An integrated approach of software development and test processes to distributed teams

The Distributed Software Development (DSD) is a development strategy that meets the globalization needs concerned with the increase productivity and cost reduction. However, the temporal distance, geographical dispersion and the socio-cultural differences, increased some challenges and, especially, added new requirements related with the communication, coordination and control of projects. Among these new demands there is the necessity of a software process that provides adequate support to the distributed software development. This paper presents an integrated approach of software development and test that considers distributed teams peculiarities. The approach purpose is to offer support to DSD, providing a better project visibility, improving the communication between the development and test teams, minimizing the ambiguity and difficulty to understand the artifacts and activities. This integrated approach was conceived based on four pillars: (i) to identify the DSD peculiarities concerned with development and test processes, (ii) to define the necessary elements to compose the integrated approach of development and test to support the distributed teams, (iii) to describe and specify the workflows, artifacts, and roles of the approach, and (iv) to represent appropriately the approach to enable the effective communication and understanding of it.

Improving the Robustness of Distributed Failure Detectors in Adverse Conditions

Failure detection is at the core of most fault tolerance strategies, but it often depends on reliable communication. We present new algorithms for failure detectors which are appropriate as components of a fault tolerance system that can be deployed in situations of adverse network conditions (such as loosely connected and administered computing grids). It packs redundancy into heartbeat messages, thereby improving on the robustness of the traditional protocols. Results from experimental tests conducted in a simulated environment with adverse network conditions show significant improvement over existing solutions.

A quantitative analysis of current security concerns and solutions for cloud computing

The development of cloud computing services is speeding up the rate in which the organizations outsource their computational services or sell their idle computational resources. Even though migrating to the cloud remains a tempting trend from a financial perspective, there are several other aspects that must be taken into account by companies before they decide to do so. One of the most important aspect refers to security: while some cloud computing security issues are inherited from the solutions adopted to create such services, many new security questions that are particular to these solutions also arise, including those related to how the services are organized and which kind of service/data can be placed in the cloud. Aiming to give a better understanding of this complex scenario, in this article we identify and classify the main security concerns and solutions in cloud computing, and propose a taxonomy of security in cloud computing, giving an overview of the current status of security in this emerging technology.

Formalizing languages for service oriented computing

Service Oriented Computing is a new programming paradigm for addressing distributed system design issues. Services are autonomous computational entities which can be dynamically discovered and composed in order to form more complex systems able to achieve different kinds of task. E-government, e-business and e-science are some examples of the IT areas where Service Oriented Computing will be exploited in the next years. At present, the most credited Service Oriented Computing technology is that of Web Services, whose specifications are enriched day by day by industrial consortia without following a precise and rigorous approach. This PhD thesis aims, on the one hand, at modelling Service Oriented Computing in a formal way in order to precisely define the main concepts it is based upon and, on the other hand, at defining a new approach, called bipolar approach, for addressing system design issues by synergically exploiting choreography and orchestration languages related by means of a mathematical relation called conformance. Choreography allows us to describe systems of services from a global view point whereas orchestration supplies a means for addressing such an issue from a local perspective. In this work we present SOCK, a process algebra based language inspired by the Web Service orchestration language WS-BPEL which catches the essentials of Service Oriented Computing. From the definition of SOCK we will able to define a general model for dealing with Service Oriented Computing where services and systems of services are related to the design of finite state automata and process algebra concurrent systems, respectively. Furthermore, we introduce a formal language for dealing with choreography. Such a language is equipped with a formal semantics and it forms, together with a subset of the SOCK calculus, the bipolar framework. Finally, we present JOLIE which is a Java implentation of a subset of the SOCK calculus and it is part of the bipolar framework we intend to promote.

Comparative phylogeography of two co-distributed arctic-alpine freshwater insect species in Europe

The distribution pattern of European arctic-alpine disjunct species is of growing interest among biogeographers due to the arising variety of inferred demographic histories. In this thesis I used the co-distributed mayfly Ameletus inopinatus and the stonefly Arcynopteryx compacta as model species to investigate the European Pleistocene and Holocene history of stream-inhabiting arctic-alpine aquatic insects. I used last glacial maximum (LGM) species distribution models (SDM) to derive hypotheses on the glacial survival during the LGM and the recolonization of Fennoscandia: 1) both species potentially survived glacial cycles in periglacial, extra Mediterranean refugia, and 2) postglacial recolonization of Fennoscandia originated from these refugia. I tested these hypotheses using mitochondrial sequence (mtCOI) and species specific microsatellite data. Additionally, I used future SDM to predict the impact of climate change induced range shifts and habitat loss on the overall genetic diversity of the endangered mayfly A. inopinatus.rnI observed old lineages, deep splits, and almost complete lineage sorting of mtCOI sequences between mountain ranges. These results support the hypothesis that both species persisted in multiple periglacial extra-Mediterranean refugia in Central Europe during the LGM. However, the recolonization of Fennoscandia was very different between the two study species. For the mayfly A. inopinatus I found strong differentiation between the Fennoscandian and all other populations in sequence and microsatellite data, indicating that Fennoscandia was recolonized from an extra European refugium. High mtCOI genetic structure within Fennoscandia supports a recolonization of multiple lineages from independent refugia. However, this structure was not apparent in the microsatellite data, consistent with secondary contact without sexual incompability. In contrast, the stonefly A. compacta exhibited low genetic structure and shared mtCOI haplotypes among Fennoscandia and the Black Forest, suggesting a shared Pleistocene refugium in the periglacial tundrabelt. Again, there is incongruence with the microsatellite data, which could be explained with ancestral polymorphism or female-biased dispersal. Future SDM projects major regional habitat loss for the mayfly A. inopinatus, particularly in Central European mountain ranges. By relating these range shifts to my population genetic results, I identified conservation units primarily in Eastern Europe, that if preserved would maintain high levels of the present-day genetic diversity of A. inopinatus and continue to provide long-term suitable habitat under future climate warming scenarios.rnIn this thesis I show that despite similar present day distributions the underlying demographic histories of the study species are vastly different, which might be due to differing dispersal capabilities and niche plasticity. I present genetic, climatic, and ecological data that can be used to prioritize conservation efforts for cold-adapted freshwater insects in light of future climate change. Overall, this thesis provides a next step in filling the knowledge gap regarding molecular studies of the arctic-alpine invertebrate fauna. However, there is continued need to explore the phenomenon of arctic-alpine disjunctions to help understand the processes of range expansion, regression, and lineage diversification in Europe’s high latitude and high altitude biota.

Evaluation of a cloud infrastructure for the CMS distributed data analysis in the top quark sector at the LHC

Nella fisica delle particelle, onde poter effettuare analisi dati, è necessario disporre di una grande capacità di calcolo e di storage. LHC Computing Grid è una infrastruttura di calcolo su scala globale e al tempo stesso un insieme di servizi, sviluppati da una grande comunità di fisici e informatici, distribuita in centri di calcolo sparsi in tutto il mondo. Questa infrastruttura ha dimostrato il suo valore per quanto riguarda l'analisi dei dati raccolti durante il Run-1 di LHC, svolgendo un ruolo fondamentale nella scoperta del bosone di Higgs. Oggi il Cloud computing sta emergendo come un nuovo paradigma di calcolo per accedere a grandi quantità di risorse condivise da numerose comunità scientifiche. Date le specifiche tecniche necessarie per il Run-2 (e successivi) di LHC, la comunità scientifica è interessata a contribuire allo sviluppo di tecnologie Cloud e verificare se queste possano fornire un approccio complementare, oppure anche costituire una valida alternativa, alle soluzioni tecnologiche esistenti. Lo scopo di questa tesi è di testare un'infrastruttura Cloud e confrontare le sue prestazioni alla LHC Computing Grid. Il Capitolo 1 contiene un resoconto generale del Modello Standard. Nel Capitolo 2 si descrive l'acceleratore LHC e gli esperimenti che operano a tale acceleratore, con particolare attenzione all’esperimento CMS. Nel Capitolo 3 viene trattato il Computing nella fisica delle alte energie e vengono esaminati i paradigmi Grid e Cloud. Il Capitolo 4, ultimo del presente elaborato, riporta i risultati del mio lavoro inerente l'analisi comparata delle prestazioni di Grid e Cloud.

Performance studies of the CMS distributed analysis system in the associated Higgs boson production with top quarks

L'obiettivo di questa tesi è studiare la fattibilità dello studio della produzione associata ttH del bosone di Higgs con due quark top nell'esperimento CMS, e valutare le funzionalità e le caratteristiche della prossima generazione di toolkit per l'analisi distribuita a CMS (CRAB versione 3) per effettuare tale analisi. Nel settore della fisica del quark top, la produzione ttH è particolarmente interessante, soprattutto perchè rappresenta l'unica opportunità di studiare direttamente il vertice t-H senza dover fare assunzioni riguardanti possibili contributi dalla fisica oltre il Modello Standard. La preparazione per questa analisi è cruciale in questo momento, prima dell'inizio del Run-2 dell'LHC nel 2015. Per essere preparati a tale studio, le implicazioni tecniche di effettuare un'analisi completa in un ambito di calcolo distribuito come la Grid non dovrebbero essere sottovalutate. Per questo motivo, vengono presentati e discussi un'analisi dello stesso strumento CRAB3 (disponibile adesso in versione di pre-produzione) e un confronto diretto di prestazioni con CRAB2. Saranno raccolti e documentati inoltre suggerimenti e consigli per un team di analisi che sarà eventualmente coinvolto in questo studio. Nel Capitolo 1 è introdotta la fisica delle alte energie a LHC nell'esperimento CMS. Il Capitolo 2 discute il modello di calcolo di CMS e il sistema di analisi distribuita della Grid. Nel Capitolo 3 viene brevemente presentata la fisica del quark top e del bosone di Higgs. Il Capitolo 4 è dedicato alla preparazione dell'analisi dal punto di vista degli strumenti della Grid (CRAB3 vs CRAB2). Nel capitolo 5 è presentato e discusso uno studio di fattibilità per un'analisi del canale ttH in termini di efficienza di selezione.

Smart execution of distributed application by balancing resources in mobile devices and cloud-based avatars

L’obiettivo del progetto di tesi svolto è quello di realizzare un servizio di livello middleware dedicato ai dispositivi mobili che sia in grado di fornire il supporto per l’offloading di codice verso una infrastruttura cloud. In particolare il progetto si concentra sulla migrazione di codice verso macchine virtuali dedicate al singolo utente. Il sistema operativo delle VMs è lo stesso utilizzato dal device mobile. Come i precedenti lavori sul computation offloading, il progetto di tesi deve garantire migliori performance in termini di tempo di esecuzione e utilizzo della batteria del dispositivo. In particolare l’obiettivo più ampio è quello di adattare il principio di computation offloading a un contesto di sistemi distribuiti mobili, migliorando non solo le performance del singolo device, ma l’esecuzione stessa dell’applicazione distribuita. Questo viene fatto tramite una gestione dinamica delle decisioni di offloading basata, non solo, sullo stato del device, ma anche sulla volontà e/o sullo stato degli altri utenti appartenenti allo stesso gruppo. Per esempio, un primo utente potrebbe influenzare le decisioni degli altri membri del gruppo specificando una determinata richiesta, come alta qualità delle informazioni, risposta rapida o basata su altre informazioni di alto livello. Il sistema fornisce ai programmatori un semplice strumento di definizione per poter creare nuove policy personalizzate e, quindi, specificare nuove regole di offloading. Per rendere il progetto accessibile ad un più ampio numero di sviluppatori gli strumenti forniti sono semplici e non richiedono specifiche conoscenze sulla tecnologia. Il sistema è stato poi testato per verificare le sue performance in termini di mecchanismi di offloading semplici. Successivamente, esso è stato anche sottoposto a dei test per verificare che la selezione di differenti policy, definite dal programmatore, portasse realmente a una ottimizzazione del parametro designato.

Distributed allocation and scheduling of applications on HPC platforms

High Performance Computing e una tecnologia usata dai cluster computazionali per creare sistemi di elaborazione che sono in grado di fornire servizi molto piu potenti rispetto ai computer tradizionali. Di conseguenza la tecnologia HPC e diventata un fattore determinante nella competizione industriale e nella ricerca. I sistemi HPC continuano a crescere in termini di nodi e core. Le previsioni indicano che il numero dei nodi arrivera a un milione a breve. Questo tipo di architettura presenta anche dei costi molto alti in termini del consumo delle risorse, che diventano insostenibili per il mercato industriale. Un scheduler centralizzato non e in grado di gestire un numero di risorse cosi alto, mantenendo un tempo di risposta ragionevole. In questa tesi viene presentato un modello di scheduling distribuito che si basa sulla programmazione a vincoli e che modella il problema dello scheduling grazie a una serie di vincoli temporali e vincoli sulle risorse che devono essere soddisfatti. Lo scheduler cerca di ottimizzare le performance delle risorse e tende ad avvicinarsi a un profilo di consumo desiderato, considerato ottimale. Vengono analizzati vari modelli diversi e ognuno di questi viene testato in vari ambienti.

Design, implementation and performance evaluation of an anonymous distributed simulator

La simulazione è definita come la rappresentazione del comportamento di un sistema o di un processo per mezzo del funzionamento di un altro o, alternativamente, dall'etimologia del verbo “simulare”, come la riproduzione di qualcosa di fittizio, irreale, come se in realtà, lo fosse. La simulazione ci permette di modellare la realtà ed esplorare soluzioni differenti e valutare sistemi che non possono essere realizzati per varie ragioni e, inoltre, effettuare differenti valutazioni, dinamiche per quanto concerne la variabilità delle condizioni. I modelli di simulazione possono raggiungere un grado di espressività estremamente elevato, difficilmente un solo calcolatore potrà soddisfare in tempi accettabili i risultati attesi. Una possibile soluzione, viste le tendenze tecnologiche dei nostri giorni, è incrementare la capacità computazionale tramite un’architettura distribuita (sfruttando, ad esempio, le possibilità offerte dal cloud computing). Questa tesi si concentrerà su questo ambito, correlandolo ad un altro argomento che sta guadagnando, giorno dopo giorno, sempre più rilevanza: l’anonimato online. I recenti fatti di cronaca hanno dimostrato quanto una rete pubblica, intrinsecamente insicura come l’attuale Internet, non sia adatta a mantenere il rispetto di confidenzialità, integrità ed, in alcuni, disponibilità degli asset da noi utilizzati: nell’ambito della distribuzione di risorse computazionali interagenti tra loro, non possiamo ignorare i concreti e molteplici rischi; in alcuni sensibili contesti di simulazione (e.g., simulazione militare, ricerca scientifica, etc.) non possiamo permetterci la diffusione non controllata dei nostri dati o, ancor peggio, la possibilità di subire un attacco alla disponibilità delle risorse coinvolte. Essere anonimi implica un aspetto estremamente rilevante: essere meno attaccabili, in quanto non identificabili.

Replaying past changes in multi-developer projects

What was I working on before the weekend? and What were the members of my team working on during the last week? are common questions that are frequently asked by a developer. They can be answered if one keeps track of who changes what in the source code. In this work, we present Replay, a tool that allows one to replay past changes as they happened at a fine-grained level, where a developer can watch what she has done or understand what her colleagues have done in past development sessions. With this tool, developers are able to not only understand what sequence of changes brought the system to a certain state (e.g., the introduction of a defect), but also deduce reasons for why her colleagues performed those changes. One of the applications of such a tool is also discovering the changes that broke the code of a developer.

New Trends in Networking, Computing, E-learning, Systems Sciences, and Engineering

This book provides the latest in a series of books growing out of the International Joint Conferences on Computer, Information and Systems Sciences and Engineering. It includes chapters in the most advanced areas of Computing, Informatics, Systems Sciences and Engineering. It has accessible to a wide range of readership, including professors, researchers, practitioners and students. This book includes a set of rigorously reviewed world-class manuscripts addressing and detailing state-of-the-art research projects in the areas of Computer Science, Informatics, and Systems Sciences, and Engineering. It includes selected papers form the conference proceedings of the Ninth International Joint Conferences on Computer, Information, and Systems Sciences, and Engineering (CISSE 2013). Coverage includes topics in: Industrial Electronics, Technology & Automation, Telecommunications and Networking, Systems, Computing Sciences and Software Engineering, Engineering Education, Instructional Technology, Assessment, and E-learning.

SLA-driven predictive orchestration for distributed cloud-based mobile services

We describe a system for performing SLA-driven management and orchestration of distributed infrastructures composed of services supporting mobile computing use cases. In particular, we focus on a Follow-Me Cloud scenario in which we consider mobile users accessing cloud-enable services. We combine a SLA-driven approach to infrastructure optimization, with forecast-based performance degradation preventive actions and pattern detection for supporting mobile cloud infrastructure management. We present our system's information model and architecture including the algorithmic support and the proposed scenarios for system evaluation.

A distributed, semiotic-inductive and human-Oriented approach to web-scale knowledge retrieval

Web-scale knowledge retrieval can be enabled by distributed information retrieval, clustering Web clients to a large-scale computing infrastructure for knowledge discovery from Web documents. Based on this infrastructure, we propose to apply semiotic (i.e., sub-syntactical) and inductive (i.e., probabilistic) methods for inferring concept associations in human knowledge. These associations can be combined to form a fuzzy (i.e.,gradual) semantic net representing a map of the knowledge in the Web. Thus, we propose to provide interactive visualizations of these cognitive concept maps to end users, who can browse and search the Web in a human-oriented, visual, and associative interface.