[pt] Aplicações científicas trabalham, tipicamente, com grandes volumes de dados que possuem uma representação complexa e própria da aplicação que os utiliza. Essas características representam um grande desafio para o compartilhamento de dados e serviços entre aplicações científicas. Este trabalho tem como objetivo principal definir uma arquitetura de serviços de software que permita um acesso flexível e eficiente a grandes volumes de dados disponibilizados por aplicações científicas. São apresentados estudos de caso para ilustrar a flexibilidade promovida pela arquitetura através de experimentos com dados cuja representação é fortemente baseada em dados reais utilizados por aplicações científicas desenvolvidas pelo Tecgraf/PUCRio. Há, ainda, uma avaliação de diferentes técnicas de codificação de dados realizada através de experimentos criados para medir o desempenho alcançado na implementação da arquitetura. / [en] Scientific applications usually handle large amount of data that have a proprietary and complex representation. This characteristics represent a great challenge for sharing data between scientific applications. The main goal of this work is to provide an architecture of software services that allows a flexible and efficient access to large amount of data served by such applications. Case estudies are presented to show the flexibility that we can achieve with this architecture. These experiments are strongly based in actual data used in scientific applications developed by Tecgraf/PUCRio. We also present an evaluation of different techniques of data encoding based on experiments conducted to measure the performance achieved by an implementation of the proposed architecture.

[pt] Tecnologias de middleware têm sido amplamente adotadas pela indústria de software para reduzir o custo do desenvolvimento de sistemas computacionais. No entanto, é difícil estimar o desempenho de aplicações baseadas em middleware devido a fatores como a especificidade de implementação das plataformas de middleware e a multiplicidade de serviços e configurações provida para diferentes cenários de implantação. O gerenciamento do desempenho de aplicações baseadas em middeware pode ser uma tarefa não trivial. Computação autonômica é um novo paradigma para construir sistemas autogerenciáveis, que procuram operar com o mínimo de intervenção humana. Este trabalho investiga o uso de abordagens estatísticas para construir mecanismos autonômicos de controle do desempenho de aplicações baseadas em middleware. Particularmente, investigamos o tema sob três perspectivas. A primeira é pertinente à previsão de problemas de desempenho. Propomos o uso de técnicas de classificação para derivar modelos de desempenho que auxiliem o gerenciamento autonômico das aplicações. Nesse sentido, diferentes classes de modelos em aprendizado estatístico são avaliadas, tanto em cenários de aprendizado offline quanto online. A segunda perspectiva refere-se à redução da emissão de alarmes falsos, visando a construção de mecanismos robustos a falhas transientes dos classificadores. Este trabalho propõe um algoritmo que aumenta o poder de predição das técnicas de aprendizado estatístico combinando-as com testes estatísticos para a detecção de tendência. Por fim, a terceira perspectiva é pertinente ao diagnóstico das causas de um problema de desempenho. Para esse contexto, também propomos o uso de testes estatísticos. Os resultados apresentados nesta tese demonstram que abordagens estatísticas podem contribuir para a construção de ferramentas eficazes e eficientes para a caracterização do desempenho de aplicações baseadas em middleware. Portanto, essas abordagens podem contribuir de forma decisiva para diferentes perspectivas do problema. / [en] Middleware technologies have been widely adopted by the software industry to reduce the cost of developing computer systems. Nonetheless, predicting the performance of middleware-based applications is difficult due to specific implementation details of a middleware platform and a multitude of settings and services provided by middleware for different deployment scenarios. Thus, the performance management of middleware-based applications can be a non-trivial task. Autonomic computing is a new paradigm for building self-managed systems, i.e., systems that seek to operate with minimal human intervention. This work investigates the use of statistical approaches to building autonomic management solutions to control the performance of middleware-based applications. Particularly, we investigate this issue from three perspectives. The rest is related to the prediction of performance problems. We propose the use of classiffcation techniques to derive performance models to assist the autonomic management of distributed applications. In this sense, different classes of models in statistical learning are assessed in both online and online learning scenarios. The second perspective refers to the reduction of false alarms, seeking the development of reliable mechanisms that are resilient to transient failures of the classifiers. This work proposes an algorithm to augment the predictive power of statistical learning techniques by combining them with statistical tests for trend detection. Finally, the third perspective is related to diagnosing the root causes of a performance problem. For this context, we also propose the use of statistical tests. The results presented in this thesis show that statistical approaches can contribute to the development of tools that are both effective, as well as effcient in characterizing the performance of middleware-based applications. Therefore, these approaches can contribute decisively to different perspectives of the problem.

[pt] Nos últimos anos, os usuários da Web (World Wide Web) apresentam uma mudança significativa em seu comportamento, tornando-se, além de consumidores, produtores de conteúdo multimídia. Por outro lado, a produção de conteúdo para a TV Digital brasileira, sobre tudo as aplicações interativas escritas na linguagem declarativa NCL (Nested Context Language), ainda é feita por profissionais alocados em emissoras de TV e em produtoras de conteúdo. Considerando o novo perfil dos usuários da grande rede e o fato de que a NCL é uma linguagem hipermídia cujo emprego não se restringe apenas a aplicações da TV Digital, surge a oportunidade de popularizar o uso da NCL como uma nova forma de especificar conteúdo multimídia também para Web. Mais além, uma vez que a NCL é recomendada pelo ITU-T como referencia para serviços IPTV, pode-se vislumbrar uma nova plataforma para o oferecimento de tais serviços na Web. Motivado por esse novo cenário, este trabalho propõe a adaptação do middleware declarativo Ginga-NCL, que é a camada de software responsável pela execução das aplicações NCL, ao ambiente da Web. A adaptação proposta busca oferecer o controle de apresentação do conteúdo, o suporte a edição em tempo de exibição e a sincronização entre os objetos de mídia contidos em ambos os domínios (Web e TV Interativa). Em suma, o trabalho discute como uma página Web pode se beneficiar da API interna de exibidores e dos demais recursos oferecidos pelo middleware Ginga. Adicionalmente também é proposto o suporte a uma nova plataforma pelo middleware a fim de facilitar o processo de adaptação. / [en] Over the past few years the Web (World Wide Web) users have been presenting a significant change on their behavior, becoming, beside consumers, multimedia content producers. On the other hand, the Brazilian Digital TV content production, more especially the interactive applications written in NCL (Nested Context Language) are still made by professionals allocated in TV broadcasters and content producers companies. Considering the new Web users profile and the fact that NCL is a hypermedia programming language whose scope is not restricted to Digital TV application the opportunity to popularize the use of NCL arises as a new way to specify multimedia content also in the Web. Moreover, once NCL is recommend by ITU-T as reference to IPTV service, is reasonable to realize a new platform to deploy such services on the Web. Motivated by this new scenario this work proposes the adaptation of Ginga-NCL declarative middleware, which is the software layer in charge to execute of the NCL application, to the Web environment. The proposed adaptation aim to offer the content presentation control, live editing support and synchronization among media objects from both domains (Web and Interactive TV). In short, the presented work discusses how a Web page can be benefit by the internal player API and other features offered by the middleware Ginga. In addition is also proposed a new platform support for the middleware in order to facilitate adaptation process.

[pt] Diversos modelos de componentes de software apresentam o conceito de componentes compostos, como é o caso do Fractal, OpenCOM, Koala, Kobra e SaveCCM. Um componente composto encapsula outros componentes e é responsável por oferecer mecanismos de configuração e introspecção estrutural, bem como externalizar serviços e dependências internas. A ideia de componentes compostos é reconhecida como uma boa técnica para abstrair estruturas complexas e maximizar o reuso. Entretanto, não existe um estudo mais aprofundado sobre tal mecanismo que aborde questões sobre a configuração inicial dos subcomponentes, o mapeamento de serviços e depend ências de subcomponentes através de interfaces do componente composto, formas de navegação compartilhamento de subcomponentes, ciclo de vida e formas de introspecção estrutural. Neste trabalho foi realizado um levantamento sobre como os modelos Fractal e OpenCOM tratam o conceito de componentes compostos e é proposto um modelo que oferece este suporte. Como estudo experimental foi implementada uma nova versão do SCS com suporte a componentes compostos, o SCS-Composite. Também foi feita uma avaliação da expressividade do SCS-Composite através da adaptação de uma aplicação pré-existente baseada no SCS. / [en] Several software component models support composite components, such as Fractal, OpenCOM, Koala, Kobra and SaveCCM. A composite component encapsulates components and provides introspection and configuration mechanisms. Composite components are recognized as a good practice because abstract complex structures and increase reuse. However, there is not a comprehensive study about composite component mechanisms addressing issues like initial composite configuration, mapping of subcomponents services and dependencies through composite component’s interfaces, introspection, component sharing, and composites life cycle. In this work we perform a study about how the Fractal and OpenCOM apply the composite component concept and we propose a new model for composite components. As an experimental study we implemented a new version of the SCS component system with support for composite components, the SCS-Composite. We also present an evaluation of SCS-Composite through the adaptation of a SCS based application.

[pt] Em sistemas distribuídos baseados em componentes de software, o uso de linguagens de programação orientadas a objeto é bastante comum para definir, através de frameworks, interfaces de programação para construção e uso de componentes. No entanto, o que se percebe na maioria dos modelos de programação que seguem essa abordagem, é a utilização de construções das próprias linguagens orientadas a objeto, como classes e interfaces, para definir uma interface de programação que segue um paradigma orientado a componentes. Como consequência, o código fonte mistura aspectos da funcionalidade do componente com os mecanismos de implementação específicos do modelo de programação, o que impede a reutilização deste componente em outros frameworks, além de incluir uma complexidade extra no código. Recentemente, observamos uma tendência à adição de metadados às implementações dos componentes, utilizando marcações específicas no código fonte. Estes metadados provêem as informações necessárias para que alguma ferramenta, seja baseada em geração de código ou em mecanismos de reflexão computacional da própria linguagem de programação, realize a integração da implementação do componente com a infra-estrutura de suporte do modelo de componentes. Essa técnica é denominada, por alguns autores, de Programação Orientada a Atributos. Linguagens como Java e C# já oferecem suporte nativo a esta técnica através das Anotações. O objetivo desta dissertação é investigar a adoção da técnica de programação orientada a atributos juntamente com uma linguagem orientada a objetos para construção de aplicações baseadas em componentes. Como parte do estudo, foi desenvolvido um novo mecanismo de programação baseado em atributos para a versão Java do middleware SCS. / [en] In component-based distributed systems, the use of object-oriented programming languages is very common to define, through frameworks, programming interfaces for building and using components. However, most programming models that follow this approach, use the own object-oriented language concepts, such as classes and interfaces, to define a programming interface that follows a component-oriented paradigm. As a consequence, the source code mixes component functionality aspects with the programming model specific implementation mechanisms, what prevents the reuse of this component in other frameworks, and moreover, includes an extra complexity in the source code. Recently, a tendency to the addition of meta-data to the component implementation has been observed, by the use of specific markings on the source code. These meta-data provide the necessary information for tools, based on code generation or based on reflection mechanisms, to perform the integration of the component implementation with the component model’s infrastructure support. Some authors call this technique as Attribute-Oriented Programming. Languages as Java and C# already provide native support to this technique through Annotations. The goal of this dissertation is investigate the adoption of the attribute-oriented programming technique with object-oriented languages to build components based applications. As part of the research, we developed a new programming mechanism based on attributes to the Java version of the middleware SCS.

[pt] A computação em grade permite o uso de recursos computacionais distribuídos em várias redes para a execução de tarefas que requerem um alto poder computacional. Uma infra-estrutura para grades pode ser utilizada para auxiliar na execução dessas tarefas e pode coordenar o controle das atividades envolvidas na execução, como a disponibilização dos arquivos de dados para as tarefas em execução nos nós da grade. O GridFS é um sistema para o compartilhamento de arquivos em grades e ambientes distribuídos heterogêneos. Ao disponibilizar um servidor em diversas máquinas, é possível construir uma federação integrando os diversos sistemas de arquivos locais e abrindo possibilidades de armazenamento na ordem de terabytes. O sistema proposto foi modelado e desenvolvido levando em consideração diversos aspectos como escalabilidade, interoperabilidade e desempenho. O GridFS agrega algumas características dos sistemas de compartilhamento de arquivos atualmente em uso pela comunidade, isto é, o sistema oferece uma API para acesso remoto aos dados, disponibiliza a opção de cópia de arquivos entre diferentes servidores e fornece algumas funções especiais para os ambientes de computação em grade, como uma estimativa do tempo de transferência entre os diversos nós. Além de definir as características e os aspectos de implementação do sistema, esta dissertação apresenta alguns resultados experimentais para a transferência de arquivos na rede e, como forma de avaliação, discutimos a integração do GridFS ao emph {framework} CSBase, utilizado no desenvolvimento de sistemas para computação em grade. / [en] Grid computing allows the use of distributed networks resources for tasks requiring a high processing power. A Grid infra-structure may help in the execution of these tasks and is able to coordinate their related activities, possibly regarding the provision of data files for the tasks executing in the grid nodes. GridFS is a system that enables data sharing in grid and heterogeneous distributed environments. By deploying servers over several nodes, it is possible to build a federated system integrating all local file systems and leveraging possibilities for tera-scale sized data storage. The proposed system was modeled and developed considering several aspects such as scalability, interoperability and performance. GridFS combines some characteristics from diverse file management systems, that is, GridFS provides an API for remote data access, copy operations allowing file transfers between servers, and some special features for grid environments. Apart from defining system characteristics and implementation aspects, this dissertation shows some experimental results about the service scalability and performance, and, as an evaluation, discusses the integration of GridFS with CSBase, a framework used to develop systems for grid computing.

[pt] A evolução das técnicas de codificação digital, aliada aos esquemas eficientes de modulação para transmissões digitais, tornou possível o advento da TV digital (TVD). Entretanto, obter baixo custo nos terminais de acesso é fator crucial para o sucesso da TVD aberta, principalmente nos países em desenvolvimento. Para que o baixo custo comprometa o mínimo possível dos recursos dos terminais de acesso, é interessante que eles estejam isentos de custos adicionais como, por exemplo, software, propriedade intelectual e royalties. Um dos principais pontos para tornar isso possível concentra- se na escolha do middleware (que faz uso de mecanismos definidos por protocolos de comunicação, sistema operacional e suas bibliotecas) para suporte às aplicações. A maioria dos middlewares declarativos existentes privilegiam a interatividade em detrimento da sincronização. Entretanto, na maioria das vezes as aplicações de TVD devem lidar com a sincronização de objetos de diferentes tipos de mídia, além dos objetos de vídeo e áudio que compõem o fluxo principal. Assim, o sincronismo de mídias deve ser o foco da linguagem declarativa a ser utilizada pelo middleware, tratando a interatividade como um caso particular do sincronismo. Este trabalho tem como objetivo propor um middleware declarativo para sistemas de TVD interativa com foco no sincronismo de mídias. Na implementação do middleware proposto, a arquitetura modular do Formatador HyperProp, que serviu como base dessa implementação, foi reestruturada em um perfil simples, direcionado à TVD, e reimplementada na Linguagem C++. Todos os exibidores de mídia desenvolvidos atendem aos requisitos dos terminais de acesso de baixo custo. / [en] The evolution of digital modulation techniques and the efficient schemes for digital transmissions have allowed the advent of the digital TV. Conceiving low cost receivers is one of the main challenges to broaden digital TV use, mainly in non-developed countries. As a consequence, low cost requirements should not burden receiver resources that should try to reduce their costs in items such as software copyright and royalties. In this scenario, the middleware (which use mechanisms defined by the communication protocols, the operational system and its libraries) conception plays an important role. A great number of declarative middlewares focuses on user interaction instead of synchronization, in its broad sense. However, the majority of digital TV applications deals with different types of media-object synchronization, beyond the audio and video that compose the main stream. Thus, the declarative middleware language focus should be placed on synchronism, having user interaction as a special synchronization case. This is the goal of this work. The middleware implementation presented in this work is based on the modular architecture of the HyperProp Formatter, whose architecture was reorganized in a simple profile for digital TV systems. The implementation was carried out using C++ language, and all media players were developed to run in low cost receivers.

[pt] Este trabalho apresenta uma infraestrutura para implantação remota e descentralizada de componentes de software distribuídos, multi-linguagem e multi-plataforma. Diferente de outros trabalhos, essa infraestrutura suporta a instalação local de componentes com dependências estáticas, que são geridas por um sistema de pacotes, semelhante àqueles usados em sistemas operacionais baseados em Linux. A fim de simplificar a gesão do ambiente de execução e do ciclo de vida dos componentes, essa infraestrutura oferece uma interface programática que permite o planejamento da implantação e o mapeamento físico por níveis graduais de detalhamento. Os níveis graduais de detalhamento ajudam na modularizaçãoo dos planos de implantação e permitem o mapeamento automático, semi-automático ou totalmente manual dos componentes no ambiente de execução e nas máquinas físicas. Isso garante ao desenvolvedor um maior controle sobre a distribuição dos recursos, caso necessite. O projeto dessa infraestrutura visa facilitar trabalhos futuros, como o desenvolvimento de novas estratégias automáticas da implantação e a integração com linguagens de descrição de arquitetura. / [en] This work presents an infrastructure for remote and decentralized deployment of distributed, multi-language and multi-platform component-based applications. Unlike other component deployment systems, this infrastructure supports the local installation of static dependencies, which are managed by a packaging system, similar to those used in Linux-based operating systems. In order to simplify the management of the execution environment and the component’s life-cycle, this infrastructure provides an API that allows the deployment planning and the physical mapping by incremental level of details. The incremental level of details promote the modularisation of deployment plans and allow the automatic, semi-automatic or fully manual mapping of components in the execution environment and the physical resources. This provides a better control over the distribution of resources to the developer, if needed. The design of this infrastructure aims to provide a basis for future work, as the development of new strategies for automatic deployment and the integration with architecture description languages.

[pt] Tratamento de erros em aplicações móveis sensíveis ao contexto não é uma tarefa trivial devido às características peculiares destes sistemas, como mobilidade, comunicação assíncrona e aumento de imprevisibilidade. Mecanismos convencionais de tratamento de exceções não podem ser utilizados por vários motivos. Primeiro, a propagação de erros deve considerar as mudanças contextuais que ocorrem constantemente nestes sistemas. Segundo, as atividades de recuperação de erros e a estratégia de tratamento de exceções também precisam freqüentemente ser selecionadas de acordo com as informações de contexto. Terceiro, a própria caracterização de uma exceção pode depender do contexto dos dispositivos envolvidos. Embora vários middlewares orientados a contexto ofereçam suporte ao desenvolvimento de aplicações móveis, estes sistemas raramente fornecem suporte adequado ao tratamento de exceções. Este trabalho realiza uma análise das soluções existentes para tratamento de exceções, considerando os requisitos de sensibilidade ao contexto. Além disso, são propostos um modelo para tratamento de exceções sensível ao contexto e um mecanismo implementado a partir de MoCA (Mobile Collaboration Architecture). MoCA é um middleware publish-subscribe que oferece suporte ao desenvolvimento de aplicações móveis colaborativas através da incorporação de serviços de contexto. Finalmente, este trabalho avalia o mecanismo de exceções proposto através de sua utilização em alguns protótipos de aplicações colaborativas desenvolvidas a partir de MoCA. Através do mecanismo, foram implementadas diferentes estratégias de tratamento de exceções que consideram as informações de contexto das aplicações. / [en] Context-sensitive exception handling on mobile systems is not a trivial task due to their intrinsic characteristics: mobility, asynchrony and increased unpredictability. Conventional mechanisms of exception handling can not be used for many reasons. First, error propagation needs considering the contextual changes that often occur in these systems. Second, error recovery and exception handling strategies also frequently need to be selected according to contextual information. Third, the characterization of an exception may depend on the contextual situation of involved devices. Even though there are now several context-oriented middleware systems that provide support for the development of mobile applications, they rarely provide explicit and adequate features for contextsensitive exception handling. This work presents an analysis of existing exception handling mechanisms, which to some extent consider the context-awareness requirements. Besides, it proposes a general model for context-sensitive exception handling and a supporting mechanism implemented using the MoCA (Mobile Collaboration Architecture) infrastructure. MoCA is a publish-subscribe middleware supporting the development of collaborative mobile applications by incorporating explicit services to empower software agents with contextsensitiveness. Finally, this paper reports our experience in implementing contextaware exception handling strategies in some prototype collaborative applications built with the MoCA system.

[pt] Diversos modelos de componentes de software para sistemas distribuídos já foram propostos pela indústria e pela academia, tais como Fractal, CCM, COM, OpenCOM, LuaCCM, e SCS. Uma das principais vantagens comumente atribuídas à abordagem de desenvolvimento baseado em componentes de software é o melhor suporte à extensibilidade independente (independent extensibility). Entretanto, a gerencia de múltiplas versões de componentes ainda é um grande desafio, especialmente quando não é possível atualizar todos os componentes do sistema ao mesmo tempo e passa a ser necessária a coexistencia, em um mesmo sistema, de diferentes versões de um mesmo componente. Neste trabalho, procuramos identificar os pontos fundamentais para oferecer suporte a múltiplas versões de interfaces de componentes de software e propor um modelo que ofereça esse suporte. Como avaliação da proposta, iremos estender o sistema de componentes SCS para dar suporte ao modelo proposto. Com base no histórico de evolução de diferentes componentes SCS utilizados em uma aplicação real, realizaremos experimentos com a nova versão do SCS para verificar a eficácia do modelo proposto. / [en] Several software component models for distributed systems have been proposed by the industry and academy, such as Fractal, CCM, COM, OpenCOM, LuaCCM, and SCS. One of the greatest advantages of component-based development is the better support for independent extensibility. However, managing multiple versions of components is still a challenge, especially when it’s not possible to update all the system’s components at the same time. Because of that, different versions of the same component interface shall be required to coexist in the same system. In this work, we try to identify the key points to support multiple versions of component interfaces and propose a model that offers this support. To evaluate the proposed model, we will extend the SCS component system to support it. Based on the evolution historic of different SCS components used in a real application, we will conduct experiments with the new version of SCS to verify the effectiveness of the proposed model.