A recuperação por retorno baseada em checkpointing é largamente usada como técnica de tolerância a falhas. O modelo complexo de sistemas distribuídos tem motivado o desenvolvimento de diversos algoritmos na tentativa de encontrar soluções mais simples e eficientes. Os processos que formam o sistema distribuído podem coordenar suas operações para garantir que o conjunto de checkpoints locais componha um estado global consistente (linha de recuperação). A partir desse estado, no caso de ocorrência de falhas, o sistema pode ser recuperado e a computação retomada a partir de um momento anterior ao da manifestação da falha, evitando o retrocesso para o estado inicial da computação e prevenindo a ocorrência de prejuízos com a perda de todo processamento até então realizado. No Grupo de Tolerância a Falhas da UFRGS foi proposto recentemente um algoritmo que é voltado para aplicações que executam em sistemas distribuídos assíncronos que se comunicam exclusivamente pela troca de mensagens. Ele opera com salvamento coordenado de checkpoints (não bloqueando as aplicações) e prevê o tratamento de mensagens órfãs e perdidas. Os mecanismos do algoritmo sugerem que nenhuma alteração deveria ser realizada no código das aplicações, criando a possibilidade de implementação transparente sob o ponto de vista dos usuários e dos programadores das aplicações. Como o algoritmo não requer o bloqueio das aplicações, a sobrecarga imposta pelos mecanismos à execução livre de falhas é pequena. Além disso, o processo de recuperação tende a ser efetuado rapidamente, uma vez que é garantida a existência de uma linha de recuperação consistente, facilmente identificada Este trabalho apresenta as decisões de projeto, a implementação, os resultados e a avaliação de desempenho desse algoritmo. A avaliação das alternativas de implementação resultou na decisão de uma implementação então realizada diretamente sobre o sistema operacional Linux, sem recorrer a protocolos auxiliares para garantir a execução dos serviços e sem a necessidade de adaptações no código das aplicações nem no código do sistema operacional. Adicionalmente, os resultados comprovaram a expectativa inicial de que o algoritmo causaria pouca sobrecarga no sistema (menos de 2%), embora ele ainda apresente alta dependência do tamanho dos checkpoints salvos.

Orientador: Silvia Renata Siciliano Wilcken / Resumo: Meloidogyne incognita é considerado um dos nematoides de maior importância econômica em termos mundiais. Para seu adequado manejo, uma das estratégias mais eficientes é o uso de cultivares resistentes. Portanto, estratégias para otimizar os programas de melhoramento genético são necessárias. A análise de expressão gênica tem ampliado a compreensão dos mecanismos de interação planta-nematoide e acelerado o desenvolvimento de genótipos resistentes. A cultivar de aveia branca IPR Afrodite, resistente a M. incognita, e cultivares suscetíveis foram avaliadas em relação à sua tolerância a este nematoide, além de ter sido estudado o comportamentode genes candidatos que regulam sua resistência, desafiados com densidades populacionais iniciais crescentes de M. incognita, durante o seu estabelecimento e manutenção do parasitismo. Para a avaliação da tolerância, plantas cultivadas em vasos de 3.600 cm3 foram inoculadas com 0,0625 (187,5); 0,125 (375); 0,25 (750); 0,5 (1500); 1 (3000); 2 (6000); 4 (12000); 8 (24000); 16 (48000) e 32 (96000) exemplares por cm3 de solo e avaliadas aos 67 dias após a inoculação (DAI), através da mensuração do desenvolvimento das plantas, além da multiplicação do nematoide. Os resultados mostraram que, em densidades menores, IPR Afrodite apresentou fator de reprodução próximo a 1,0, sugerindo menor expressão da resistência. Em função desses resultados, experimento semelhante foi conduzido para análise da expressão gênica dessa cultivar ao nematoide, com aval... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Orientador : Prof. Dr. Elias P. Duarte Jr. / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa: Curitiba, 11/05/2017 / Inclui referências : f. 93-103 / Área de concentração : Ciência da computação / Resumo: Os sistemas HPC (High-Performance Computing) são geralmente empregados para executar aplicações de longa duração, incluindo, por exemplo, simulações científicas e industriais complexas. Construir sistemas HPC tolerante a falhas permanece um desafio à medida que o tamanho desses sistemas aumenta. Esta tese de doutorado apresenta duas estratégias de tolerância a falhas para sistemas HPC baseados em MPI. A primeira contribuição apresenta uma solução para lidar com a variabilidade de desempenho que afeta negativamente ou inviabiliza a execução das aplicações HPC. Este é o caso dos clusters compartilhados onde um nodo computacional pode se tornar muito lento e comprometer a execução de toda a aplicação. Esta tese propõe um novo modelo de diagnóstico em nível de sistema onde os processos executam testes entre si a fim de determinar se são recomendados ou não-recomendados. Os processos classificados como recomendados formam um grupo dinâmico, chamado de DGRP (Dynamic Group of Recommended Processes), e são responsáveis por executar a aplicação. Os processos testados como não-recomendados são removidos do DGRP. Um processo pode reingressar ao DGRP após uma rodada de consenso executada pelos processos do DGRP. O modelo foi implementado e empregado para monitorar os processos em um cluster compartilhado multiusuário. No estudo de caso apresentado, os processos do DGRP executam o algoritmo de ordenação paralela Hyperquicksort. O Hyperquicksort é implementado e adaptado para se reconfigurar em tempo de execução a fim de suportar até n ?? 1 processos não-recomendados (em um sistema com n processos). Os resultados obtidos demonstram a sua eficiência. A segunda contribuição desta tese se insere na técnica de rollback-recovery na sua variante chamada de registro de mensagens. O registro de mensagens não requer a sincronização dos processos para salvar o estado da aplicação e evita que todos os processos reiniciem a partir do último estado salvo. No entanto, a maioria dos protocolos de registro de mensagens conta com um componente centralizado e que não tolera falhas, chamado de event logger, para armazenar as informações de recuperação, isto é, os determinantes. Esta tese de doutorado propõe o primeiro event logger distribuído e tolerante a falhas para os protocolos de registro de mensagens. Duas implementações baseadas no algoritmo de consenso Paxos, chamadas de Paxos Clássico e Paxos Paralelo, foram realizadas para o event logger. Um protocolo pessimista de registro de mensagens é construído e implementado para interagir com o event logger proposto e realizar a recuperação automática das aplicações MPI. O desempenho dos event loggers é avaliado perante a aplicação AMG (Algebraic MultiGrid) e as aplicações do NAS Parallel benchmark. A recuperação é avaliada através do algoritmo paralelo de Gusfield e a aplicação AMG. Resultados demonstram que o event logger baseado em Paxos Paralelo tem desempenho comparável ou superior ao da abordagem centralizada e que o protocolo proposto realiza a recuperação da aplicação eficientemente. Palavras-chave: Tolerância a Falhas em MPI, DGRP, Registro de Mensagens, Paxos Paralelo. / Abstract: HPC systems are employed to execute long-running applications including, for example, complex industrial and scientific simulations. Building robust, fault-tolerant HPC systems remains a challenge as the size of the system grows. This doctoral thesis presents two faulttolerant strategies for HPC systems based on MPI. Our first contribution presents a solution to deal with the performance variation of HPC system processes that negatively a_ect or even prevent the execution of HPC applications. This is the case in shared clusters in which a single node can become too slow and can thus compromise the entire application execution. This thesis proposes a new system-level diagnosis model in which processes execute tests among themselves in order to determine whether they are recommended or non-recommended. Processes classified as recommended form a Dynamic Group of Recommended Processes (DGRP), which is responsible for running the application. A process can rejoin the DGRP after a round of consensus executed by the DGRP processes. The model was implemented and used to monitor processes in a shared multi-user cluster. In the case study presented, the DGRP processes execute the parallel sorting algorithm Hyperquicksort. Hyperquicksort is implemented and adapted to reconfigure itself at runtime in order to proceed even if up to N ?? 1 processes become non-recommended (N is the total number of processes). Results are presented showing that the strategy is e_cient. The second contribution of this thesis is in the field of the rollbackrecovery technique in its variant based on message logging. Message logging does not require all processes to coordinate in order to save their states during normal execution. Neither does it require to restart all processes from the last saved states after a single process fails. However, most existing message logging protocols rely on a centralized entity which does not tolerate failures, called event logger, which stores recovery information called determinants. This thesis proposes, to the best of our knowledge, the first distributed and fault-tolerant event logger. Two implementations are presented based on the Paxos consensus algorithm, called Classic Paxos and Parallel Paxos. A pessimistic message logging protocol is built and implemented based on the proposed event logger to perform automatic recovery of MPI applications after failures. We evaluate the performance of the event logger using both the AMG (Algebraic MultiGrid) application and NAS Parallel benchmark applications. Application recovery is evaluated in two case studies based on Gusfield's parallel cut tree algorithm and the AMG application. Results show that the event logger based on Parallel Paxos performs as well as or better than a centralized event logger and that the proposed recovery protocol is also e_cient. Keywords: Fault Tolerance in MPI, DGRP, Message Logging, Parallel Paxos.

Made available in DSpace on 2016-09-27T13:40:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2002-02-22. Added 1 bitstream(s) on 2016-09-27T13:45:34Z : No. of bitstreams: 1 000164745.pdf: 509292 bytes, checksum: 43f209069b1d0ff2b1ec930d2f9a1425 (MD5) / Alevinos de tilápia vermelha foram transferidos diretamente da água doce (0‰) para água do mar (35‰), e também submetidos a dois diferentes sistemas gradativos de aclimação: aumento gradual de salinidade em 5‰ a cada dia e, aumentos de 5‰ a cada dois dias. O estudo foi conduzido no Setor de Carcinicultura do Centro de Aqüicultura da Universidade Estadual Paulista (CAUNESP), Jaboticabal, SP. Três diferentes tamanhos de alevinos de tilápia vermelha foram testados: tratamento 1 - animais com 18,50 ± 1,2 mm; tratamento 2 - 49,33 ± 4,45 mm; tratamento 3 - 71,97 ± 5,7 mm respectivamente. Grupos de 10 animais (n = 3) de cada classe de tamanho foram transferidos diretamente da água doce para água do mar em aquários de 10 litros, aerados, e mantidos a 26ºC e com salinidade de 35‰, A mortalidade foi avaliada em intervalos de 15 minutos. Para aclimação gradativa, 25 animais por parcela (n = 3) foram mantidos em tanques cilíndrico-cônicos de 100 L equipados com filtro mecânico de 40 L com substrato de conchas marinhas. Os peixes foram alimentados duas vezes ao dia, sendo a temperatura, salinidade e mortalidade avaliadas diariamente. Os experimentos tiveram duração de 20 dias cada, e 20% dos indivíduos sobreviventes foram submetidos à biometria. Os dados foram analisados segundo delineamento fatorial 3 x 2. Os resultados demonstraram não haver sobrevivência da tilápia vermelha, quando transferida diretamente da água doce para a água do mar, para todos os tamanhos estudados. Os sistemas de aclimação demonstram a viabilidade de aclimação gradativa de alevinos de tilápia vermelha em todos os tamanhos testados, porém, a maior taxa de sobrevivência foi obtida com alevinos com comprimento padrão médio ³ a 49,3 mm e aumento de salinidade de 5‰.dia- 1, Os animais apresentaram melhores condições corporais quando aclimados mais lentamente (5‰ 2 dias-1) / Red tilapia fingerlings were either directly transferred from freshwater to sea water (35‰) and also submitted to two different systems of gradual acclimation: daily increasing of 5‰ and the same gradual increment every two days. The study was set up at the Freshwater Prawn Laboratory, classes Aquaculture Center of the UNESP, Jaboticabal, SP. Three different size of red tilapia fingerlings were used: Trial 1 - 18.5 ± 1.2 mm, Trial 2 - 49.33 ± 4.45mm and Trial 3 - 71.9 ± 5.7 mm, respectively. Groups of 10 animals (n = 3) of each class were directly transferred to sea water in 10 L aquarium and maintained at 26oC, 35‰ salinity, and mortality were recorded every 15 minutes. For the gradual acclimation, 25 fish per parcel (n = 3) of each treatment were stocked in 100 L, conic-cylindrical tanks equipped with mechanical filter (40 L) made out of marine shell substrate. Fish were fed twice a day and water salinity and temperature and mortality were recorded every day. The experiment lasted for 20 days, 20% of the remained fish were weighed and data were analyzed through a 3 x 2 factorial. Results show that the tolerance of red tilapia to direct transfer to sea water increases with size until a certain extent, and that viability of a gradual acclimation to marine water as satisfactory for all tested class sizes but better survival rates were obtained with fingerlings measuring 49.3 mm total length, with a daily increase in salinity of 5‰. Better condition factor was presented by animals acclimated with 5‰ increase every two days

Orientador: Rinaldo Cesar de Paula / Coorientador: Nádia Figueiredo de Paula / Banca: Gustavo Vitti Moro / Banca: Sérgio Valiengo Valeri / Banca: Miguel Luis Menezes de Freitas / Banca: Bruno Ettore Pavan / Resumo: A cultura do eucalipto é de grande importância para o setor florestal brasileiro, constituindo-se numa excelente opção madeireira para diversos usos. Nos últimos anos, o cultivo do eucalipto tem-se expandido para regiões com altos índices de deficiência hídrica, impondo-se um novo desafio para melhoristas e silvicultores que é a recomendação de genótipos tolerantes à seca. Com isto, objetivou-se neste trabalho avaliar diferentes formas de imposição de deficiência hídrica em eucalipto, proporcionadas pela combinação de tipos de vasos e regimes de irrigação, buscando-se avançar nos métodos de fenotipagem em estudos de tolerância à seca. Para estudar as alterações fisiológicas, bioquímicas e no crescimento de mudas de clones de Eucalyptus submetidos a diferentes condições de disponibilidade hídrica, foram conduzidos três experimentos. No primeiro experimento em recipientes cilíndricos de PVC sob dois regimes de irrigação (R1 - irrigação em dias alternados e R2 - irrigação suspensa até o aparecimento de sintomas iniciais de murcha) e três híbridos de eucalipto (H1 e H2 - híbridos de Eucalyptus urophylla X E. tereticornis e H3 - hibrido de E. urophylla X E. brassiana) foram avaliadas as seguintes características: a) crescimento: altura, diâmetro do coleto, número de folhas, área foliar, matéria seca de folhas, de caule + ramos, de raízes, da parte aérea e total, relação raiz/parte aérea; b) fisiológicas: taxas de assimilação líquida, condutância estomática, transpiração, potencial hídrico, danos ao sistema de membranas, conteúdo relativo de água; c) bioquímicas: teores de açúcares redutores e açúcares solúveis totais em folhas e raízes. No segundo experimento acompanhou-se a sobrevivência de cinco clones de eucalipto, sendo quatro clones de hibridos de Eucalyptus grandis x E. urophylla (G1, G2, G3 e G5) e um de E. urophylla (G4), após a suspensão da irrigação, em ... / Abstract: The eucalyptus culture has great importance for the Brazilian forestry sector, being an excellent timber option for many purposes. Over recent years, the eucalyptus cultivation has expanded to regions with high levels of water deficit, imposing a new challenge for breeders and foresters that is recommendation of drought resistant genotypes. Thus, this work aim to evaluate the imposition of different ways of water stress on eucalypt, provided by types of pots and irrigation schemes combination, in order to advance in phenotyping methods in drought tolerance studies. Therefore, changes in Eucalyptus clones seeding physiological, biochemical and growth under different water availability conditions were studied. Three experiments were conducted: the first was conducted in cylindrical recipients of PVC under two irrigation regimes (R1 - alternate day and R2 - interruption of watering until visible wilting occurred) and three hybrids (H1 and H2 - Eucalyptus urophylla x E. tereticornis and H3 - hybrid E. urophylla x E. brassiana). Were evaluated in this experiment the following aspects: a) growth: height, stem diameter, number of leaves, leaf area, dry mass of leaves of stem + branches, root, aerial part, total and root/aerial part ratio; b) physiological: net assimilation rates, stomatal conductance, transpiration, water potential, membrane system damage, relative water content; c) biochemical: reducer and total soluble sugars content in leaves and roots. In the second experiment was monitored the survival of five clones of eucalypt (four hybrids of Eucalyptus grandis x E. urophylla - C1, C2, C3 and C5) and one clone of E. urophylla (C4): after watering interruption, in different sizes pots (3,6 L, 8 L, 25 L and 100 L). The gas exchange was evaluated and the hybrids death time delay counted. The third experiment was performed in two sizes pots (8 and 25 L), two irrigation schemes (the same as in the first experiment - R1 and R2) and ... / Doutor

A comunicação entre circuitos integrados tem evoluído em desempenho e confiabilidade ao longo dos anos. Inicialmente os projetos utilizavam barramentos paralelos, onde existe a necessidade de uma grande quantidade de vias, utilizando muitos pinos de entrada e saída dos circuitos integrados resultando também em uma grande suscetibilidade a interferências eletromagnéticas (EMI) e descargas eletrostáticas (ESD). Na sequência, ficou claro que o modelo de barramento serial possuía ampla vantagem em relação ao predecessor, uma vez que este utiliza um menor número de vias, facilitando o processo de leiaute de placas, facilitando também a integridade de sinais possibilitando velocidades muito maiores apesar do menor número de vias. Este trabalho faz uma comparação entre os principais protocolos seriais de baixa e média velocidade. Nessa pesquisa, foram salientadas as características positivas e negativas de cada protocolo, e como resultado o enquadramento de cada um dos protocolos em um segmento de atuação mais apropriado. O objetivo deste trabalho é utilizar o resultado da análise comparativa dos protocolos seriais para propor um aparato de hardware capaz de suprir uma deficiência encontrada no protocolo serial I2C, amplamente utilizado na indústria, mas que possui restrições quando a aplicação necessita alta confiabilidade. O aparato, aqui chamado de Monitor de Barramento I2C, é capaz de verificar a integridade de dados, sinalizar métricas sobre a qualidade das comunicações, detectar falhas transitórias e erros permanentes no barramento e agir sobre os dispositivos conectados ao barramento para a recuperação de tais erros, evitando falhas. Foi desenvolvido um mecanismo de injeção de falhas para simular as falhas em dispositivos conectados ao barramento e, portanto, verificar a resposta do monitor. Resultados no PSoC5, da empresa Cypress, mostram que a solução proposta tem um baixo custo em termos de área e nenhum impacto no desempenho das comunicações. / The communication between integrated circuits has evolved in performance and reliability over the years. Initially projects used parallel buses, where there is a need for a large amount of wires, consuming many input and output pins of the integrated circuits resulting in a great susceptibility to electromagnetic interference (EMI) and electrostatic discharge (ESD). As a result, it became clear that the serial bus model had large advantage over predecessor, since it uses a smaller number of lanes, making the PCB layout process easier, which also facilitates the signal integrity allowing higher speeds despite fewer pathways. This work makes a comparison between the main low and medium speed serial protocols. The research has emphasized the positive and negative characteristics of each protocol, and as a result the framework of each of the protocols in a more appropriate market segment. The objective of this work is to use the results of comparative analysis of serial protocols to propose a hardware apparatus capable of filling a gap found in the I2C protocol, widely used in industry, but with limitations when the application requires high reliability. The apparatus, here called I2C Bus Monitor, is able to perform data integrity verification activities, to signalize metrics about the quality of communications, to detect transient faults and permanent errors on the bus and to act on the devices connected to the bus for the recovery of such errors avoiding failures. It was developed a fault injection mechanism to simulate faults in the devices connected to the bus and thus verify the monitor response. Results in the APSoC5 from Cypress show that the proposed solution has an extremely low cost overhead in terms of area and no performance impact in the communication.

Os modelos de coordenação de comunicação possibilitam a cooperação entre os diversos processos que fazem parte de um sistema distribuído. O modelo de coordenação de espaço de dados compartilhado, o qual é representado pelo espaço de tuplas, permite que a comunicação tenha tanto desacoplamento referencial quanto temporal. Devido essas características, o espaço de tuplas é frequentemente usado em aplicações pervasivas e paralelas. A habilidade de tolerar a falhas é importante para ambos os tipos de aplicações. Para aplicações pervasivas na área médica, uma falha pode custar vidas. Nesse contexto, esse trabalho propõe o Tuplebiz, um espaço de tuplas distribuído que suporta transações em um ambiente sujeito a falhas bizantinas. As falhas bizantinas encapsulam uma variedade de comportamentos faltosos que podem ocorrer no sistema. O Tuplebiz é dividido em partições de dados para facilitar a distribuição entre diferentes servidores. Cada partição garante tolerância a falhas por meio de replicação de máquina de estados. Adicionalmente, o Tuplebiz também provê transações que possuem as propriedades ACID, isto é, as propriedades de atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade. O gerente de transações é responsável por garantir o isolamento das transações. Testes de desempenho e injeção de falhas foram realizados. A latência do Tuplebiz sem falhas é aproximadamente 2,8 vezes maior que a latência de um sistema não replicado. Os testes de injeção tiveram como base um framework de testes de injeção de falhas para sistemas tolerantes a falhas bizantinas. Os testes avaliaram os seguintes tipos de falha: mensagens perdidas, atrasos de envio de mensagens, corrupção de mensagens, suspensão do sistema e crash. A latência no caso de falhas foi maior que no caso sem falhas, mas todas as falhas foram suportadas pelo Tuplebiz. Como estudo de caso, é revisada a integração do Tuplebiz com a Guaraná, uma linguagem específica de domínio usada para modelar soluções de integração de sistemas. As tarefas de uma solução de integração na Guaraná são centralizadas atualmente. A proposta de integração prevê a distribuição das tarefas entre diferentes servidores. / The coordination models enable the communication among the process in a distributed system. The shared data model is time and referential decoupled, which is represented by tuple spaces. For this reason, the tuple space is used by parallel and pervasive applications. The fault tolerance is very important for both type of application. For healthcare applications, the fault can cost a life. In this context, this work introduces the Tuplebiz, a distributed tuple space that supports transactions in environment where byzantine faults can occur. Byzantine faults include many types of system faults. The Tuplebiz is spitted in partitions. The main idea behind it is to distribute the tuple space among servers. Each partition guarantees the fault tolerance by using state machine replication. Furthermore, Tuplebiz has transaction support, which follows the ACID properties (atomicity, consistency, isolation, durability). The transaction manager is responsible for maintaining the isolation. Performance and fault injection tests were made in order to evaluate the Tuplebiz. The Tuplebiz latency is approximately 2.8 times bigger than the one for a non replicated system. The injection tests were based on an injection fault framework for byzantine faults. The tests applied were: lost message, delay message, corrupted message, system suspension and crash. The latency was worst on those cases; however the Tuplebiz was able to deal with all of them. Also, a case is presented. This case shows the integration between Tuplebiz and Guaraná, which is a domain specific language, used for designing Enterprise Application Integration applications. The solution integration tasks are centralized nowadays. The integration approach aims to distribute the tasks among servers.

Hoje em dia, as redes intra chip (NoC) são cada vez mais utilizadas como uma arquitetura de comunicação alternativa para sistemas complexos, pois estas permitem flexibilidade e desempenho da comunicação. Porém, o grande número de interconexões da rede, aliado à diminuição das dimensões dos transistores fabricados nas tecnologias nanométricas, fazem com que a NoC possa ter um grande número de falhas durante sua fabricação, ou por desgaste durante sua vida útil. Sabe-se que, em futuras tecnologias os circuitos integrados terão uma taxa de falhas permanentes de 20 a 30%. Entretanto, mesmo na presença de falhas, é desejável que a NoC permaneça funcionando corretamente. A partir do diagnóstico das falhas, a NoC deve ser capaz de buscar alternativas para manter a comunicação entre os núcleos, evitando os canais e os roteadores com falhas. O objetivo deste trabalho é propor mecanismos adaptativos de proteção contra falhas permanentes. Mesmo quando são adicionados componentes extras para a substituição em SoCs, a ocorrência de falhas permanentes na rede intrachip impede a substituição ou reparo de um componente no sistema intrachip. Portanto a tolerância a falhas na NoC será crucial para reduzir custo de manufatura, e aumentar o rendimento e o tempo de vida do circuito integrado. O mecanismo proposto é capaz de evitar falhas sabendo anteriormente, na fase de teste e diagnóstico, a localização especifica da falha. Portanto, as técnicas se adaptam em cada roteador para evitar as falhas permanentes, sempre buscando manter desempenho, aumentar o rendimento e a confiabilidade do sistema. / Nowadays, networks-on-chip (NoCs) have been used as an alternative communication architecture inside complex system on-chip. They offer better scalability and performance than the traditional bus. However, the growing number of interconnects that have to be inserted using smaller transistors means that NoCs have a growing number of faults, either from manufacturing or due to aging. In future systems-on-chip (SoCs), the fault rate will be around 20 to 30% of the contact and transistors of integrated circuits. Therefore, even in the presence of a fault, it is still desirable that NoCs properly work. The main idea of this work is to implement adaptive mechanisms to protect NoCs against permanent faults. The main advantage of such mechanism is to manage failures based on data from the testing and diagnosing phase. The mechanisms are adapted in each router in order to sustain performance, increasing the system yield and reliability even in the presence of failures. Even if one adds extra blocks for replacement, the occurrence of permanent faults in a NoC might preclude the replacement or repair of a faulty component within the SoC. In such case, fault-tolerant NoCs are able to reduce manufacturing costs, increase yield and the lifetime of the chip.

Os modelos de coordenação de comunicação possibilitam a cooperação entre os diversos processos que fazem parte de um sistema distribuído. O modelo de coordenação de espaço de dados compartilhado, o qual é representado pelo espaço de tuplas, permite que a comunicação tenha tanto desacoplamento referencial quanto temporal. Devido essas características, o espaço de tuplas é frequentemente usado em aplicações pervasivas e paralelas. A habilidade de tolerar a falhas é importante para ambos os tipos de aplicações. Para aplicações pervasivas na área médica, uma falha pode custar vidas. Nesse contexto, esse trabalho propõe o Tuplebiz, um espaço de tuplas distribuído que suporta transações em um ambiente sujeito a falhas bizantinas. As falhas bizantinas encapsulam uma variedade de comportamentos faltosos que podem ocorrer no sistema. O Tuplebiz é dividido em partições de dados para facilitar a distribuição entre diferentes servidores. Cada partição garante tolerância a falhas por meio de replicação de máquina de estados. Adicionalmente, o Tuplebiz também provê transações que possuem as propriedades ACID, isto é, as propriedades de atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade. O gerente de transações é responsável por garantir o isolamento das transações. Testes de desempenho e injeção de falhas foram realizados. A latência do Tuplebiz sem falhas é aproximadamente 2,8 vezes maior que a latência de um sistema não replicado. Os testes de injeção tiveram como base um framework de testes de injeção de falhas para sistemas tolerantes a falhas bizantinas. Os testes avaliaram os seguintes tipos de falha: mensagens perdidas, atrasos de envio de mensagens, corrupção de mensagens, suspensão do sistema e crash. A latência no caso de falhas foi maior que no caso sem falhas, mas todas as falhas foram suportadas pelo Tuplebiz. Como estudo de caso, é revisada a integração do Tuplebiz com a Guaraná, uma linguagem específica de domínio usada para modelar soluções de integração de sistemas. As tarefas de uma solução de integração na Guaraná são centralizadas atualmente. A proposta de integração prevê a distribuição das tarefas entre diferentes servidores. / The coordination models enable the communication among the process in a distributed system. The shared data model is time and referential decoupled, which is represented by tuple spaces. For this reason, the tuple space is used by parallel and pervasive applications. The fault tolerance is very important for both type of application. For healthcare applications, the fault can cost a life. In this context, this work introduces the Tuplebiz, a distributed tuple space that supports transactions in environment where byzantine faults can occur. Byzantine faults include many types of system faults. The Tuplebiz is spitted in partitions. The main idea behind it is to distribute the tuple space among servers. Each partition guarantees the fault tolerance by using state machine replication. Furthermore, Tuplebiz has transaction support, which follows the ACID properties (atomicity, consistency, isolation, durability). The transaction manager is responsible for maintaining the isolation. Performance and fault injection tests were made in order to evaluate the Tuplebiz. The Tuplebiz latency is approximately 2.8 times bigger than the one for a non replicated system. The injection tests were based on an injection fault framework for byzantine faults. The tests applied were: lost message, delay message, corrupted message, system suspension and crash. The latency was worst on those cases; however the Tuplebiz was able to deal with all of them. Also, a case is presented. This case shows the integration between Tuplebiz and Guaraná, which is a domain specific language, used for designing Enterprise Application Integration applications. The solution integration tasks are centralized nowadays. The integration approach aims to distribute the tasks among servers.

Hoje em dia, as redes intra chip (NoC) são cada vez mais utilizadas como uma arquitetura de comunicação alternativa para sistemas complexos, pois estas permitem flexibilidade e desempenho da comunicação. Porém, o grande número de interconexões da rede, aliado à diminuição das dimensões dos transistores fabricados nas tecnologias nanométricas, fazem com que a NoC possa ter um grande número de falhas durante sua fabricação, ou por desgaste durante sua vida útil. Sabe-se que, em futuras tecnologias os circuitos integrados terão uma taxa de falhas permanentes de 20 a 30%. Entretanto, mesmo na presença de falhas, é desejável que a NoC permaneça funcionando corretamente. A partir do diagnóstico das falhas, a NoC deve ser capaz de buscar alternativas para manter a comunicação entre os núcleos, evitando os canais e os roteadores com falhas. O objetivo deste trabalho é propor mecanismos adaptativos de proteção contra falhas permanentes. Mesmo quando são adicionados componentes extras para a substituição em SoCs, a ocorrência de falhas permanentes na rede intrachip impede a substituição ou reparo de um componente no sistema intrachip. Portanto a tolerância a falhas na NoC será crucial para reduzir custo de manufatura, e aumentar o rendimento e o tempo de vida do circuito integrado. O mecanismo proposto é capaz de evitar falhas sabendo anteriormente, na fase de teste e diagnóstico, a localização especifica da falha. Portanto, as técnicas se adaptam em cada roteador para evitar as falhas permanentes, sempre buscando manter desempenho, aumentar o rendimento e a confiabilidade do sistema. / Nowadays, networks-on-chip (NoCs) have been used as an alternative communication architecture inside complex system on-chip. They offer better scalability and performance than the traditional bus. However, the growing number of interconnects that have to be inserted using smaller transistors means that NoCs have a growing number of faults, either from manufacturing or due to aging. In future systems-on-chip (SoCs), the fault rate will be around 20 to 30% of the contact and transistors of integrated circuits. Therefore, even in the presence of a fault, it is still desirable that NoCs properly work. The main idea of this work is to implement adaptive mechanisms to protect NoCs against permanent faults. The main advantage of such mechanism is to manage failures based on data from the testing and diagnosing phase. The mechanisms are adapted in each router in order to sustain performance, increasing the system yield and reliability even in the presence of failures. Even if one adds extra blocks for replacement, the occurrence of permanent faults in a NoC might preclude the replacement or repair of a faulty component within the SoC. In such case, fault-tolerant NoCs are able to reduce manufacturing costs, increase yield and the lifetime of the chip.