Thesis (M.S.)--State University of New York at Binghamton, Department of Computer Science, Thomas J. Watson School of Engineering and Applied Science, 2005. / "This dissertation is a compound document (contains both a paper copy and a CD as part of the dissertation)"--ProQuest abstract document view. Includes bibliographical references.

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La conception des systèmes multimédia embarqués présente de nombreux défis comme la croissante complexité du logiciel et du matériel sous-jacent, ou les pressions liées aux délais de mise en marche. L'optimisation du processus de débogage et validation du logiciel peut aider à réduire sensiblement le temps de développement. Parmi les outils de débogage de systèmes embarqués, un puissant outil largement utilise est l'analyse de traces d'exécution. Cependant, l'évolution des techniques de traçage dans les systèmes embarqués se traduit par des traces d'exécution avec une grande quantité d'information, à tel point que leur analyse manuelle devient ingérable. Dans ce cas, les techniques de recherche de motifs peuvent aider en trouvant des motifs intéressants dans de grandes quantités d'information. Concrètement, dans cette thèse, nous nous intéressons à la découverte de comportements périodiques sur des applications multimédia. Donc, les contributions de cette thèse concernent l'analyse des traces d'exécution d'applications multimédia en utilisant des techniques de recherche de motifs périodiques fréquents. Concernant la recherche de motifs périodiques, nous proposons une définition de motif périodique adaptée aux caractéristiques de la programmation parallèle. Nous proposons ensuite une représentation condensée de l'ensemble de motifs périodiques fréquents, appelée Core Periodic Concepts (CPC), en adoptant une approche basée sur les relations triadiques. De plus, nous définissons quelques propriétés de connexion entre ces motifs, ce qui nous permet de mettre en oeuvre un algorithme efficace de recherche de CPC, appelé PerMiner. Pour montrer l'efficacité et le passage à l'échelle de PerMiner, nous réalisons une analyse rigoureuse qui montre que PerMiner est au moins deux ordres de grandeur plus rapide que l'état de l'art. En plus, nous réalisons un analyse de l'efficacité de PerMiner sur une trace d'exécution d'une application multimédia réelle en présentant l'accélération accompli par la version parallèle de l'algorithme. Concernant les systèmes embarqués, nous proposons un premier pas vers une méthodologie qui explique comment utiliser notre approche dans l'analyse de traces d'exécution d'applications multimédia. Avant d'appliquer la recherche de motifs fréquents, les traces d'exécution doivent être traitées, et pour cela nous proposons plusieurs techniques de pré-traitement des traces. En plus, pour le post-traitement des motifs périodiques, nous proposons deux outils : un outil qui trouve des pairs de motifs en compétition ; et un outil de visualisation de CPC, appelé CPCViewer. Finalement, nous montrons que notre approche peut aider dans le débogage des applications multimédia à travers deux études de cas sur des traces d'exécution d'applications multimédia réelles. / Increasing complexity in both the software and the underlying hardware, and ever tighter time-to-market pressures are some of the key challenges faced when designing multimedia embedded systems. Optimizing software debugging and validation phases can help to reduce development time significantly. A powerful tool used extensively when debugging embedded systems is the analysis of execution traces. However, evolution in embedded system tracing techniques leads to execution traces with a huge amount of information, making manual trace analysis unmanageable. In such situations, pattern mining techniques can help by automatically discovering interesting patterns in large amounts of data. Concretely, in this thesis, we are interested in discovering periodic behaviors in multimedia applications. Therefore, the contributions of this thesis are focused on the definition of periodic pattern mining techniques for the analysis of multimedia applications execution traces. Regarding periodic pattern mining contributions, we propose a definition of periodic pattern adapted to the characteristics of concurrent software. We then propose a condensed representation of the set of frequent periodic patterns, called core periodic concepts (CPC), by adopting an approach originated in triadic concept approach. Moreover, we define certain connectivity properties of these patterns that allow us to implement an efficient CPC mining algorithm, called PerMiner. Then, we perform a thorough analysis to show the efficiency and scalability of PerMiner algorithm. We show that PerMiner algorithm is at least two orders of magnitude faster than the state of the art. Moreover, we evaluate the efficiency of PerMiner algorithm over a real multimedia application trace and also present the speedup achieved by a parallel version of the algorithm. Then, regarding embedded systems contributions, we propose a first step towards a methodology which aims at giving the first guidelines of how to use our approach in the analysis of multimedia applications execution traces. Besides, we propose several ways of preprocessing execution traces and a competitors finder tool to postprocess the mining results. Moreover, we present a CPC visualization tool, called CPCViewer, that facilitates the analysis of a set of CPCs. Finally, we show that our approach can help in debugging multimedia applications through the study of two use cases over real multimedia application execution traces.

Context: Testing is an important activity in software development and is typically estimated to account for nearly half of the efforts in the software development cycle. This puts a great demand on improving the artifacts involved in this task such as the test cases and test suites (a collection of test cases).  Objective: When executing test programs, it is typical to record runtime information associated with the test cases in the form of test execution logs or traces. The aim of this work is to explore how this information can be utilized to improve the software testing process. To this end, two main aspects are investigated which are (1) in the context of test case generation and (2) in the context of different optimizations regarding existing test suites. Furthermore, the role of the logs regarding fault localization in connection with improving the existing test suites is investigated. Method: A systematic literature review is conducted to investigate, identify and analyze the existing literature on test case generation and test suite optimization that utilizes the test execution logs. Results: After a rigorous search in six digital databases, 26 primary studies were identified. 5 of the selected papers propose approaches in the context of test data generation, 8 papers suggest test case prioritization (TCP) techniques, 4 papers discuss approaches in test case selection (TCS), and 5 papers propose approaches in test suite minimization (TSM). Furthermore, we identified, 3 papers that discuss fault localization, and one paper that discussed the decomposition of large test cases into smaller single purpose test cases using the logs from previous test executions. Conclusion: The test execution logs are a useful source of information for different testing activities. Regarding test case generation, the main theme observed is the use of genetic algorithms in attempting to generate appropriate test cases when the alternative might have been to use random test data generation methods. When it comes to improving existing test suites several approaches within TCP, TCS and TSM such as similarity-based, modification-based, cluster-based, and search-based were put forward by the authors of the selected primary studies. Furthermore, several fault localization techniques using the logs were suggested.

De nos jours, les applications de grande taille sont développées à l’aide de nom- breux cadres d’applications (frameworks) et intergiciels (middleware). L’utilisation ex- cessive d’objets temporaires est un problème de performance commun à ces applications. Ce problème est appelé “object churn”. Identifier et comprendre des sources d’“object churn” est une tâche difficile et laborieuse, en dépit des récentes avancées dans les tech- niques d’analyse automatiques. Nous présentons une approche visuelle interactive conçue pour aider les développeurs à explorer rapidement et intuitivement le comportement de leurs applications afin de trouver les sources d’“object churn”. Nous avons implémenté cette technique dans Vasco, une nouvelle plate-forme flexible. Vasco se concentre sur trois principaux axes de con- ception. Premièrement, les données à visualiser sont récupérées dans les traces d’exécu- tion et analysées afin de calculer et de garder seulement celles nécessaires à la recherche des sources d’“object churn”. Ainsi, des programmes de grande taille peuvent être vi- sualisés tout en gardant une représentation claire et compréhensible. Deuxièmement, l’utilisation d’une représentation intuitive permet de minimiser l’effort cognitif requis par la tâche de visualisation. Finalement, la fluidité des transitions et interactions permet aux utilisateurs de garder des informations sur les actions accomplies. Nous démontrons l’efficacité de l’approche par l’identification de sources d’“object churn” dans trois ap- plications utilisant intensivement des cadres d’applications framework-intensive, inclu- ant un système commercial. / Nowadays, large framework-intensive programs are developed using many layers of frameworks and middleware. Bloat, and particularly object churn, is a common per- formance problem in framework-intensive applications. Object churn consists of an ex- cessive use of temporary objects. Identifying and understanding sources of churn is a difficult and labor-intensive task, despite recent advances in automated analysis tech- niques. We present an interactive visualization approach designed to help developers quickly and intuitively explore the behavior of their application with respect to object churn. We have implemented this technique in Vasco, a new flexible and scalable visualization platform. Vasco follows three main design goals. Firstly, data is collected from execu- tion traces. It is analyzed in order to calculate and keep only the data that is necessary to locate sources of object churn. Therefore, large programs can be visualized while keeping a clear and understandable view. Secondly, the use of an intuitive view allows minimizing the cognitive effort required for the visualization task. Finally, the fluidity of transitions and interactions allows users to mentally preserve the context throughout their interactions. We demonstrate the effectiveness of the approach by identifying churn in three framework-intensive applications, including a commercial system.

De nos jours, les applications de grande taille sont développées à l’aide de nom- breux cadres d’applications (frameworks) et intergiciels (middleware). L’utilisation ex- cessive d’objets temporaires est un problème de performance commun à ces applications. Ce problème est appelé “object churn”. Identifier et comprendre des sources d’“object churn” est une tâche difficile et laborieuse, en dépit des récentes avancées dans les tech- niques d’analyse automatiques. Nous présentons une approche visuelle interactive conçue pour aider les développeurs à explorer rapidement et intuitivement le comportement de leurs applications afin de trouver les sources d’“object churn”. Nous avons implémenté cette technique dans Vasco, une nouvelle plate-forme flexible. Vasco se concentre sur trois principaux axes de con- ception. Premièrement, les données à visualiser sont récupérées dans les traces d’exécu- tion et analysées afin de calculer et de garder seulement celles nécessaires à la recherche des sources d’“object churn”. Ainsi, des programmes de grande taille peuvent être vi- sualisés tout en gardant une représentation claire et compréhensible. Deuxièmement, l’utilisation d’une représentation intuitive permet de minimiser l’effort cognitif requis par la tâche de visualisation. Finalement, la fluidité des transitions et interactions permet aux utilisateurs de garder des informations sur les actions accomplies. Nous démontrons l’efficacité de l’approche par l’identification de sources d’“object churn” dans trois ap- plications utilisant intensivement des cadres d’applications framework-intensive, inclu- ant un système commercial. / Nowadays, large framework-intensive programs are developed using many layers of frameworks and middleware. Bloat, and particularly object churn, is a common per- formance problem in framework-intensive applications. Object churn consists of an ex- cessive use of temporary objects. Identifying and understanding sources of churn is a difficult and labor-intensive task, despite recent advances in automated analysis tech- niques. We present an interactive visualization approach designed to help developers quickly and intuitively explore the behavior of their application with respect to object churn. We have implemented this technique in Vasco, a new flexible and scalable visualization platform. Vasco follows three main design goals. Firstly, data is collected from execu- tion traces. It is analyzed in order to calculate and keep only the data that is necessary to locate sources of object churn. Therefore, large programs can be visualized while keeping a clear and understandable view. Secondly, the use of an intuitive view allows minimizing the cognitive effort required for the visualization task. Finally, the fluidity of transitions and interactions allows users to mentally preserve the context throughout their interactions. We demonstrate the effectiveness of the approach by identifying churn in three framework-intensive applications, including a commercial system.

Le projet SoC-Trace a pour objectif le développement d'un ensemble de méthodes et d'outils basés sur les traces d'éxécution d'applications embarquées multicoeur afin de répondre aux besoins croissants d'observabilité et de 'débogabilité' requis par l'industrie. Le projet vise en particulier le développement de nouvelles méthodes d'analyse, s'appuyant sur différentes techniques d'analyse de données telles que l'analyse probabiliste, la fouille de données, et l'agrégation de données. Elles devraient permettre l'identification automatique d'anomalies,l'analyse des corrélations et dépendances complexes entre plusieurs composants d'une application embarquées ainsi que la maîtrise du volume important des traces qui peut désormais dépasser le GigaOctet. L'objectif de la thèse est de fournir une représentation de haut niveau des informations contenues dans les traces, basée sur la sémantique. Il s'agira dans un premier temps de développer un outil efficace de comparaison entre traces;de définir une distance démantique adaptée aux traces, puis dans un second temps d'analyser et d'interpréter les résultats des comparaisons de traces en se basant sur la distance définie. / The SoC-Trace project aims to develop a set of methods and tools based on execution traces of multicore embedded applications to meet the growing needs of observability and 'débogability' required by the industry. The project aims in particular the development of new analytical methods, based on different data analysis techniques such as probabilistic analysis, data mining, and data aggregation. They should allow the automatic identification of anomalies, the analysis of complex correlations and dependencies between different components of an embedded application and control of the volume traces that can now exceed the gigabyte. The aim of the thesis is to provide a high-level representation of information in the trace based semantics. It will initially develop an effective tool for comparing traces, to define a semantic distance for execution traces, then a second time to analyze and interpret the results of comparisons of traces based on the defined distance.

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Several attempts to facilitate understanding the behavior of software systems have been proposed. Perfective changes in well-established software systems are easier to perform when the development team has a solid understanding of the internals. However, it is reasonable to assume that the use of an open source system to incorporate new features and obtain a new software product is an appealing approach instead of coding a new product from scratch. Considering this scenario, and considering that it is not uncommon that systems are poorly documented, there is no widely accepted approach to guide the perfective maintenance for developers with low understanding of the system or that recovers high-level information about both the structure and the behavior of large systems. This work proposes a new approach to simplify comprehension tasks of object oriented programs through the analysis of summarized execution traces. The approach is perfomed on two techniques: The rst technique enables the separation of common parts of source code from specic parts related to important features that drive the addition of the new one. An evaluation is done to verify if the summarized execution traces helps the technique to locate potential elements of code that can guide the development of a new feature. The evaluation was conducted with real-world systems and with meaningful evolution tasks. The second is based on a technique that reconstructs structural and behavioral highlevel diagrams by the analysis of summarized execution traces. Precision and recall were evaluated using two third-party open-source systems, including the webserver Tomcat. The result suggests the feasibility for using the approach on real world large scale systems. / Várias abordagens para facilitar a compreensão do comportamento de sistemas de software têm sido propostas. Mudanças perfectivas em sistemas de software bem estabelecidos são mais fáceis de executar quando a equipe de desenvolvimento tem um entendimento sólido do código fonte. Mas é razoável assumir que o uso de um sistema de código aberto para incorporar novas características e obter um novo produto de software é uma abordagem interessante, ao invés de codificar um novo produto a partir do zero. Em consideração a este cenário e considerando que não é incomum sistemas pobres em documentação, não existe uma abordagem amplamente aceita para guiar em mudanças perfectivas desenvolvedores com baixo conhecimento do sistema ou que recupera informações em alto nível de abstração sobre a estrutura e comportamento de sistemas complexos. Este trabalho propõe uma nova abordagem para simplificar tarefas de compreensão de programas orientados a objetos através da análise de rastros de execução sumarizados. A abordagem é aplicada sobre duas técnicas: a primeira permite a separação de partes comuns do código fonte das partes específicas relacionadas a características importantes que conduz a adição de uma nova. Uma avaliação é feita para verificar se os rastros de execução sumarizados ajudam a técnica na localização de elementos potenciais de código que podem guiar o desenvolvimento de uma nova característica. A avaliação foi realizada com sistemas do mundo real e com tarefas de evolução significativas. A segunda é baseada na reconstrução de diagramas estruturais e comportamentais de alto nível baseada na análise de rastros de execução sumarizados. É apresentada uma avaliação do desempenho da abordagem em termos de precisão e recall em dois sistemas públicos de terceiros, dentre eles o servidor Web Tomcat. O resultado sugere a viabilidade da abordagem para uso em sistemas reais de larga escala. / Mestre em Ciência da Computação

Cette thèse se focalise sur l’amélioration de l’évaluation de performance des processus métiers collaboratifs. Il s’agit de poursuivre l’évolution de la collaboration entre l’entreprise et ses partenaires. Trois niveaux d’abstraction ont été d’abord identifiés : Métier, fonctionnel et applicatif. Ensuite, nous avons développé une approche descendante allant du niveau métier au niveau applicatif. Dans le niveau métier, des différents d’indicateurs clés de performance ont été proposés à travers la méthodeECOGRAI. Dans le niveau applicatif, nous avons proposé un référentiel d’analyse contenant des indicateurs techniques fonctionnels tels que la durée, l’input, l’output, et non-fonctionnels notamment la maturité, le risque, l’interopérabilité à partir des traces d’exécution. Nous avons proposé ainsi un modèle ontologique en vue de capitaliser et enrichir la sémantique de la performance de ces processus. Nous avons proposé un modèle ascendant pour l’agrégation des indicateurs technique au niveaumétier. Le principal objectif de cette agrégation est la corrélation entre le comportement de l’application métier agrégé à partir de l’exécution et l’évolution des indicateurs métiers. Un autre modèle de gestion des événements métiers a été également proposé pour consolider le processus d’apprentissage de notre approche. Par ailleurs, pour assurer la convergence de la performance, nous avons combiné entre la gestion des traces et la gestion des évènements métiers. Cette combinaison permet d’accompagner l’évolution des processus métiers collaboratifs pendant leur exécution. L’accompagnement évoqué avant favorise l’obtention d’un diagnostic sur la performance pour servir à la prise de décision. Cette dernière est liée étroitement à la détection des alertes et particulièrement à l’anticipation des déviations de la performance le plus rapidement possible. Pour valider lacontribution scientifique de cette thèse, une étude de cas a été réalisée sur un processus de création de devis dans le cadre du projet européen FITMAN. / This thesis focuses on improving the performance evaluation of collaborative business processes. It is about pursuing the evolution of the collaboration between the company and its partners. In the beginning, three abstraction levels were identified: Business, functional and application. Then, we developed a top-down approach from the business level to the application level. In the business level, different key performance indicators have been proposed through the ECOGRAI method. In the application level, we proposed an analytical repository containing functional technical indicators such as duration, input, output, and non-functional, including maturity, risk, and interoperability based on execution traces. We have thus proposed an ontological model in order to capitalize and enrich the semantics of the performance of these processes. We proposed a bottom-up model for the aggregation of technical indicators at the business level. The main objective of this aggregation is the correlation between the behavior of the aggregated business application from the execution and the evolution of the business indicators. Another business event management model was also proposed to consolidate the learning process of our approach. Moreover, to ensure the convergence of performance, we have combined traces management and business event management. This combination allows to accompany the evolution of the collaborative business processes during their execution. The aforementionedaccompaniment favors the obtaining of a diagnosis on performance to be used for decision-making. The latter is closely linked to the detection of alerts and particularly to the anticipation of deviations in performance as quickly as possible. To validate the scientific contribution of this thesis, a case study was carried out on a process of creation of quote within the framework of the European project FITMAN.