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[phd-thesis.git] / intro / intro.tex
index 6e21459..2a7e4ff 100644 (file)
@@ -13,7 +13,7 @@
                \item a general introduction to the topics and research directions;
                \item a reading guide;
                \item background material on the \glsxtrlong{IOT}, \glsxtrlongpl{DSL}, \glsxtrlong{TOP}, \gls{ITASK}, and \gls{MTASK};
-               \item and a detailed overview of the scientific contributions.
+               \item and a detailed overview of the scientific contributions of this dissertation.
        \end{itemize}
 \end{chapterabstract}
 
@@ -73,7 +73,7 @@ The chapter is readable independently.
 
 The following sections in this prelude provide background material on the \gls{IOT}, \glspl{DSL}, and \gls{TOP} after which a detailed overview of the contributions is presented.
 
-\section{\texorpdfstring{\Glsxtrlong{IOT}}{Internet of things}}%
+\section{Internet of things}%
 \label{sec:back_iot}
 The \gls{IOT} is growing rapidly, and it is changing the way people and machines interact with each other and the world.
 While the term \gls{IOT} briefly gained interest around 1999 to describe the communication of \gls{RFID} devices \citep{ashton_internet_1999,ashton_that_2009}, it probably already popped up halfway the eighties in a speech by \citet{lewis_speech_1985}:
@@ -131,7 +131,7 @@ It is challenging to create interpreters for small edge devices due to the sever
 This dissertation describes a \gls{DSL} that includes the high-level programming concepts of \gls{TOP}, while it can be executed on edge devices with very limited hardware requirements.
 It does so by compiling the \gls{DSL} to byte code that is executed in a feather-light domain-specific \gls{OS}.
 
-\section{\texorpdfstring{\Glsxtrlongpl{DSL}}{Domain-specific languages}}%
+\section{Domain-specific languages}%
 \label{sec:back_dsl}
 % General
 Programming languages can be divided up into two categories: \glspl{DSL} and \glspl{GPL} \citep{fowler_domain_2010}.
@@ -191,7 +191,7 @@ Tasks written using \gls{MTASK} are dynamically compiled to byte code for an edg
 The interpreter running on the edge device has no knowledge of the higher level task specification.
 It just interprets the byte code it was sent and takes care of the communication.
 
-\section{\texorpdfstring{\Glsxtrlong{TOP}}{Task-oriented programming}}%
+\section{Task-oriented programming}%
 \label{sec:back_top}
 \Gls{TOP} is a declarative programming paradigm for modelling interactive systems \citep{plasmeijer_task-oriented_2012}.
 Instead of dividing problems into layers, \gls{TOP} deals with separation of concerns in a novel way.
@@ -241,7 +241,7 @@ Firstly, edge devices can be seen as simple resources, thus accessed through \gl
 The second view is that edge devices contain miniature \gls{TOP} systems in itself.
 The individual components in the miniature systems, the tasks, the \glspl{SDS}, are, in the eventual execution, connected to the main system.
 
-\subsection{The \texorpdfstring{\gls{ITASK}}{iTask} system}
+\subsection{The iTask system}
 The concept of \gls{TOP} originated from the \gls{ITASK} framework, a declarative language and \gls{TOP} engine for defining interactive multi-user distributed web applications.
 The \gls{ITASK} system is implemented as an \gls{EDSL} in the programming language \gls{CLEAN}\footnote{\Cref{chp:clean_for_haskell_programmers} contains a guide for \gls{CLEAN} tailored to \gls{HASKELL} programmers.} \citep{plasmeijer_itasks:_2007,plasmeijer_task-oriented_2012}.
 It has been under development for over fifteen years and has proven itself through use in industry for some time now as well \citep{top_software_viia_2023}.
@@ -285,7 +285,7 @@ Special combinators (e.g.\ \cleaninline{@>>} at \cref{lst:todo_ui}) are used to
        \label{fig:todo}
 \end{figure}
 
-\subsection{The \texorpdfstring{\gls{MTASK}}{mTask} system}
+\subsection{The mTask system}
 The work for \gls{IOT} edge devices can often be succinctly described by \gls{TOP} programs.
 Software on microcontrollers is usually composed of smaller basic tasks, are interactive, and share data with other components or the server.
 The \gls{ITASK} system seems an obvious candidate for bringing \gls{TOP} to \gls{IOT} edge devices.
@@ -342,14 +342,14 @@ This function on \crefrange{lst:intro:blink_fro}{lst:intro:blink_to} first reads
 intBlink :: (Shared sds Int) -> Main (MTask v Int) | mtask v & ...\end{lstClean}
 \cleaninputlisting[aboveskip=0pt,firstnumber=4,firstline=23,numbers=left,caption={The \gls{MTASK} code for the interactive blinking application.},label={lst:intro_blink_mtask}]{lst/blink.icl}
 
-\subsection{Other \texorpdfstring{\glsxtrshort{TOP}}{TOP} languages}
+\subsection{Other TOP languages}
 While \gls{ITASK} conceived \gls{TOP}, it is no longer the only \gls{TOP} system.
 Some \gls{TOP} languages were created to fill a gap encountered in practise.
-Toppyt \citep{lijnse_toppyt_2022} is a general purpose \gls{TOP} language written in \gls{PYTHON} used to host frameworks for modelling \emph{command \& control} systems, and hTask \citep{lubbers_htask_2022}, a vessel for experimenting with asynchronous \glspl{SDS}.
+Toppyt \citep{lijnse_toppyt_2022} is a general purpose \gls{TOP} language written in \gls{PYTHON} used to host frameworks for modelling command \& control systems, and hTask \citep{lubbers_htask_2022}, a vessel for experimenting with asynchronous \glspl{SDS}.
 Furthermore, some \gls{TOP} systems arose from Master's and Bachelor's thesis projects.
-For example, \textmu{}Task \citep{piers_task-oriented_2016}, a \gls{TOP} language for modelling non-interruptible embedded systems in \gls{HASKELL}, and LTasks \citep{van_gemert_task_2022}, a \gls{TOP} language written in the dynamically typed programming language {LUA}.
+For example, \textmu{}Task \citep{piers_task-oriented_2016}, a \gls{TOP} language for modelling non-interruptible embedded systems in \gls{HASKELL}, and LTasks \citep{van_gemert_task_2022}, a \gls{TOP} language written in the dynamically typed programming language Lua.
 Finally, there are \gls{TOP} languages with strong academic foundations.
-\Gls{TOPHAT} is a fully formally specified \gls{TOP} language designed to capture the essence of \gls{TOP} formally \citep{steenvoorden_tophat_2019}.
+\Gls{TOPHAT} is a fully formally specified \gls{TOP} language designed to capture the essence of \gls{TOP} \citep{steenvoorden_tophat_2019}.
 Such a formal specification allows for symbolic execution, hint generation, but also the translation to \gls{ITASK} for actually performing the work \citep{steenvoorden_tophat_2022}.
 \Citeauthor{steenvoorden_tophat_2022} distinguishes two instruments for \gls{TOP}: \gls{TOP} languages and \gls{TOP} engines.
 The language is the \emph{formal} language for specifying interactive systems.
@@ -363,16 +363,17 @@ This section provides a thorough overview of the relation between the scientific
 The \gls{MTASK} system is an \gls{EDSL} and during the development of it, several novel basal techniques for embedding \glspl{DSL} in \gls{FP} languages have been found.
 This paper-based episode contains the following papers:
 \begin{enumerate}
-       \item \emph{Deep Embedding with Class} \citep{lubbers_deep_2022} is the basis for \cref{chp:classy_deep_embedding}.
+       \item \emph{Deep Embedding with Class} \citep*{lubbers_deep_2022} is the basis for \cref{chp:classy_deep_embedding}.
                It shows a novel deep embedding technique for \glspl{DSL} where the resulting language is extendible both in constructs and in interpretation just using type classes and existential data types.
                The related work section is updated with the research found after publication.
                \Cref{sec:classy_reprise} was added after publication and contains a (yet) unpublished extension of the embedding technique for reducing the required boilerplate at the cost of requiring some advanced type system extensions.
-       \item \emph{First-\kern-1ptClass Data Types in Shallow Embedded Domain-Specific Languages} \citep{lubbers_first-class_2022}\label{enum:first-class} is the basis for \cref{chp:first-class_datatypes}.
+       \item \emph{First-\kern-1ptClass Data Types in Shallow Embedded Domain-Specific Languages} \citep*{lubbers_first-class_2022}\label{enum:first-class} is the basis for \cref{chp:first-class_datatypes}.
                It shows how to inherit data types from the host language in \glspl{EDSL} using metaprogramming by providing a proof-of-concept implementation using \gls{HASKELL}'s metaprogramming system: \glsxtrlong{TH}.
                The paper also serves as a gentle introduction to, and contains a thorough literature study on \glsxtrlong{TH}.
 \end{enumerate}
 
-%\paragraph{Other publications on \texorpdfstring{\glspl{EDSL}}{eDSLs}:}
+\todo[inline]{add stack paper?}
+%\paragraph{Other publications on eDSLs:}
 %Furthermore, I co-authored a paper that is not part of the \gls{MTASK} system yet and hence not part of the dissertation.
 %
 %\begin{enumerate}[resume]
@@ -389,37 +390,37 @@ This episode is a monograph that shows the design, properties, implementation an
 It is compiled from the following publications:
 
 \begin{enumerate}[resume]
-       \item \emph{A Task-\kern-1.25ptBased \glsxtrshort{DSL} for Microcomputers} \citep{koopman_task-based_2018}
+       \item \emph{A Task-\kern-1.25ptBased \glsxtrshort{DSL} for Microcomputers} \citep*{koopman_task-based_2018}
                is the initial \gls{TOP}\slash{}\gls{MTASK} paper.
                It provides an overview of the initial \gls{TOP} \gls{MTASK} language and shows first versions of some interpretations.
-       \item \emph{Task Oriented Programming for the Internet of Things} \citep{lubbers_task_2018}\footnotetext{This work is an extension of my Master's thesis \citep{lubbers_task_2017}.}
+       \item \emph{Task Oriented Programming for the Internet of Things} \citep*{lubbers_task_2018}\footnote{This work is an extension of my Master's thesis \citep{lubbers_task_2017}.}
                shows how a simple imperative variant of \gls{MTASK} was integrated with \gls{ITASK}.
                While the language differs a lot from the current version, the integration mechanism is still used.
 %              \paragraph{Contribution}
 %              The research in this paper and writing the paper was performed by me, though there were weekly meetings with Pieter Koopman and Rinus Plasmeijer in which we discussed and refined the ideas.
-       \item \emph{Multitasking on Microcontrollers using Task Oriented Programming} \citep{lubbers_multitasking_2019}\footnote{This work acknowledges the support of the \erasmusplus{} project ``Focusing Education on Composability, Comprehensibility and Correctness of Working Software'', no.\ 2017--1--SK01--KA203--035402.}
+       \item \emph{Multitasking on Microcontrollers using Task Oriented Programming} \citep*{lubbers_multitasking_2019}\footnote{This work acknowledges the support of the \erasmusplus{} project ``Focusing Education on Composability, Comprehensibility and Correctness of Working Software'', no.\ 2017--1--SK01--KA203--035402.}
                is a short paper on the multitasking capabilities of \gls{MTASK} comparing it to traditional multitasking methods for \gls{ARDUINO}.
 %              \paragraph{Contribution}
 %              The research in this paper and writing the paper was performed by me, though there were weekly meetings with Pieter Koopman and Rinus Plasmeijer.
-       \item \emph{Simulation of a Task-\kern-1.25ptBased Embedded Domain Specific Language for the Internet of Things} \citep{koopman_simulation_2023}\footnotemark[\value{footnote}]
+       \item \emph{Simulation of a Task-\kern-1.25ptBased Embedded Domain Specific Language for the Internet of Things} \citep*{koopman_simulation_2023}\footnotemark[\value{footnote}]
                are the revised lecture notes for a course on the \gls{MTASK} simulator provided at the 2018 \gls{CEFP}\slash{}\gls{3COWS} winter school in Ko\v{s}ice, Slovakia, January 22--26, 2018.
 %              \paragraph{Contribution}
 %              Pieter Koopman wrote and taught it, I helped with the software and research.
-       \item \emph{Writing Internet of Things Applications with Task Oriented Programming} \citep{lubbers_writing_2023}\footnotemark[\value{footnote}]
+       \item \emph{Writing Internet of Things Applications with Task Oriented Programming} \citep*{lubbers_writing_2023}\footnotemark[\value{footnote}]
                are the revised lecture notes from a course on programming \gls{IOT} systems using \gls{MTASK} provided at the 2019 \gls{CEFP}\slash{}\gls{3COWS} summer school in Budapest, Hungary, June 17--21, 2019.
 %              \paragraph{Contribution}
 %              Pieter Koopman prepared and taught half of the lecture and supervised the practical session.
 %              I taught the other half of the lecture, wrote the lecture notes, made the assignments and supervised the practical session.
-       \item \emph{Interpreting Task Oriented Programs on Tiny Computers} \citep{lubbers_interpreting_2019}
+       \item \emph{Interpreting Task Oriented Programs on Tiny Computers} \citep*{lubbers_interpreting_2019}
                shows an implementation of the byte code compiler and \gls{RTS} of \gls{MTASK}.
 %              \paragraph{Contribution}
 %              The research in this paper and writing the paper was performed by me, though there were weekly meetings with Pieter Koopman and Rinus Plasmeijer.
-       \item \emph{Reducing the Power Consumption of IoT with Task-Oriented Programming} \citep{crooijmans_reducing_2022}
+       \item \emph{Reducing the Power Consumption of IoT with Task-Oriented Programming} \citep*{crooijmans_reducing_2022}
                shows how to create a scheduler so that devices running \gls{MTASK} tasks can go to sleep more automatically and how interrupts are incorporated in the language.
 %              \paragraph{Contribution}
 %              The research was carried out by \citet{crooijmans_reducing_2021} during his Master's thesis.
 %              I did the daily supervision and helped with the research, Pieter Koopman was the formal supervisor and wrote most of the paper.
-       \item \emph{Green Computing for the Internet of Things} \citep{lubbers_green_2022}\footnote{This work acknowledges the support of the \erasmusplus{} project ``SusTrainable---Promoting Sustainability as a Fundamental Driver in Software Development Training and Education'', no.\ 2020--1--PT01--KA203--078646.}
+       \item \emph{Green Computing for the Internet of Things} \citep*{lubbers_green_2022}\footnote{This work acknowledges the support of the \erasmusplus{} project ``SusTrainable---Promoting Sustainability as a Fundamental Driver in Software Development Training and Education'', no.\ 2020--1--PT01--KA203--078646.}
                are the revised lecture notes from a course on sustainable \gls{IOT} programming with \gls{MTASK} provided at the 2022 SusTrainable summer school in Rijeka, Croatia, July 4--8, 2022.
 
 %              \paragraph{Contribution}
@@ -434,11 +435,11 @@ I extended the language, developed the byte code interpreter, the integration wi
 The papers of which I am first author are solely written by me, there were weekly meetings with the co-authors in which we discussed and refined the ideas.
 
 \subsection{\Fullref{prt:tvt}}
-\Cref{prt:tvt} is based on a journal paper that quantitatively and qualitatively compares traditional \gls{IOT} architectures with \gls{IOT} systems using \gls{TOP}.
+\Cref{prt:tvt} is based on a journal paper that quantitatively and qualitatively compares traditional \gls{IOT} architectures with \gls{TOP} \gls{IOT} architectures.
 This chapter is based on the conference paper and a journal paper extending it:
 \begin{enumerate}[resume]
-       \item \emph{Tiered versus Tierless \glsxtrshort{IOT} Stacks: Comparing Smart Campus Software Architectures} \citep{lubbers_tiered_2020}\footnote{This work was partly funded by the 2019 Radboud-Glasgow Collaboration Fund.}\label{enum:iot20} compares traditional tiered programming to tierless architectures by comparing two implementations of a smart-campus application.
-       \item \emph{Could Tierless Programming Reduce IoT Development Grief?} \citep{lubbers_could_2022}
+       \item \emph{Tiered versus Tierless \glsxtrshort{IOT} Stacks: Comparing Smart Campus Software Architectures} \citep*{lubbers_tiered_2020}\footnote{This work was partly funded by the 2019 Radboud-Glasgow Collaboration Fund.}\label{enum:iot20} compares traditional tiered programming to tierless architectures by comparing two implementations of a smart-campus application.
+       \item \emph{Could Tierless Programming Reduce IoT Development Grief?} \citep*{lubbers_could_2022}
                is an extended version of paper~\ref{enum:iot20}.
                It compares programming traditional tiered architectures to tierless architectures by illustrating a qualitative and a quantitative four-way comparison of a smart-campus application.
 \end{enumerate}