Aspect-oriented programming, component models, and design patterns are modern and actively evolving techniques for improving the modularization of complex software. In particular, these techniques hold great promise for the development of "systems infrastructure" software, e.g., application servers, middleware, virtual machines, compilers, operating systems, and other software that provides general services for higher-level applications. The developers of infrastructure software are faced with increasing demands from application programmers needing higher-level support for application development. Meeting these demands requires careful use of software modularization techniques, since infrastructural concerns are notoriously hard to modularize. Aspects, components, and patterns provide very different means to deal with infrastructure software, but despite their differences, they have much in common. For instance, component models try to free the developer from the need to deal directly with services like security or transactions. These are primary examples of crosscutting concerns, and modularizing such concerns are the main target of aspect-oriented languages. Similarly, design patterns like Visitor and Interceptor facilitate the clean modularization of otherwise tangled concerns. Building on the ACP4IS meetings at AOSD 2002-2009, this workshop aims to provide a highly interactive forum for researchers and developers to discuss the application of and relationships between aspects, components, and patterns within modern infrastructure software. The goal is to put aspects, components, and patterns into a common reference frame and to build connections between the software engineering and systems communities.

The insecurity of modern-day software has created the need for security monitoring applications. Two serious deficiencies are commonly found in these applications. First, the absence of isolation from the system being monitored allows malicious software to tamper with them. Second, the lack of secure and reliable monitoring primitives in the operating system makes them easy to be evaded. A technique known as Virtual Machine Introspection attempts to solve these problems by leveraging the isolation and mediation properties of full-system virtualization. A problem known as semantic gap, however, occurs as a result of the low-level separation enforced by the hypervisor. This thesis proposes and investigates novel techniques to overcome the semantic gap, advancing the state-of-the-art on the syntactic and semantic view re-creation for applications that conduct passive and active monitoring of virtual machines. First, we propose a new technique for reconstructing a syntactic view of the guest OS kernel's heap state by applying a combination of static code and dynamic memory analysis. Our key contribution is the accuracy and completeness of our analysis. We also propose a new technique that allows out-of-VM applications to invoke and securely execute API functions inside the monitored guest's kernel, eliminating the need for the application to know details of the guest's internals. Our key contribution is the ability to overcome the semantic gap in a robust and secure manner. Finally, we propose a new virtualization-based event monitoring technique based on the interception of kernel data modifications. Our key contribution is the ability to monitor operating system events in a general and secure fashion.

Discrete dynamic system models that track, maintain, utilize, and evolve virtual time are referred to as virtual time systems (VTS). The realization of VTS using virtual machine (VM) technology offers several benefits including fidelity, scalability, interoperability, fault tolerance and load balancing. The usage of VTS with VMs appears in two ways: (a) VMs within VTS, and (b) VTS over VMs. The former is prevalent in high-fidelity cyber infrastructure simulations and cyber-physical system simulations, wherein VMs form a crucial component of VTS. The latter appears in the popular Cloud computing services, where VMs are offered as computing commodities and the VTS utilizes VMs as parallel execution platforms. Prior to our work presented here, the simulation community using VM within VTS (specifically, cyber infrastructure simulations) had little awareness of the existence of a fundamental virtual time-ordering problem. The correctness problem was largely unnoticed and unaddressed because of the unrecognized effects of fair-share multiplexing of VMs to realize virtual time evolution of VMs within VTS. The dissertation research reported here demonstrated the latent incorrectness of existing methods, defined key correctness benchmarks, quantitatively measured the incorrectness, proposed and implemented novel algorithms to overcome incorrectness, and optimized the solutions to execute without a performance penalty. In fact our novel, correctness-enforcing design yields better runtime performance than the traditional (incorrect) methods. Similarly, the VTS execution over VM platforms such as Cloud computing services incurs large performance degradation, which was not known until our research uncovered the fundamental mismatch between the scheduling needs of VTS execution and those of traditional parallel workloads. Consequently, we designed a novel VTS-aware hypervisor scheduler and showed significant performance gains in VTS execution over VM platforms. Prior to our work, the performance concern of VTS over VM was largely unaddressed due to the absence of an understanding of execution policy mismatch between VMs and VTS applications. VTS follows virtual-time order execution whereas the conventional VM execution follows fair-share policy. Our research quantitatively uncovered the exact cause of poor performance of VTS in VM platforms. Moreover, we proposed and implemented a novel virtual time-aware execution methodology that relieves the degradation and provides over an order of magnitude faster execution than the traditional virtual time-unaware execution.

Orientador: Roberto Spolon Ulson / Banca: João Ângelo Martini / Banca: Paulo Sérgio da Silva / Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de boot remoto para computadores commodity utilizando máquinas virtuais e sistemas de arquivos distribuídos e paralelos. O modelo proposto pode substituir o boot local com disco rígido por um boot através da rede de comunicação, aumentando assim a flexibilidade e manutenibilidade do parque de máquinas, além de permitir que dezenas de sistemas operacionais distintos sejam inicializados sem a necessidade de um disco rígido nos clientes, reduzindo dessa forma o custo em hardware e diminuindo a complexidade de instalação e manutenção de software, implantando um único ponto centralizado de gerenciamento. O projeto analisa maneiras de otimizar a transmissão de blocos de dados com técnicas de localidade de dados, sistemas de arquivos distribuídos e balanceamento de carga para implementar um ambiente robusto e de virtualização distribuída. O modelo também auxilia implementações de clusters multiuso e LAN grids para computadores commodity, provendo ferramentas para aproveitar recursos computacionais ociosos em conjuntos de computadores conectados. Neste estudo foram analisados diferentes modelos de sistemas de arquivos distribuídos, detalhando suas principais características e utilizações, e foram realizados experimentos com a virtualização distribuída juntamente com balanceamento de carga. A implantação de um sistema de arquivos híbrido através da integração de PVFS2 com pNFS trouxe melhorias de até 16% na velocidade de operações de leitura e permitiu maior escalabilidade da solução, assim como o gerenciamento de cache que permitiu a melhora de até 37% na velocidade de boot do middleware. Os resultados obtidos também viabilizaram o uso da solução para um grande número de computadores e possibilitaram o boot escalável de imagens virtuais remotamente. / Abstract: This work presents a remote boot model to commodity computers using virtual machines and distributed and parallel file system. The proposed model can replace the local hard disk boot to a boot over the network of communication, thereby increasing the flexibility and maintainability of the group of machines, and with that allowing dozens of different operating system to be initialized without the need of a hard disk on customers, thus reducing the cost in hardware and reducing the complexity of installation and maintenance of software, implementing a centralized management unit. The project examines ways to optimize the data block transmission with techniques of data locality, distributed file system and load balancing to implement a robust environment for distributed virtualization. The model also helps implementations of multiuse clusters and grids to commodity computers, providing tools to take advantage of idle computing resources in connected computers. In this study it was analyzed different models of distributed file system, detailing their main characteristics and uses, it was also conducted experiments with distributed virtualization along with load balancing, which showed improvements in the overall performance of the system. The deployment of a hybrid filesystem by mixing PVFS2 with pNFS brought improvements of up to 16% in the speed of operations for reading and allowed greater scalability of the solution, as well as the management of cache that allowed the improvement of up to 37% in speed the boot of middleware. The results also made possible the use of the solution for a large number of computers and allowed a scalable boot of virtual images remotely. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-05-09Bitstream added on 2014-06-13T19:59:31Z : No. of bitstreams: 1 aguiar_cs_me_sjrp.pdf: 1247995 bytes, checksum: f5aee55885a540898989509b38e1f1d5 (MD5) / Este trabalho apresenta um modelo de boot remoto para computadores commodity utilizando máquinas virtuais e sistemas de arquivos distribuídos e paralelos. O modelo proposto pode substituir o boot local com disco rígido por um boot através da rede de comunicação, aumentando assim a flexibilidade e manutenibilidade do parque de máquinas, além de permitir que dezenas de sistemas operacionais distintos sejam inicializados sem a necessidade de um disco rígido nos clientes, reduzindo dessa forma o custo em hardware e diminuindo a complexidade de instalação e manutenção de software, implantando um único ponto centralizado de gerenciamento. O projeto analisa maneiras de otimizar a transmissão de blocos de dados com técnicas de localidade de dados, sistemas de arquivos distribuídos e balanceamento de carga para implementar um ambiente robusto e de virtualização distribuída. O modelo também auxilia implementações de clusters multiuso e LAN grids para computadores commodity, provendo ferramentas para aproveitar recursos computacionais ociosos em conjuntos de computadores conectados. Neste estudo foram analisados diferentes modelos de sistemas de arquivos distribuídos, detalhando suas principais características e utilizações, e foram realizados experimentos com a virtualização distribuída juntamente com balanceamento de carga. A implantação de um sistema de arquivos híbrido através da integração de PVFS2 com pNFS trouxe melhorias de até 16% na velocidade de operações de leitura e permitiu maior escalabilidade da solução, assim como o gerenciamento de cache que permitiu a melhora de até 37% na velocidade de boot do middleware. Os resultados obtidos também viabilizaram o uso da solução para um grande número de computadores e possibilitaram o boot escalável de imagens virtuais remotamente. / This work presents a remote boot model to commodity computers using virtual machines and distributed and parallel file system. The proposed model can replace the local hard disk boot to a boot over the network of communication, thereby increasing the flexibility and maintainability of the group of machines, and with that allowing dozens of different operating system to be initialized without the need of a hard disk on customers, thus reducing the cost in hardware and reducing the complexity of installation and maintenance of software, implementing a centralized management unit. The project examines ways to optimize the data block transmission with techniques of data locality, distributed file system and load balancing to implement a robust environment for distributed virtualization. The model also helps implementations of multiuse clusters and grids to commodity computers, providing tools to take advantage of idle computing resources in connected computers. In this study it was analyzed different models of distributed file system, detailing their main characteristics and uses, it was also conducted experiments with distributed virtualization along with load balancing, which showed improvements in the overall performance of the system. The deployment of a hybrid filesystem by mixing PVFS2 with pNFS brought improvements of up to 16% in the speed of operations for reading and allowed greater scalability of the solution, as well as the management of cache that allowed the improvement of up to 37% in speed the boot of middleware. The results also made possible the use of the solution for a large number of computers and allowed a scalable boot of virtual images remotely.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-07-12T19:23:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) jcd-phd_thesis_final-entrega-biblioteca.pdf: 10811665 bytes, checksum: 4aae0bc706b64354c18e874517000dcd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-12T19:23:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) jcd-phd_thesis_final-entrega-biblioteca.pdf: 10811665 bytes, checksum: 4aae0bc706b64354c18e874517000dcd (MD5) Previous issue date: 2015-11-03 / A crescente adoção e uso de computação em nuvem, revolucionou o processo de aquisição de recursos computacionais, causando uma transferência das despesas em CAPEX para despesas em OPEX. Neste contexto, as organizações, públicas e/ou privadas, tiveram que se adaptar a esta nova realidade de consumo trazida pela computação em nuvem. Deste modo, o caminho natural seria alugar estes recursos computacionais em provedores de nuvem, pois poucas empresas podem investir o capital necessário na construção de data centers para hospedarem suas nuvens (e/ou serviços). Embora nos últimos anos tenha havido uma evolução e adequação da legislação em vigor sobre uso de computação em nuvem, armazenamento de dados, segurança da informação, entre outras questões, surgiu a necessidade da criação de ofertas de serviços de nuvem dentro da administração pública, principalmente graças às imposições causadas pela legislações, que impõem sérias restrições quanto a escolha dos provedores de serviços, armazenamento de dados e segurança. A partir deste cenário, com o objetivo de atender à crescente demanda por gerenciamento de infraestruturas de TIC baseadas em computação em nuvem este trabalho propõe uma solução chamada UCloud, composta por uma metodologia, no formato de um modelo de referência e um conjunto de ferramentas que juntas viabilizarão a transição da infraestrutura de data center tradicional para uma infraestrutura virtualização e, posteriormente, para o ambiente de nuvem. A proposta também viabilizou a possibilidade da oferta de data center como serviço em um cenário onde todos elementos da infraestrutura - redes, armazenamento, CPU e segurança - são virtualizados e entregues como um serviço. A principal contribuição deste trabalho foi a definição e especificação de um modelo de referência para a implementação de ambientes de nuvem na administração publica, respeitando a legislação corrente no tocante às recomendações para o uso de computação em nuvem pela Administração Pública, assim como a introdução e implementação do conceito de data center como serviço. Como resultado obteve-se um modelo de referência para implantação de nuvens privadas na administração pública em conformidade com a legislação brasileira e seguindo boas práticas de mercado. Experimentos de campo mostraram como a plataforma UCloud conseguiu atender aos requisitos do modelo através do gerenciamento de ambientes virtualizados e ambientes nuvem, proporcionando automatização de tarefas antes realizadas manualmente ou de forma ineficiente. / The increasing adoption and use of cloud computing has revolutionized the process of acquiring computing resources, causing a transfer from capital to operational expenditures. In this context, public and private organizations had to adapt to the new reality of consumption and provisioning brought about by cloud computing. In this way, the natural path would be to rent these computing resources in cloud providers because some companies can spent millions in data center construction for hosting his clouds. Although in recent years the law has evolved and adapted on cloud computing usage, data storaging, information security, among other issues, the need to create cloud service offerings has emerged within the public administration, especially because of impositions caused by the laws, which impose severe restrictions on the choice of service providers, data storage and security. From this scenario, in order to meet the growing demand for management of cloud-based IT infrastructure this work proposed a solution called UCloud, consisting of a methodology, presented as reference model and tools that together will enable the transition from traditional data center infrastructure for a virtualized infrastructure and subsequently to cloud environment. The proposal also allowed the data center as a service offering, a scenario where all infrastructure elements - networking, storage, CPU and safety - are virtualized and delivered as a service. The main contribution of this work was the definition and specification of a reference model for implementing cloud environments in public administration, respecting current legislation regarding and following the federal recommendations for cloud computing usage. As well as, the introduction and implementation of data center as a service concept. As a result we obtained a reference model for deploying private clouds in public administration in accordance with Brazilian law and following well know practices. Field experiments have shown how UCloud platform could meet the model requirements through the management of virtualized environments and cloud environments, providing automation of tasks previously made manually or in inefficiently way.

Orientadores: Sandro Rigo, Edson Borin / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-23T22:21:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zinsly_RaphaelMoreira_M.pdf: 2659662 bytes, checksum: 961bbb4fb596ee0d81d07c51279c44ed (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The complete abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

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Computação nas nuvens e um novo termo criado para expressar uma tendência tecnológica recente que virtualiza o data center. Esse conceito busca um melhor aproveitamento dos recursos computacionais e dos aplicativos corporativos, virtualizados por meio de programas de virtualização de sistema operacional (SO), plataformas, infraestruturas, softwares, entre outros. Essa virtualização ocorre por intermédio de maquinas virtuais (MV) para executar aplicativos nesse ambiente virtualizado. Contudo, uma MV pode ser configurada de tal forma que seu desempenho poderá ter um atraso no processamento por conta de gargalo(s) em algum hardware alocado. A fim de maximizar a alocação do hardware na criação da MV, foi desenvolvido um método de caracterização de aplicações para a coleta de dados de desempenho e busca da melhor configuração de MV. A partir desse estudo, pode-se identificar pelo workload a classificação do tipo de aplicação e apresentar o ambiente mais adequado, um recomendado e não recomendado. Dessa forma, a tendência de se obter um desempenho satisfatório nos ambientes virtualizados pode ser descoberta pela caracterização dos programas, o que possibilita avaliar o comportamento de cada cenário e identificar situações importantes para seu bom funcionamento. Para provar essa linha de raciocínio, foram executados programas mono e multiprocessador em ambientes de monitores de maquinas virtuais. Os resultados obtidos foram satisfatórios e estão de acordo com cada característica de aplicação conhecida previamente. Porem, podem ocorrer situações de exceção nesse método, principalmente quando o monitor de maquinas virtuais, e submetido a processamentos intensos. Com isso, a aplicação pode ter um atraso no processamento por conta do gargalo de processamento no monitor de maquinas virtuais, o que modifica o ambiente ideal dessa aplicação. Portanto, este estudo apresenta um método para identificar a configuração ideal para a execução de um aplicativo. / Cloud computing represents a new age, raised to express a new technology trending that virtualizes the data center. This concept advanced to make a better use of the computational resources and corporate application, virtualizing through the programs of operating systems virtualization, platform, infrastructure, software, etc. This virtualization occurs through the virtual machine (VM) to execute virtualized applications in this environment. However, a VM may be configured in such a way that the performance delays on processing, due to overhead or other hardware allocation itself. In order to maximize the hardware allocation on MV creation, it was developed a methodology of application characterization to collect performance data and achieve the best VM configuration. After this study, based on workload metric, it is possible to identify the classification of the application type and present the best configuration, the recommended environment and the not recommended. This way, the trend to achieve a satisfactory performance in virtualized environment may be discovered through the program characterization, which possibly evaluate the behavior of each scenario and identify important conditions for its proper operation. In order to prove this argument, mono and multi core applications under monitors of virtual machines were executed. The collected results were satisfactory and are aligned with each previously known application characteristic. However, it may occur exceptions in this method, mainly when the monitor of the virtual machine monitor is submitted with high volume of processing.

Made available in DSpace on 2015-03-05T14:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 22 / Bolsa para curso e programa de Pós Graduação / O presente trabalho propõe o Ubiquitous Oriented Programming (abreviadamente UOP), um modelo de programação orientado ao desenvolvimento de sistemas ubíquos. UOP utiliza os conceitos de Serviços e Orientação a Objetos, integrando-os com os requisitos de aplicações ubíquas como contexto, sensibilidade ao contexto, adaptação ao contexto, mobilidade de código e concorrência. Uma linguagem de programação (UbiLanguage) implementa os conceitos deste novo modelo de programação, provendo assim suporte ao desenvolvimento de sistemas ubíquos. O ambiente de desenvolvimento é composto por um compilador (UbiCompiler) que traduz código escrito em UbiLanguage para bytecode. A plataforma de execução é composta por uma máquina virtual ubíqua (UbiVM) que suporta a execução deste bytecode. / This work presents the Ubiquitous Oriented Programming (UOP in short), a programming model oriented to development of ubiquitous systems. UOP uses Services concepts and Object Oriented Programming, integrating them with the requirements of ubiquitous applications as context, context awareness, context adaptation, code mobility and concurrent. A programming language (UbiLanguage) implements the concepts of this new programming model, thus providing the development of ubiquitous systems. The development environment is composed by a compiler (UbiCompiler) which translates code written in UbiLanguage to bytecode. The execution platform is composed by a virtual machine (UbiVM) which supports the execution of this bytecode.