validazione ed il completamento della studio. In ultimo vengono tratte alcune conclusioni sia riguardo JOLIE, nel contesto evolutivo del linguaggio e soprattutto del progetto open-source che è alla sua base, sia sul SOC, considerato nell’ambito del BPA e del suo attuale ambito di sviluppo dinamico.