Advances in computing technology and the proliferation of broadband in the home have opened up the Internet to wider use. People like the idea of easy access to information at their fingertips, via their personal networked devices. This has been established by the increased popularity of Peer-to-Peer (P2P) file-sharing networks. P2P is a viable and cost effective model for content distribution. Content producers require modest resources by today's standards to act as distributors of their content and P2P technology can assist in further reducing this cost, thus enabling the development of new business models for content distribution to realise market and user needs. However, many other consequences and challenges are introduced; more notably, the issues of copyright violation, free-riding, the lack of participation incentives and the difficulties associated with the provision of payment services within a decentralised heterogeneous and ad hoc environment. Further issues directly relevant to content exchange also arise such as transaction atomicity, non-repudiation and data persistence. We have developed a framework to address these challenges. The novel Cascading Payment Content Exchange (CasPaCE) framework was designed and developed to incorporate the use of cascading payments to overcome the problem of copyright violation and prevent free-riding in P2P file-sharing networks. By incorporating the use of unique identification, copyright mobility and fair compensation for both producers and distributors in the content distribution value chain, the cascading payments model empowers content producers and enables the creation of new business models. The system allows users to manage their content distribution as well as purchasing activities by mobilising payments and automatically gathering royalties on behalf of the producer. The methodology used to conduct this research involved the use of advances in service-oriented architecture development as well as the use of object-oriented analysis and design techniques. These assisted in the development of an open and flexible framework which facilitates equitable digital content exchange without detracting from the advantages of the P2P domain. A prototype of the CasPaCE framework (developed in Java) demonstrates how peer devices can be connected to form a content exchange environment where both producers and distributors benefit from participating in the system. This prototype was successfully evaluated within the bounds of an E-learning Content Exchange (EIConE) case study, which allows students within a large UK university to exchange digital content for compensation enabling the better use of redundant resources in the university.

There are a number of known architectural patterns for TCP/IP server design. I present a survey of design choices based on some of the most common of these patterns. I have demonstrated, with working code samples, that most of these architectural patterns are readily portable between UNIX and Windows NT platforms without necessarily incurring significant performance penalties. / Computing / M. Sc. (Computer Science)

Les systèmes distribués ont réussi à étendre la technologie de l’information à un public plus large, en termes d’emplacement et de nombre. Cependant, ces systèmes géo-répliqués doivent être évolutifs afin de répondre aux demandes toujours croissantes. De plus, le système doit pouvoir traiter les messages dans un ordre équivalent à celui de leur création afin d’éviter des effets indésirables. L’exécution suivant des ordres partiels fournit un ordonnancement d’événements que tous les nœuds suivront, ce qui permet donc le traitement des messages dans un ordre adéquat. Un système qui applique un ordre partiel simplifie le développement des applications distribuées et s’assure que l’utilisateur final n’observera pas des comportements défiant la causalité. Dans cette thèse, nous présentons des modèles statistiques pour différentes contraintes d’ordre partiel, en utilisant différentes distributions de modèles de latence. Étant donné un modèle de latence, qui donne le temps qu’il faut pour qu’un message passe d’un nœud à un autre, notre modèle s’appuie sur lui pour donner le temps supplémentaire qu’il faut pour appliquer un ordre partiel spécifique. Nous avons proposé les modèles suivants. Tout d’abord, dans une communication entre un et plusieurs nœuds, la probabilité que le message soit délivré dans tous les nœuds avant un temps donné. Deuxièmement, après la réception d’un message, la probabilité que tous les autres nœuds aient exécuté ce message avant temps donné. Troisièmement, dans une communication de un à plusieurs nœuds, la probabilité que le message soit arrivé à au moins un sous-ensemble d’entre eux avant un temps donné. Quatrièmement, l’ordre FIFO ou causal qui détermine si un message est prêt à être livré, dans un nœud ou plusieurs. Tout cela favorise la compréhension du comportement des systèmes distribués en présence d’ordres partiels. En outre, en utilisant cette connaissance, nous avons construit un algorithme qui utilise ces modèles de comportement du réseau pour établir un système de livraison causal fiable. Afin de valider nos modèles, nous avons développé un outil de simulation qui permet d’exécuter des scénarios adaptés à nos besoins. Nous pouvons définir les différents paramètres du modèle de latence, le nombre de clients et les charges de travail des clients. Cette simulation nous permet de comparer les valeurs générées de façon aléatoire pour chaque configuration spécifique avec les résultats prévus de notre modèle. Une des applications qui peuvent tirer profit de notre modèle, est un algorithme de livraison causale fiable. Il utilise l’information causale pour détecter les éléments manquants et réduit le besoin d’acquittement de message en contactant d’autres répliques seulement lorsque le message est supposé manquant. Cette information est fournie par notre modèle, qui définit les temporisateurs d’attente en fonction des statistiques du réseau et de la consommation des ressources. Enfin, cette application a été testée dans le même simulateur que les modèles, avec des résultats prometteurs, puis évaluée dans une expérience réelle utilisant Amazon EC2 comme plate-forme / Distributed systems have managed to extend technology to a broader audience, in both terms of location and numbers. However these geo-replicated systems need to be scalable in order to meet the ever growing demands. Moreover, the system has to be able to process messages in an equivalent order that they were created to avoid unwanted side effects. Partial order enforcement provides an ordering of events that all nodes will follow therefore processing the messages in an adequate order. A system that enforces a partial order simplifies the challenge of developing distributed applications, and ensures that the end-user will not observe causality defying behaviors. In this thesis we present models for different partial order enforcements, using different latency model distributions. While a latency model, which yields the time it takes for a message to go from one node to another, our model builds on it to give the additional time that it takes to enforce a given partial order. We have proposed the following models. First, in a one to many nodes communication, the probability for the message to be delivered in all the nodes before a given time. Second, in a one to many nodes communication from the receivers, the probability that all the other nodes have delivered the message after a given time of him receiving it. Third, in a one to many nodes communication, the probability that the message has arrived to at least a subset of them before a given time. Fourth, applying either FIFO or Causal ordering determining if a message is ready for being delivered, in one node or many. All of this furthers the understanding of how distributed systems with partial orders behave. Furthermore using this knowledge we have built an algorithm that uses the insight of network behavior to provide a reliable causal delivery system. In order to validate our models, we developed a simulation tool that allows to run scenarios tailored to our needs. We can define the different parameters of the latency model, the number of clients, and the clients workloads. This simulation allows us to compare the randomly generated values for each specific configuration with the predicted outcome from our model. One of the applications that can take advantage of our model, is a reliable causal delivery algorithm. It uses causal information to detect missing elements and removes the need of message acknowledgment by contacting other replicas only when the message is assumed missing. This information is provided by our model, that defines waiting timers according to the network statistics and resource consumption. Finally this application has been both tested in the same simulator as the models, with promising results, and then evaluated in a real-life experiment using Amazon EC2 for the platform

Στην παρούσα εργασία γίνεται Μελέτη και Καταγραφή των σημαντικότερων υπηρεσιών που παρέχουν 12 από τα πιο γνωστά Client Management Tools που υπάρχουν στην αγορά. Παρουσιάζεται ένας πίνακας με τις λειτουργίες που παρέχει κάθε ένα από αυτά τα Client Management Tool. Επιπλέον γίνεται μια μελέτη για την Τιμολογιακή Πολιτική που ακολουθούν τα Client Management Tools. Στην συνέχεια γίνεται μία έρευνα για την CMDB, καθώς επίσης και τα βήματα τα οποία ακολουθούνται για την σχεδίασή της. Μελετάται το ITIL, και παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο ένα Client Management Tool μπορεί να γίνει ITIL Compatible. Στην συνέχεια, παρουσιάζεται το SchoolView, μία υπηρεσία ανάλογη με αυτή της υπηρεσίας TeamViewer, με την οποία αναβαθμίζεται το SchoolRSM. Και τέλος, προτείνονται κάποιες ενέργειες που πρέπει να γίνουν έτσι ώστε να μπορέσουμε να εφαρμόσουμε την CMDB στο OpenRSM. / The current thesis has done a study and a listing of the most important functions provided by twelve of the most renowned Client Management Tools. A table is presented with the functions that are provided by each of these Client Management Tools. Additionally a study is done for the price list policy that the Client Management Tools follow. Moreover a research is done for the CMDB and definitions associated with it are given as well as the steps that are followed for its construction. What is more, the ITIL is being studied, and the way in which a Client Management Tool can be ITIL Compatible is presented. Additionally, the SchoolView is being presented, a service similar to TeamViewer, with which SchoolRSM is being upgraded. Finally, there is a suggestion of some actions that should be done so as to adjust the CMDB to OpenRSM.

Τα τελευταία χρόνια η ραγδαία αύξηση της υπολογιστικής ισχύος, των αποθηκευτικών μέσων καθώς και των τηλεπικοινωνιών έχει δημιουργήσει γόνιμο έδαφος για την ανάπτυξη πολύπλοκων, απαιτητικών εφαρμογών, τόσο στον χώρο της επιστημονικής έρευνας, όσο και στα πλαίσια της παραγωγής εμπορικών λύσεων. Ως αποτέλεσμα αυτού, πραγματοποιείται μετάβαση από το μοντέλο των μεμονωμένων διακριτών πόρων στο μοντέλο της συνεργασίας κατανεμημένων πόρων το οποίο υλοποιείται από την τεχνολογία πλέγματος (Grid Computing). Ένα πολύ σημαντικό θέμα που επηρεάζει την συνολική απόδοση των δικτύων πλέγματος είναι η χρονοδρομολόγηση των εργασιών που υποβάλλουν οι χρήστες στους διαθέσιμους πόρους του δικτύου. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της χρονοδρομολόγησης στα δίκτυα πλέγματος όχι μέσω προγραμμάτων προσομοίωσης αλλά χρησιμοποιώντας το ενδιάμεσο λογισμικό gLite. Βασικό αντικείμενο μελέτης ήταν η υπηρεσία Workload Management System (WMS) στην οποία υλοποιούνται οι αλγόριθμοι χρονοπρογραμματισμού που παρέχει το gLite. Στόχος ήταν η ανάλυση της λειτουργίας των δύο αλγορίθμων χρονοπρογραμματισμού που παρέχει το ενδιάμεσο λογισμικό και η κατανόηση τόσο της αρχιτεκτονικής της WMS υπηρεσίας, που είναι μια από τις πιο σημαντικές για την λειτουργία ολόκληρου του δικτύου, αλλά και του τρόπου υλοποίησης των δύο αλγορίθμων του gLite. Στην συνέχεια προσθέσαμε στην υπηρεσία WMS ένα νέο δίκαιο αλγόριθμο ανάθεσης εργασιών στους διαθέσιμους πόρους του δικτύου πλέγματος. Τέλος αναπτύξαμε ένα μικρής κλίμακας δίκτυο πλέγματος για την πειραματική αξιολόγηση του νέου αλγορίθμου και την σύγκριση του με τους δύο βασικούς αλγορίθμους του gLite. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο αλγόριθμος μας παρέχει καλύτερη αξιοποίηση των πόρων του δικτύου, μειώνοντας παράλληλα το μέσο χρόνο εκτέλεσης μιας εργασίας στο δίκτυο. / The emergence of high speed optical networks is making the vision of Grids a reality. Grids consist of geographically distributed and heterogeneous computational and storage resources that may belong to different administrative domains, but can be shared among users by establishing global resource management architecture. An important issue in the performance of Grids is the scheduling of application tasks to the available resources. The Grid environment is quite dynamic, with resource availability and load varying rapidly with time, and application tasks have very different characteristics and requirements. Scheduling is a key to the success of Grid Networks, since it determines the efficiency in the use of the resources and the QoS provided to the users. In this work we present our experiences from implementing and integrating a new job scheduling algorithm in the gLite Grid middleware and present experimental results that compare it to the existing gLite scheduling algorithms. It is the first time that gLite scheduling algorithms are put under test and compared with a new algorithm under the same conditions. We describe the problems that were encountered and solved, going from theory and simulations to practice and the actual implementation of our fair scheduling algorithm. In this work we also describe the steps one needs to follow in order to develop and test a new scheduling algorithm in gLite. We present the methodology followed and the testbed set up for the comparisons. Our research sheds light on some of the problems of the existing gLite scheduling algorithms and makes clear the need for the development of new.

Η ανάπτυξη και εγκατάσταση συστάδων υπολογιστών (clusters) και διαδικτυακών πλεγμάτων υπολογισμού (computational grids), διαρκώς αυξανόμενη στις μέρες μας, διαμορφώνει ένα σαφώς κατανεμημένο περιβάλλον, ικανό για την εφαρμογή υπολογισμού στο εύρος του διαδικτύου. Στο πλαίσιο αυτό, η παράλληλη επεξεργασία καλείται να επωφεληθεί από την εγγύτητα των υπολογιστικών πόρων, όπως αυτή διαμορφώνεται από τα σύγχρονα δίκτυα υψηλών ταχυτήτων. Την ίδια στιγμή, οι προγραμματιστές παράλληλων εφαρμογών βρίσκονται σε δίλημμα ανάμεσα σε μοντέλα προγραμματισμού κοινής μνήμης ή κατανεμημένα. Με τα κατανεμημένα μοντέλα να αποτελούν την αρχική και πιο φυσική επιλογή στο περιβάλλον των συστάδων και των πλεγμάτων, ο προγραμματιστής έρχεται ξανά αντιμέτωπος με τα διαχρονικά προβλήματα που ενέχει η αποτύπωση του παραλληλισμού των εφαρμογών και ο προγραμματισμός με τη χρήση μοντέλων ανταλλαγής μηνυμάτων (message passing models). Έχοντας σαν στόχο την απαλλαγή του προγραμματιστή από τις δυσκολίες των κατανεμημένων μοντέλων, γίνεται σημαντική ερευνητική προσπάθεια για την υλοποίηση συστημάτων και εργαλείων που θα μπορέσουν να παρέχουν ένα αξιόπιστο περιβάλλον προγραμματισμού κοινής μνήμης, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα συγκρίσιμη απόδοση με τα αντίστοιχα μοντέλα ανταλλαγής μηνυμάτων. Ωστόσο, ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά των σύγχρονων περιβαλλόντων υπολογισμού, που δυσχεραίνει την μεταφορά της υπάρχουσας τεχνολογίας συστημάτων κατανεμημένης κοινής μνήμης από τις συστάδες υπολογιστών στα πλέγματα, είναι η εκτεταμένη ετερογένεια που παρατηρείται στα συστήματα που συμμετέχουν σε ένα υπολογιστικό πλέγμα. Συμμετέχοντας στην προσπάθεια πρότασης ενός εύχρηστου και αποδοτικού περιβάλλοντος προγραμματισμού, καταρχάς σε συστάδες υπολογιστών και με την προοπτική επέκτασης σε υπολογιστικά πλέγματα, στο πλαίσιο της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής εργασίας υλοποιείται το σύστημα Pleiad. To Pleiad αποτελεί ολοκληρωμένο πρωτότυπο της αφαίρεσης κατανεμημένης κοινής μνήμης σε επίπεδο λογισμικού (Software Distributed Shared Memory - SDSM). Κύριος στόχος, δεδομένης της ετερογένειας των σύγχρονων παράλληλων συστημάτων, είναι τόσο η μεταφερσιμότητα όσο και η διαλειτουργικότητα του συστήματος και γι' αυτό το λόγο επιλέγεται για την υλοποίηση του η πλατφόρμα Java. Το σύστημα Pleiad είναι σε θέση να αξιοποιήσει τη σύγχρονη τάση στα πολυεπεξεργαστικά συστήματα, όπως αυτή καθορίζεται από την ευρεία διάθεση επεξεργαστών πολλαπλών πυρήνων, επιτρέποντας την εκτέλεση πολυνηματικών εφαρμογών στο εύρος του κατανεμημένου συστήματος. Επιπλέον η υλοποίηση λαμβάνει χώρα σε επίπεδο χρήστη (user-level), προσδίδοντας στο σύστημα μεγαλύτερη ευελιξία στο περιβάλλον των ιδεατών οργανισμών (virtual organizations - VOs) που διαθέτουν συστάδες υπολογιστών στο πλαίσιο πλεγμάτων. Τα αποτελέσματα από την πειραματική σύγκριση του συστήματος Pleiad με συναφή συστήματα είναι ενθαρρυντικά. Σε κάθε περίπτωση το πρωτότυπο του συστήματος Pleiad όπως παρουσιάζεται στη μεταπτυχιακή εργασία, αποτελεί έργο υποδομής, με αρκετά ενδιαφέροντα ζητήματα ανοικτά στην προοπτική μελλοντικής ερευνητικής δραστηριότητας. / The development and the deployment of clusters and computational grids, continuously increasing in our times, clearly form a distributed environment that is able to conduct computation at the scale of the Internet. Under these circumstances, parallel processing is urged to utilize the proximity of the afforded computational resources as it is accomplished by the advancements on high speed networks. At the same time the parallel applications programmers are quite often up against a dilemma having to choose between shared memory or distributed memory programming models. While distributed memory programming models are the most typical choice in the field of clusters and grids, the programmer encounters well known obstacles during his effort to extract the parallelism of the application. Willing to release the programmer from the need to explicitly express parallelism through message passing orchestration, much research has been done to implement middleware that provides the abstraction of shared memory programming while at the same time achieves acceptable performance compared to other message passing models. Nevertheless, one of the most fundamental characteristics of the modern, distributed computing environments that encumbers porting the existing DSM technology from clusters to grids, is the broad heterogeneity of the afforded computing resources. Participating in the effort of providing a simple, robust and yet efficient programming environment, firstly designated for clusters with the intention support seamless parallel programming on top of grids, at the present thesis we present Pleiad. Pleiad consists our research prototype providing the abstraction of shared memory programming, implemented at the software level (Software Distributed Shared Memory - SDSM). Considering by default the heterogeneity of the contemporary parallel systems, we have defined as a target of the presented thesis to provide a simple portable and interoperable DSM system. That direction led us to choose Java as our development platform. Pleiad is also able to utilize the trend in modern multiprocessors as it is defined by the advent of multicore CPUs by enabling the execution of multithreaded applications on top of the distributed hardware architecture. Moreover, the implementation of Pleiad takes place at the user level, which is the most appropriate decision concerning the highly diverse environment of the virtual organizations that are formed as parts of a grid. The first results of the experimental evaluation of Pleiad compared to similar systems are emboldening. In any case the first prototype of Pleiad as it is presented in the current thesis provides the essential infrastructure that will be used to further address open issues concerning our research interests on the topic of distributed shared memory abstraction.

Η παρούσα διπλωματική εργασία είναι η υλοποίηση σε λογισμικό του Home Subscriber Server (HSS). Ο HSS είναι ένας εξυπηρετητής ζωτικής σημασίας για το IP Multimedia Subsystem (IMS). Αποτελεί την κύρια βάση του δικτύου που περιέχει σημαντικές πληροφορίες για τους χρήστες και επιτελεί, μαζί με κάποιες άλλες οντότητες,την πιστοποίηση και την εξουσιοδότηση των χρηστών, που επιθυμούν να χρησιμοποιήσουν το IMS δίκτυο. / This thesis is the software implementetion of a Home Subscriber Server (HSS). The HSS is a server vital for IP Multimedia Subsystem (IMS). It is the main basis of the network which contains important information for users and it performs, along with some other entities, certification and authorization of users who wish to use the IMS network.

The growth of e-science and grid computing has presented new opportunities to researchers working on distributed, collaborative projects, or for whom access to large computational and data-storage resources is essential. There is, however, much work to be done to improve the experience for these users, in particular by mitigating the effects that failing to consider fully the requirements of their processing tasks (or jobs) can have on the likelihood of success. Any improvement in this regard would be significant, not only because of the beneficial effect it would have on useful resource utilization, but also due to the improved perception of grid computing it would engender among its users. Allocating jobs to resources is never easy, and this is particularly true when the resources are of heterogeneous construction, geographically distant, and owned and operated by a variety of institutions. Attempts to allocate jobs intelligently must consider not only the strict hardware requirements of the job and whether these match a particular candidate resource, but must also consider requirements related to the security infrastructures in place (including, for example, the rights of the user who wishes to run the job, the licences associated with the application to be run and the data it will use and produce), how the job might affect other users of the resource, and indeed how the behaviour of other users of the resource might affect the job. This thesis examines the data, security and legal requirements of typical collaborative research projects, and discusses how these requirements suggest particular constraints that will govern any jobs which need to be executed. It reviews some of the technologies which are common in this field, and describes current state-of-the-art technology in this area. This thesis then presents a framework for describing requirements, along with an algorithmic method for allocating jobs to resources. Case studies and an analysis of performance are presented using these algorithms, which show how they build upon, and improve, the state-of-the-art in this domain.

Current grid computing architectures have been based on cluster management and batch queuing systems, extended to a distributed, federated domain. These have shown shortcomings in terms of scalability, stability, and modularity. To address these problems, this dissertation applies architectural styles from the Internet and Web to the domain of generic computational grids. Using the REST style, a flexible model for grid resource interaction is developed which removes the need for any centralised services or specific protocols, thereby allowing a range of implementations and layering of further functionality. The context for resource interaction is a generalisation and formalisation of the Condor ClassAd match-making mechanism. This set theoretic model is described in depth, including the advantages and features which it realises. This RESTful style is also motivated by operational experience with existing grid infrastructures, and the design, operation, and performance of a proto-RESTful grid middleware package named DIRAC. This package was designed to provide for the LHCb particle physics experiment’s “off-line” computational infrastructure, and was first exercised during a 6 month data challenge which utilised over 670 years of CPU time and produced 98 TB of data through 300,000 tasks executed at computing centres around the world. The design of DIRAC and performance measures from the data challenge are reported. The main contribution of this work is the development of a REST model for grid resource interaction. In particular, it allows resource templating for scheduling queues which provide a novel distributed and scalable approach to resource scheduling on the grid.

Στόχος της εργασίας αυτής είναι η αξιοποίηση της τεχνολογίας συνιστωσών στην ανάπτυξη κατανεμημένων συστημάτων αυτοματισμού και ελέγχου. Την τελευταία δεκαετία γίνεται μια μεγάλη προσπάθεια να αναπτυχθούν νέες τεχνολογίες λογισμικού για την υποστήριξη ανάπτυξης εφαρμογών για κατανεμημένα ετερογενή συστήματα. Αιχμή της τεχνολογίας σήμερα στην κατεύθυνση αυτή αποτελούν τα μοντέλα συνιστωσών. Ειδικότερα στον τομέα των βιομηχανικών εφαρμογών μετρήσεων και ελέγχου η ανάγκη αυτή γίνεται επιτακτική ώστε το λογισμικό που θα παράγεται γι αυτές να είναι αποτελεσματικό και επεκτάσιμο. Στην εργασία αυτή ξεκινάμε την μελέτη μας με το μοντέλο DOC middleware και προχωρούμε στην επέκτασή του, το component middleware. Εξετάζουμε τους περιορισμούς που παρουσιάζει το μοντέλο DOC middleware και τα προτερήματα του component middleware. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε εκτενώς το μοντέλου συνιστωσών CORBA. Για το μοντέλο αυτό παρουσιάζουμε το OpenCCM που αποτελεί την μοναδική υλοποίηση που υπάρχει σήμερα η οποία είναι βασισμένη στη γλώσσα Java. Ακολούθως παρουσιάζουμε εκτενώς το πρότυπο για την ανάπτυξη βιομηχανικών εφαρμογών IEC-61499 που στηρίζεται στη έννοια του Function Block. Στη συνέχεια περιγράφουμε τη λύση που προτείνουμε στα πλαίσια της εργασίας αυτής για την υλοποίηση του προτύπου IEC-61499, η οποία στηρίζεται στο μοντέλο συνιστωσών CORBA. Η λύση μας χρησιμοποιεί την Java ως γλώσσα προγραμματισμού και ως πλατφόρμα ανάπτυξης το CORFU από την πλευρά των Function Block και το Cadena από την πλευρά συνιστωσών CORBA. Προχωρούμε στην παρουσίαση του εργαλείου FBtoCCMtool το οποίο αυτοματοποιεί ένα μεγάλο μέρος της διαδικασίας μετασχηματισμού από το μοντέλο FBs στο μοντέλο συνιστωσών CORBA . Τελικά περιγράφουμε την εφαρμογή της προτεινόμενης λύσης πάνω σε ένα πρότυπο σύστημα βιομηχανικής διεργασίας, το FESTO Modular Processing System της εταιρίας FESTO. / -