5/17/2012

1

Hausi A. MüllerComputer Science

Faculty of EngineeringUniversity of Victoria

hausi@cs.uvic.ca

Engineering Autonomic Systems (EASy)

Software Engineering @ Runtime

Software Engineering @ Runtime

Our research projectsOur research projects2

5/17/2012

2

+ +Instrumented Interconnected Intelligent

3

A SAS can alter its behaviour at runtime in response to its perception of 

its environment and 

its own state 

in the form of self‐adaptation.

SAS abilitiesAssess its own behaviour

Observe its context or environment

Adapt without shut down

4

Magee, Kramer: Dynamic Structure in Software Architectures, SIGSOFT FSE, pp. 3‐14 (1996) Oreizy, et al.:  An Architecture‐Based Approach to Self‐Adaptive Software, IEEE Intelligent Systems, 

pp. 54‐62 (1999  Giese, Brun, Di Marzo Serugendo, Gacek, Kienle, Müller, Pezzè,  Shaw: Engineering self‐adaptive and 

self‐managing systems, LNCS 5527:47‐69 (2009)

Magee, Kramer: Dynamic Structure in Software Architectures, SIGSOFT FSE, pp. 3‐14 (1996) Oreizy, et al.:  An Architecture‐Based Approach to Self‐Adaptive Software, IEEE Intelligent Systems, 

pp. 54‐62 (1999  Giese, Brun, Di Marzo Serugendo, Gacek, Kienle, Müller, Pezzè,  Shaw: Engineering self‐adaptive and 

self‐managing systems, LNCS 5527:47‐69 (2009)

Provide Elasticity

5/17/2012

3

5

From satisfaction of requirements through traditional, top‐down engineering

To satisfaction of requirements by regulation of complex, decentralized systems

6

The system shall do this … but it may do this … … as long as it does this.

5/17/2012

4

The internal mechanisms of humans continuously work together to maintain essential variables within physiological context and limits—the n‐dimensional viability zone

The goal of human self‐managing behavior is directly linked to survivability

If the external or internal environment pushes the system outside its physiological equilibrium zone, the system will work towards returning to the equilibrium zone

7

n‐dimensional viability zoneequilibrium

Aubin, Bayen, Saint‐Pierre: Viability Theory: New Directions, Springer (2011)Aubin, Bayen, Saint‐Pierre: Viability Theory: New Directions, Springer (2011)

Profound impact on SE and CS

Rethink software design and evolution for highly adaptive software systems

Feedback loops and control theory are key

8

Requirements@runtime

Models@runtime

Monitoring@runtime

Analysis@runtime

Self‐Adaptation@runtime

CM@runtime

V&V@runtime

Assurance@runtime

Baresi, Ghezzi: The disappearing boundary between development‐time and run‐time. In: FSE/SDP Workshop on Future of Software Engineering Research (FoSER 2010), pp. 17‐22 (2010)

Baresi, Ghezzi: The disappearing boundary between development‐time and run‐time. In: FSE/SDP Workshop on Future of Software Engineering Research (FoSER 2010), pp. 17‐22 (2010)

5/17/2012

5

9

ContextManagement

FeedbackControl

RuntimeV&V

Conduct fundamental research on situation‐aware self‐adaptive software‐intensive systemsto optimize their dynamic capabilities

Context information

Environmental uncertainty

Behavioral uncertainty

Coutaz, Crowley, Dobson, Garlan: Context is key, CACM 48(3) (2005) Whittle et al.: RELAX: A language to address uncertainty in self‐adaptive systems 

requirements, Requirements Engineering 15(2):177‐196 (2010) Inverardi, Mori:  Feature‐oriented evolutions for context‐aware adaptive systems. 

In: Proc. IWPSE‐EVOL, pp. 93‐97, (2010)

Coutaz, Crowley, Dobson, Garlan: Context is key, CACM 48(3) (2005) Whittle et al.: RELAX: A language to address uncertainty in self‐adaptive systems 

requirements, Requirements Engineering 15(2):177‐196 (2010) Inverardi, Mori:  Feature‐oriented evolutions for context‐aware adaptive systems. 

In: Proc. IWPSE‐EVOL, pp. 93‐97, (2010)10

5/17/2012

6

• Modeling of relevant context

• Context management strategies

• Adaptation of context models at runtime

Context representation

• Adaptive context management strategies

• Gathering, provisioning

• Context reasoning

Context management

11

Regulate objectives maintain 

equilibrium

Analyze

Plan

Adapt

Monitor

Müller, Pezzè, Shaw: Visibility of control in adaptive systems, Proc. Second Int. Workshop on Ultra‐Large‐Scale Software‐Intensive Systems (ULSSIS 2008), pp. 23‐26 (2008)

Müller, Pezzè, Shaw: Visibility of control in adaptive systems, Proc. Second Int. Workshop on Ultra‐Large‐Scale Software‐Intensive Systems (ULSSIS 2008), pp. 23‐26 (2008)

12

5/17/2012

7

Dahm: Technology Horizons: A Vision for Air Force Science & Technology During 2010‐2030. TR USAF (2010) Villegas, Müller, et al.: A Framework for Evaluating Quality‐Driven Self‐Adaptive Software Systems, In: Proc. 6th 

ACM/IEEE Software Engineering for Adaptive and Self‐Managing Systems (SEAMS 2011), pp. 80‐89 (2011)

Dahm: Technology Horizons: A Vision for Air Force Science & Technology During 2010‐2030. TR USAF (2010) Villegas, Müller, et al.: A Framework for Evaluating Quality‐Driven Self‐Adaptive Software Systems, In: Proc. 6th 

ACM/IEEE Software Engineering for Adaptive and Self‐Managing Systems (SEAMS 2011), pp. 80‐89 (2011)

V&V ensures that software satisfies requirements and quality attributes

Runtime V&V ensures proper system operation during adaptation

Certifiable V&V methods are critical for smart systems

13

V&VContextMonitors

PlanValidator

Requirements@runtime

V&VAnalysis

Regulate objectives maintain 

equilibrium

Analyze

Plan

Adapt

Monitor

Tamura, Villegas, Müller, et al.: Towards practical runtime verification and validation of self‐adaptive software systems.  In: de Lemos, Giese, Müller,  Shaw (Eds.), Software Engineering for SAS, Springer (2012)

Tamura, Villegas, Müller, et al.: Towards practical runtime verification and validation of self‐adaptive software systems.  In: de Lemos, Giese, Müller,  Shaw (Eds.), Software Engineering for SAS, Springer (2012)

14

5/17/2012

8

15

study certifiable V&V methods and tools 

Industrial projectsMüller, Mylopoulos: Design and Evolution of Autonomic Application Software, IBM/NSERC CRD (2006‐10)

Müller, Kontogiannis, Mylopoulos, Wong: Logging, Monitoring and Diagnosis Systems for Enterprise Software Applications (LMD), CA/NSERC CRD (2007‐11)

Conferences and workshopsSEAMS: Int. Symp. on Software Engineering for Adaptive and Self‐Managing Systems (2006‐12)

SEfAS: Software Eng. for SAS, Dagstuhl (2008, 2010)

EASy: Engineering Autonomic Systems, Shonan Meeting (2012)

CoursesMüller: Self‐Adaptive & Self‐Managing Systems, Grad Course (2008, 2010)

16

5/17/2012

9

SAVI—Smart Applications on Virtual InfrastructureNSERC Strategic Network

All students, Sudhakar Ganti

SmarterContext—Smart Personal WebNorha Villegas, IBM CAS

YaKit—Smart Messaging SystemRon Desmarais, Przemek Lach

Smart Resource ManagementRon Desmarais, Sowmya B., Venkatesh S., Ulrike Stege

SDDS—Smart ServicesDynamic discovery, dynamic security assurance

Atousa Pahlevan, Alex Thomo

Smart Phone ApplicationsSahar Ebrahimi, Ishita Jain, Qian Yang

17

Theme 1Smart Applications

Theme 2Extended Cloud Computing

Theme 3Smart Converged Edge

Theme 4Integrated Wireless/Optical Access

Theme 5Application Platform Testbed

Opt

imiz

e

18

Optimize

5/17/2012

10

User‐driven context management framework

Context models at three different levels of abstraction

Context monitoring and reasoning engine

Personal web sphere model

Personal web case study

IBM CAS Project of the Year 2011

Villegas, Müller, et al.: A dynamic context management infrastructure for supporting user‐driven web integration in the personal web, Proc. 21st CASCON, pp. 200‐214 (2011)Villegas, Müller, et al.: A dynamic context management infrastructure for supporting user‐driven web integration in the personal web, Proc. 21st CASCON, pp. 200‐214 (2011) 19

20

Keynote Speakers: Raffaello D'Andrea, ETH ZürichCo‐Founder of Kiva Systems acquired by Amazon for $775MFranco Zambonelli, Uni. of Modena & Reggio Emilia, Italy