A adoção em larga escala de redes de computadores e gerenciadores de banco de dados contribuiu para o surgimento de sistemas de informação complexos. Atualmente, estes sistemas tornaram-se elementos essenciais na vida das pessoas, dando suporte a processos de negócio e serviços corporativos indispensáveis à sociedade, como automação bancária e telefonia. A utilização de componentes na estruturação destes sistemas promove maior qualidade e flexibilidade ao produto e agiliza o processo de desenvolvimento. Entretanto, para que estes benefícios sejam totalmente observados, é fundamental que os provedores de componentes de prateleira projetem especificações precisas, completas e consistentes. Geralmente, as especificações omitem ou negligenciam o comportamento dos componentes nas situações de falha. Desta forma, a utilização de componentes não confiáveis, cujos comportamentos não podem ser inteiramente previstos, compromete seriamente o projeto de sistemas tolerantes a falhas. Uma estratégia para a especificação de componentes tolerantes a falhas é informar a ocorrência de erros através de exceções e realizar a recuperação dos mesmos por rotinas de tratamento correspondentes. A especificação deve separar claramente o comportamento normal do excepcional, destinado à recuperação do erro. Entretanto, em sistemas concorrentes e distribuídos, a especificação apenas deste tratamento local não é suficiente. Uma exceção pode ser lançada em decorrência de erros sistêmicos (i.e. problemas de rede) que afetam todo o sistema. Assim, determinadas exceções devem ser tratadas em nível arquitetural, envolvendo os demais componentes no tratamento. O modelo conceitual de ações Atômicas Coordenadas (ações CA - Coordinated Atomic actions), bastante aplicado na estruturação de sistemas tolerantes a falhas, define um mecanismo geral para a coordenação do tratamento excepcional dos componentes, que cooperam na execução das atividades e competem por recursos compartilhados. Portanto, o modelo de ações CA oferece uma solução potencialmente viável para a especificação do tratamento de exceções em nível arquitetural. Este trabalho propõe um framework para a especificação do tratamento de exceções em nível arquitetural, baseando-se no modelo de aninhamento de ações CA e utilizando a linguagem orientada a eventos CSP (Communicating Sequential Processes). Sua principal característica é prover um protocolo padronizado para a coordenação do tratamento de exceções, que envolve a cooperação dos componentes do sistema. Além disso, é apresentada uma estratégia para a verificação formal dos sistemas na ferramenta FDR (Failure Divergence Refinement), com base no modelo de refinamento por rastros. / The widespread scale adoption of computer networks and database management systems has contributed to the arising of complex information systems. Nowadays, these systems have become essential aspects in the everyday life, supporting business processes and indispensable enterprise services to society such as banking automation and telephony. The usage of components in structuring of these systems promotes higher quality and flexibility to the product and accelerates the software development process. However, in order to fully observe the benefits it is essential that the suppliers of these COTS (commercial off-the-shelf) design precise, complete and consistent specifications. Generally, the specifications omit or neglect the behavior of these components in exceptional situations. Therefore, the usage of untrustworthy components whose behavior cannot be entirely foreseen seriously compromise the design of fault-tolerant systems. One of the strategies used for the specification of fault-tolerant components is to inform the occurrence of errors through exceptions and make its recovering by the correspondent exception handling routines. The specification should separate clearly the normal behavior from the exceptional one, specially designed for error recovery. However, in concurrent and distributed systems, specification of local exception handling is not enough. An exception could be raised as a result of systemic errors (i.e. network errors) which affect the entire system, thus specific types of exceptions should be treated at an architectural level involving all the other components in this handling activity. The conceptual model of Coordinated Atomic (CA) actions, often applied in the structuring of fault-tolerant systems, defines a general mechanism for coordination of exception handling with components that cooperate while executing activities and compete for shared resources. Therefore, the model of CA actions offers a perfectly viable solution for the specification of exception handling at an architectural level. This work proposes a framework for the specification of exception handling at an architectural level, based on the nesting model of CA actions and using the event-oriented language CSP (Communicating Sequential Processes). Its main characteristic is to provide a standardized protocol for coordination of exception handling that involves the cooperation of system components. Moreover, it is presented a formal strategy for system verification using the FDR (Failure Divergence Refinement) tool, based on the traces refinement model.

A adoção em larga escala de redes de computadores e gerenciadores de banco de dados contribuiu para o surgimento de sistemas de informação complexos. Atualmente, estes sistemas tornaram-se elementos essenciais na vida das pessoas, dando suporte a processos de negócio e serviços corporativos indispensáveis à sociedade, como automação bancária e telefonia. A utilização de componentes na estruturação destes sistemas promove maior qualidade e flexibilidade ao produto e agiliza o processo de desenvolvimento. Entretanto, para que estes benefícios sejam totalmente observados, é fundamental que os provedores de componentes de prateleira projetem especificações precisas, completas e consistentes. Geralmente, as especificações omitem ou negligenciam o comportamento dos componentes nas situações de falha. Desta forma, a utilização de componentes não confiáveis, cujos comportamentos não podem ser inteiramente previstos, compromete seriamente o projeto de sistemas tolerantes a falhas. Uma estratégia para a especificação de componentes tolerantes a falhas é informar a ocorrência de erros através de exceções e realizar a recuperação dos mesmos por rotinas de tratamento correspondentes. A especificação deve separar claramente o comportamento normal do excepcional, destinado à recuperação do erro. Entretanto, em sistemas concorrentes e distribuídos, a especificação apenas deste tratamento local não é suficiente. Uma exceção pode ser lançada em decorrência de erros sistêmicos (i.e. problemas de rede) que afetam todo o sistema. Assim, determinadas exceções devem ser tratadas em nível arquitetural, envolvendo os demais componentes no tratamento. O modelo conceitual de ações Atômicas Coordenadas (ações CA - Coordinated Atomic actions), bastante aplicado na estruturação de sistemas tolerantes a falhas, define um mecanismo geral para a coordenação do tratamento excepcional dos componentes, que cooperam na execução das atividades e competem por recursos compartilhados. Portanto, o modelo de ações CA oferece uma solução potencialmente viável para a especificação do tratamento de exceções em nível arquitetural. Este trabalho propõe um framework para a especificação do tratamento de exceções em nível arquitetural, baseando-se no modelo de aninhamento de ações CA e utilizando a linguagem orientada a eventos CSP (Communicating Sequential Processes). Sua principal característica é prover um protocolo padronizado para a coordenação do tratamento de exceções, que envolve a cooperação dos componentes do sistema. Além disso, é apresentada uma estratégia para a verificação formal dos sistemas na ferramenta FDR (Failure Divergence Refinement), com base no modelo de refinamento por rastros. / The widespread scale adoption of computer networks and database management systems has contributed to the arising of complex information systems. Nowadays, these systems have become essential aspects in the everyday life, supporting business processes and indispensable enterprise services to society such as banking automation and telephony. The usage of components in structuring of these systems promotes higher quality and flexibility to the product and accelerates the software development process. However, in order to fully observe the benefits it is essential that the suppliers of these COTS (commercial off-the-shelf) design precise, complete and consistent specifications. Generally, the specifications omit or neglect the behavior of these components in exceptional situations. Therefore, the usage of untrustworthy components whose behavior cannot be entirely foreseen seriously compromise the design of fault-tolerant systems. One of the strategies used for the specification of fault-tolerant components is to inform the occurrence of errors through exceptions and make its recovering by the correspondent exception handling routines. The specification should separate clearly the normal behavior from the exceptional one, specially designed for error recovery. However, in concurrent and distributed systems, specification of local exception handling is not enough. An exception could be raised as a result of systemic errors (i.e. network errors) which affect the entire system, thus specific types of exceptions should be treated at an architectural level involving all the other components in this handling activity. The conceptual model of Coordinated Atomic (CA) actions, often applied in the structuring of fault-tolerant systems, defines a general mechanism for coordination of exception handling with components that cooperate while executing activities and compete for shared resources. Therefore, the model of CA actions offers a perfectly viable solution for the specification of exception handling at an architectural level. This work proposes a framework for the specification of exception handling at an architectural level, based on the nesting model of CA actions and using the event-oriented language CSP (Communicating Sequential Processes). Its main characteristic is to provide a standardized protocol for coordination of exception handling that involves the cooperation of system components. Moreover, it is presented a formal strategy for system verification using the FDR (Failure Divergence Refinement) tool, based on the traces refinement model.

Orientador: Cecilia Mary Fischer Rubira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T17:42:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_PetersonPeixotodos_M.pdf: 1073315 bytes, checksum: 7071b3cca814f678b2dae606f78f6eff (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: À medida que os sistemas de software evoluem, precisam garantir requisitos funcionais e de qualidade cada vez mais complexos e com maior rigor de qualidade. Nos _últimos anos, várias abordagens e ferramentas t^em sido propostas para guiar o processo de desenvolvimento de software visando atingir altos níveis de qualidade. O Desenvolvimento Baseado em Componentes (DBC) _e uma das técnicas mais bem aceitas tanto na indústria quanto no meio acadêmico e se propõe a compor sistemas de software a partir de componentes reutilizáveis já prontos e, se possível, de uma relativamente pequena quantidade de linhas de código específicas para a aplicação. Existem diversas plataformas para DBC, das quais Java Enterprise Edition (Java EE) _e uma das mais populares. Por outro lado, tolerância a falhas _e uma das abordagens mais empregadas para construir sistemas que consigam prover seus serviços especificados mesmo na presença de diferentes tipos de falhas de forma a atingir os níveis desejados de confiabilidade. O conceito de Ação Atômica Coordenada (CA Action) foi proposto para prover tolerância a falhas em sistemas concorrentes orientados a objetos, integrando os conceitos complementares de conversação (concorrência cooperativa) e transação atômica (concorrência competitiva) e estabelecendo uma semântica para tratamento de exceções concorrentes (exceções lançadas simultaneamente por threads concorrentes) além de dar suporte ao uso conjunto de recuperação de erro por avanço e por retrocesso. A proposta deste trabalho _e acrescentar _a plataforma de desenvolvimento baseado em componentes Java Enterprise Edition (Java EE) alguns mecanismos de tolerância a falhas propostos pelo conceito de CA Action. A implementação da solução proposta foi baseada em Java, programação orientada a aspectos e no conceito de comunicação assíncrona implementada pelos componentes message-driven beans da plataforma Java Enterprise Edition. A solução foi avaliada através da construção de 2 estudos de caso: (i) uma aplicação JBoss baseada em message-driven beans e (ii) um sistema real de faturamento de energia elétrica. Desta forma, procuramos demonstrar a factibilidade de proporcionar mecanismos simples para adaptações permitindo que aplicações desta plataforma possam usufruir de mais benefícios de tolerância a falhas sem grandes modificações em seu código fonte já previamente implementado e implantado / Abstract: As software systems evolve, they should provide stronger functional and quality requirements. In the last years, many diferent approaches and tools have been proposed to guide software development process aiming to achieve higher quality levels. Component-Based Development (CBD) is one of the most accepted techniques in the academy as well as in the industry and proposes to build software systems from pre-existing reusable components and, if possible, a relative low quantity of application specific glue code. There are many CBD platforms and Java Enterprise Edition (Java EE) is one of the most popular. Fault tolerance is one of the most adopted means to build up systems that are capable of providing their intended service, even if only partially, when faults occur, so as the desired reliability levels be achieved. The Coordinated Atomic Action (CA Action) concept was proposed to provide fault tolerance in concurrent object-oriented software systems and to integrate two complementary concepts, conversations (cooperative concurrency) and transactions (competitive concurrency). It establishes a semantic for concurrent exception handling and also supports the combined use of forward and backward error recovery. This work proposes to extend the component-based development platform Java Enterprise Edition (Java EE) with some of the fault tolerance means proposed by CA Action's concept by incorporating a concurrent exception handling mechanism to the platform. The proposed solution implementation was based on Java, aspect oriented programming and on the asynchronous communication concept implemented by Java EE message-driven bean components. The solution was assessed by two case studies: (i) a JBoss application based on message-driven beans and (ii) a real billing system for electric power companies by which we try to demonstrate the feasibility of providing simple means for adapting Java Enterprise Edition applications in a way that they could appropriate more fault tolerance benefits without big changes in their previously implemented and deployed source code / Mestrado / Engenharia de Software / Mestre em Ciência da Computação