A necessidade de poder computacional é crescente nas mais diversas áreas de atuação humana, tanto na indústria como no ambiente acadêmico. A Computação em Grade permite a interligação de recursos computacionais dispersos de maneira a permitir sua utilização mais efetiva, provendo aos usuários acesso simplificado ao poder computacional de diversas máquinas. Entretanto, os primeiros projetos de Computação em Grade objetivavam a interligação de máquinas paralelas ou aglomerados de alto desempenho e alto custo, acessível apenas a poucas instituições. Em contraponto ao alto custo das máquinas paralelas, os computadores pessoais se difundiram de maneira extraordinária nos últimos quinze anos. A expansão da base instalada foi acompanhada de uma crescente evolução na capacidade de tais máquinas. Os aglomerados dedicados de computadores pessoais representam a primeira tentativa de utilização de tais recursos para computação paralela e, apesar de serem amplamente utilizados, ainda requerem um investimento significativo. Entretanto, as mesmas instituições que adquirem tais aglomerados dedicados normalmente possuem centenas ou até milhares de computadores pessoais, os quais têm sua capacidade utilizada apenas parcialmente, resultando em grande ociosidade dos recursos. Os sistemas de Computação em Grade Oportunistas fornecem a possibilidade de se utilizar a base instalada de computadores pessoais de maneira a realizar computação utilizando a parte dos recursos que, de outra forma, estariam ociosos. Diversos sistemas dessa categoria foram desenvolvidos e utilizados com êxito para realizar tarefas de computação em diversas áreas como astronomia, biologia e matemática. O InteGrade, sistema de Computação em Grade Oportunista aqui apresentado, pretende oferecer características inovadoras para sistemas oportunistas, como suporte a aplicações paralelas que demandam comunicação entre nós e a utilização de coleta e análise de padrões de uso das máquinas da Grade, de maneira a permitir que se realize previsões sobre a disponibilidade das máquinas, permitindo uma utilização mais eficiente das mesmas. Além disso, o InteGrade emprega amplamente o paradigma de Orientação a Objetos, tanto na definição da arquitetura do sistema quanto na sua implementação. O trabalho aqui apresentado consistiu no estudo de outros projetos de Computação em Grade, na definição de uma arquitetura inicial para o InteGrade, passando pela descrição de seus principais módulos assim como sua implementação. Além disso, também descrevemos o projeto e a implementação de uma biblioteca para programação paralela no InteGrade utilizando o modelo BSP. / The past years witnessed a substantial increase in the need for computing power in various fields of human activity, including many industrial and academic endeavors. Grid Computing addresses those needs, providing seamless access to distributed computing resources, allowing one to use the combined computing power of various machines. However, the majority of the earlier Grid Computing systems focused on connecting high performance computers, which are very expensive resources only accessible to a small number of institutions. Contrasting with high cost parallel computing, personal computing experienced a tremendous growth in the last fifteen years. Personal computers are ubiquitous, cheap, and extremely powerful. The increase in processing power motivated the creation of dedicated PC clusters, allowing one to perform high performance computing tasks at a fraction of the price of a traditional parallel machine. Although cheaper, building a cluster still requires a considerable investment. At the same time, institutions that rely on the processing power of dedicated clusters typically own a large number of personal computers that are idle for most of the time, resulting in a loss of computing power that could otherwise be used for computing tasks. Opportunistic Grid Computing systems allow the use of the idle computing power of personal computers to perform useful computation. Many Opportunistic systems were successfully employed to solve problems in areas such as astronomy, biology, and mathematics. InteGrade, an Opportunistic Grid Computing system developed in the context of this thesis, aims to provide features not commonly available in other Opportunistic systems, such as support for parallel applications that require communication among application nodes, and usage pattern collection and analysis, which will allow for better scheduling decisions by providing predictions about future resource availability. InteGrade is a fully object oriented system, featuring both object oriented architecture and implementation. The work presented in this thesis includes a survey of existing Grid Computing systems and the definition of the InteGrade initial architecture, including the specification and implementation of various software modules. We also present the design and implementation of a parallel programming library that implements the BSP computing model, which allows one to write parallel applications that execute on InteGrade.

[pt] Middlewares têm sido utilizados para desenvolver aplicações distribuídas em domínios muito diferentes. Cada um desses domínios possui pré-requisitos diversos relacionados à comunicação entre as partes do ambiente distribuído. Muitas vezes, os pré-requisitos de diferentes domínios são contraditórios, fazendo com que a implementação de um middleware que os atenda em mais de um domínio de aplicação se torne muito complexa. Uma das opções para resolver esse problema é criar o middleware de forma que ele possa ser adaptado de acordo com as necessidades de cada aplicação. Neste trabalho, estudamos algumas das técnicas disponíveis para a construção de middlewares adaptáveis, indo desde mudanças simples na política de transmissão de dados entre os nós de um sistema distribuído, até adaptações mais abrangentes na implementação do sistema para permitir diferentes contextos de execução. Como estudo de caso, propomos um modelo de componentização para um middleware já existente, implementado em Lua, com a finalidade de capacitá-lo a acomodar adaptações de sua implementação de uma forma simples e estruturada. Também realizamos alguns experimentos para avaliar a aplicabilidade e eficácia do novo middleware desenvolvido. / [en] Middlewares have been used in order to develop distributed applications in a variety of domains. Each of these domains has different requirements related to the communication among parts of the distributed system. Many times the requirements of different domains are contradictory, turning the implementation of a middleware are that fulfills them in more than one the application domain in into a very complex problem. One of the options to solve this issue is to create the middleware are in a way that it can be adapted accordingly to the needs of each application. In this study we survey some of the available techniques for the construction of adaptive middleware, ranging from simple changes in the transmission of data between nodes in a distributed system to more thorough adaptations in a system in order to allow for diferent application execution contexts. As a case study we propose a component model for an existing middleware, implemented in Lua, with the goal of enabling the middleware are to accommodate adaptations in its implementation in a simple and structured manner. We also created experiments in order to evaluate the applicability and effectiveness of the middleware.

A distributed real-time database (DRTDB) is a database distributed over a network on several nodes and where the transactions are associated with deadlines. The issues of concern in this kind of database are data consistency and the ability to meet deadlines. In addition, there is the possibility that the nodes, on which the database is distributed, are heterogeneous. This means that the nodes may be built on different platforms and written in different languages. This makes the integration of these nodes difficult, since data types may be represented differently on different nodes. The common object request broker architecture (CORBA), defined by the Object Management Group (OMG), is a distributed object computing (DOC) middleware created to overcome problems with heterogeneous sites. The project described in this paper aims to investigate the suitability of CORBA as a middleware in a DRTDB. Two extensions to CORBA, Fault-Tolerance CORBA (FT-CORBA) and Real-Time CORBA (RT-CORBA) is of particular interest since the combination of these extensions provides the features for object replication and end-to-end predictability, respectively. The project focuses on the ability of RT-CORBA meeting hard deadlines and FT-CORBA maintaining replica consistency by using replication with eventual consistency. The investigation of the combination of RT-CORBA and FT-CORBA results in two proposed architectures that meet real-time requirements and provides replica consistency with CORBA as the middleware in a DRTDB.

<p>A distributed real-time database (DRTDB) is a database distributed over a network on several nodes and where the transactions are associated with deadlines. The issues of concern in this kind of database are data consistency and the ability to meet deadlines. In addition, there is the possibility that the nodes, on which the database is distributed, are heterogeneous. This means that the nodes may be built on different platforms and written in different languages. This makes the integration of these nodes difficult, since data types may be represented differently on different nodes. The common object request broker architecture (CORBA), defined by the Object Management Group (OMG), is a distributed object computing (DOC) middleware created to overcome problems with heterogeneous sites.</p><p>The project described in this paper aims to investigate the suitability of CORBA as a middleware in a DRTDB. Two extensions to CORBA, Fault-Tolerance CORBA (FT-CORBA) and Real-Time CORBA (RT-CORBA) is of particular interest since the combination of these extensions provides the features for object replication and end-to-end predictability, respectively. The project focuses on the ability of RT-CORBA meeting hard deadlines and FT-CORBA maintaining replica consistency by using replication with eventual consistency. The investigation of the combination of RT-CORBA and FT-CORBA results in two proposed architectures that meet real-time requirements and provides replica consistency with CORBA as the middleware in a DRTDB.</p>

Magistrinio darbo projektinėje dalyje buvo sukurta nuotolinė žinių testavimo sistema „Cool Test Tool“. Ji realizuota remiantis kliento – serverio architektūra. Projektavimo metu buvo pasirinkta „Remote Objects“ technologija su TCP protokolu. Todėl šio darbo tikslas – išanalizuoti CORBA, Remote Objects ir Web Services veikimo principus, ištirti jų resursų išnaudojimą ir išrinkti efektyviausią technologiją, tinkančią projektui. Šios technologijos pasirinktos todėl, kad jas paprasta pritaikyti esamam projektui. / Many of today’s enterprise computing systems are powered by distributed object middleware. Such systems, which are common in industries such as telecommunications, finance, manufacturing, and government, often support applications that are critical to particular business operations. Because of this, distributed object middleware is often held to stringent performance, reliability, and availability requirements. Fortunately, modern approaches have no problem meeting or exceeding these requirements. The goal of this research was to familiarize with middleware technology especially with CORBA, Microsoft .NET Remoting and Microsoft .NET Web Services. In experimental part was proved that the most efficient technology is Microsoft .NET Remoting with TCP protocol. That means our choice was correct during development of our project “Cool Test Tool”.

[pt] Aplicações que usam CORBA como plataforma de comunicação geralmente possuem restrições ao serem executadas em ambientes compostos por mais de um domínio administrativo. Este fato é particularmente verdade quando as aplicações precisam atravessar firewalls/NAT. Além do mais, não existe atualmente uma solução padronizada e adotada por todos os ORBs, obrigando as aplicações que utilizam este enfatizar{middleware} a adotarem soluções proprietárias que muitas vezes não são adequadas ao ambiente em que as aplicações funcionam (e.g. impossibilidade de abertura de portas no firewall). Este trabalho apresenta e avalia três soluções para a travessia de firewall/NAT por aplicações distribuídas que utilizam CORBA como camada de comunicação, cada uma explorando as vantagens de uma situação específica. Exemplos de tais situações são a possibilidade de configuração do firewall ou a possibilidade de abertura de conexões TCP para fora da rede. / [en] Applications that use CORBA as the communication layer often face some restrictions for multi-domain deployment. This is particularly true when they have to face firewall/NAT traversal. Furthermore, nowadays there is no well-accepted unique or standardized solution adopted by all ORBs, compelling applications using this type of middleware to use proprietary solutions that sometimes do not address the environment restrictions in which they are deployed (e.g. impossibility to open firewall ports). This work presents and compares three solutions for firewall/NAT traversal by CORBA-based distributed applications, each one suitable for a specific situation and exploring its advantages. Examples of such situations are the possibility of open firewall ports or the possibility of start a TCP connection to the outside network.

[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.

A necessidade de poder computacional é crescente nas mais diversas áreas de atuação humana, tanto na indústria como no ambiente acadêmico. A Computação em Grade permite a interligação de recursos computacionais dispersos de maneira a permitir sua utilização mais efetiva, provendo aos usuários acesso simplificado ao poder computacional de diversas máquinas. Entretanto, os primeiros projetos de Computação em Grade objetivavam a interligação de máquinas paralelas ou aglomerados de alto desempenho e alto custo, acessível apenas a poucas instituições. Em contraponto ao alto custo das máquinas paralelas, os computadores pessoais se difundiram de maneira extraordinária nos últimos quinze anos. A expansão da base instalada foi acompanhada de uma crescente evolução na capacidade de tais máquinas. Os aglomerados dedicados de computadores pessoais representam a primeira tentativa de utilização de tais recursos para computação paralela e, apesar de serem amplamente utilizados, ainda requerem um investimento significativo. Entretanto, as mesmas instituições que adquirem tais aglomerados dedicados normalmente possuem centenas ou até milhares de computadores pessoais, os quais têm sua capacidade utilizada apenas parcialmente, resultando em grande ociosidade dos recursos. Os sistemas de Computação em Grade Oportunistas fornecem a possibilidade de se utilizar a base instalada de computadores pessoais de maneira a realizar computação utilizando a parte dos recursos que, de outra forma, estariam ociosos. Diversos sistemas dessa categoria foram desenvolvidos e utilizados com êxito para realizar tarefas de computação em diversas áreas como astronomia, biologia e matemática. O InteGrade, sistema de Computação em Grade Oportunista aqui apresentado, pretende oferecer características inovadoras para sistemas oportunistas, como suporte a aplicações paralelas que demandam comunicação entre nós e a utilização de coleta e análise de padrões de uso das máquinas da Grade, de maneira a permitir que se realize previsões sobre a disponibilidade das máquinas, permitindo uma utilização mais eficiente das mesmas. Além disso, o InteGrade emprega amplamente o paradigma de Orientação a Objetos, tanto na definição da arquitetura do sistema quanto na sua implementação. O trabalho aqui apresentado consistiu no estudo de outros projetos de Computação em Grade, na definição de uma arquitetura inicial para o InteGrade, passando pela descrição de seus principais módulos assim como sua implementação. Além disso, também descrevemos o projeto e a implementação de uma biblioteca para programação paralela no InteGrade utilizando o modelo BSP. / The past years witnessed a substantial increase in the need for computing power in various fields of human activity, including many industrial and academic endeavors. Grid Computing addresses those needs, providing seamless access to distributed computing resources, allowing one to use the combined computing power of various machines. However, the majority of the earlier Grid Computing systems focused on connecting high performance computers, which are very expensive resources only accessible to a small number of institutions. Contrasting with high cost parallel computing, personal computing experienced a tremendous growth in the last fifteen years. Personal computers are ubiquitous, cheap, and extremely powerful. The increase in processing power motivated the creation of dedicated PC clusters, allowing one to perform high performance computing tasks at a fraction of the price of a traditional parallel machine. Although cheaper, building a cluster still requires a considerable investment. At the same time, institutions that rely on the processing power of dedicated clusters typically own a large number of personal computers that are idle for most of the time, resulting in a loss of computing power that could otherwise be used for computing tasks. Opportunistic Grid Computing systems allow the use of the idle computing power of personal computers to perform useful computation. Many Opportunistic systems were successfully employed to solve problems in areas such as astronomy, biology, and mathematics. InteGrade, an Opportunistic Grid Computing system developed in the context of this thesis, aims to provide features not commonly available in other Opportunistic systems, such as support for parallel applications that require communication among application nodes, and usage pattern collection and analysis, which will allow for better scheduling decisions by providing predictions about future resource availability. InteGrade is a fully object oriented system, featuring both object oriented architecture and implementation. The work presented in this thesis includes a survey of existing Grid Computing systems and the definition of the InteGrade initial architecture, including the specification and implementation of various software modules. We also present the design and implementation of a parallel programming library that implements the BSP computing model, which allows one to write parallel applications that execute on InteGrade.

[pt] A programação por contratos é uma das técnicas voltadas para a melhoria da qualidade de software, sendo baseada no aumento do formalismo da especificação das interfaces. No contexto de componentes de software distribuídos, o uso de contratos envolve alguns desafios que o diferenciam do seu uso mais tradicional. O objetivo deste trabalho é a avaliaação do uso de contratos no desenvolvimento de sistemas distribuí­dos baseados em componentes de software, identificando as abordagens existentes e analisando as vantagens e desvantagens do seu uso. São também avaliadas caracterí­sticas como robustez, desempenho, flexibilidade, facilidade de uso e limitações. Como estudo de caso, foi desenvolvido um subsistema de suporte a contratos sobre um middleware CORBA implementado em Lua, servindo de base para experimentos realizados durante a pesquisa. / [en] Contract-based programming is one of the techniques used to improve the quality of software by enhancing the formalism of interface specifications. In the context of distributed software components, the use of contracts presents new challenges that make it di*erent from its traditional use. This work intends to evaluate the use of contracts in the development of component-based distributed systems, identifying the current approaches and analyzing its advantages and disadvantages. It also covers topics like robustness, performance, flexibility, ease of use and limitations. As a case study, a contract subsystem was developed over a CORBA middleware using Lua, serving as the basis for experiments in our study.

International Telemetering Conference Proceedings / October 22-25, 2001 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / The Range Instrumentation and Control System (RICS) is a PC-based client/server application designed to collect time-space position information (TSPI) from remote radar test sites and distribute it in real-time across a wide area network (WAN). The system architecture is composed of two main parts - the Data Interface Adapter (or DIA, which runs under VxWorks and is implemented using C/C++) and the RICS console PC (which runs under Windows 2000 and is implemented in Java). CORBA is used to provide communication between the RICS console and DIA. This paper describes the design of the system, focusing primarily on the DIA software.