No projeto de arquiteturas computacionais, a partir da evolução do modelo cliente-servidor, surgiram os sistemas distribuídos com a finalidade de oferecer características tais como: disponibilidade, distribuição, compartilhamento de recursos e tolerância a falhas. Estas características, entretanto, não são obtidas de forma simples. As aplicações distribuídas e as aplicações centralizadas possuem requisitos funcionais distintos; aplicações distribuídas são mais difíceis quanto ao projeto e implementação. A complexidade de implementação é decorrente principalmente da dificuldade de tratamento e de gerência dos mecanismos de comunicação, exigindo equipe de programadores experientes. Assim, tem sido realizada muita pesquisa para obter mecanismos que facilitem a programação de aplicações distribuídas. Observa-se que, em aplicações distribuídas reais, mecanismos de tolerância a falhas constituem-se em uma necessidade. Neste contexto, a comunicação confiável constitui-se em um dos blocos básicos de construção. Paralelamente à evolução tanto dos sistemas distribuídos como da área de tolerância a falhas, foi possível observar também a evolução das linguagens de programação. O sucesso do paradigma de orientação a objetos deve-se, provavelmente, à habilidade em modelar o domínio da aplicação ao invés da arquitetura da máquina em questão (enfoque imperativo) ou mapear conceitos matemáticos (conforme o enfoque funcional). Pesquisadores demonstraram que a orientação a objetos apresenta-se como um modelo atraente ao desenvolvimento de aplicações distribuídas modulares e tolerantes a falhas. Diante do contexto exposto, duas constatações estimularam basicamente a definição desta dissertação: a necessidade latente de mecanismos que facilitem a programação de aplicações distribuídas tolerantes a falhas; e o fato de que a orientação a objetos tem-se mostrado um modelo promissor ao desenvolvimento deste tipo de aplicação. Desta forma, nesta dissertação definem-se classes para a comunicação do tipo unicast e multicast, nas modalidades de envio confiável e não-confiável. Além destes serviços de comunicação básicos, foram desenvolvidas classes que permitem referenciar os participantes da comunicação através de nomes. As classes estão organizadas na forma de um pacote, compondo um framework. Sua implementação foi desenvolvida usando Java. Embora não tivessem sido requisitos básicos, as opções de projeto visaram assegurar resultados aceitáveis de desempenho e possibilidade de reuso das classes. Foram implementados pequenos trechos de código utilizando e testando a funcionalidade de cada uma das classes de comunicação propostas.

O presente trabalho realiza uma validação experimental, através da técnica de injeção de falhas por software, de sistemas de informações que utilizam gerenciadores de banco de dados distribuídos comerciais. Estes experimentos visam a obtenção de medidas da dependabilidade do SGBD utilizado, levantamento do custo de seus mecanismos de tolerância a falhas e a real aplicabilidade de SGBDs comerciais em sistemas de missão crítica. Procurou-se avaliar e validar as ferramentas de injeção de falhas utilizadas, no caso específico deste trabalho a ComFIRM e o FIDe. Inicialmente são introduzidos e reforçados os conceitos básicos sobre o tema, que serão utilizados no decorrer do trabalho. Em seguida são apresentadas algumas ferramentas de injeção de falhas em sistemas distribuídos, bem como os modelos de falhas em banco de dados distribuídos. São analisados alguns estudos de aplicação de ferramentas de injeção de falhas em bancos de dados distribuídos. Concluída a revisão bibliográfica é apresentado o modelo de software e hardware que foi implementado, destacando o gerador de cargas de trabalho GerPro-TPC e o gerenciador de injeções e resultados GIR. O GerPro-TPC segue as especificações TPC-c para a simulação de um ambiente transacional comercial padrão e o GIR realiza a integração das ferramentas de injeção de falhas utilizadas, bem como a elaboração do cenário de falhas a injetar e a coleta dos resultados das falhas injetadas. Finalmente são descritos os experimentos realizados sobre o SGBD PROGRESS. São realizados 361 testes de injeções de falhas com aproximadamente 43.000 falhas injetadas em experimentos distintos. Utiliza-se dois modelos de falhas: um focado em falhas de comunicação e outro em falhas de hardware. Os erros resultantes das falhas injetadas foram classificados em erros ignorados/mascarados, erros leves, erros graves e erros catastróficos. Dos modelos de falhas utilizados as que mais comprometeram a dependabilidade do SGBD foram as falhas de hardware. As falhas de comunicação somente comprometeram a disponibilidade do sistema alvo.

O elevado custo de manutenção nos ambientes industriais motivou pesquisas de novas técnicas para melhorar as ações de reparos. Com a evolução tecnológica, principalmente da eletrônica, que proporcionou o uso de sistemas embarcados para melhorar as atividades de manutenção, estas agregaram inteligência e evoluíram para uma manutenção pró-ativa. Através de ferramentas de processamento de sinais, inteligência artificial e tolerância a falhas, surgiram novas abordagens para os sistemas de monitoramento a serviço da equipe de manutenção. Os ditos sistemas de manutenção inteligente, cuja tarefa é realizar testes em funcionamento (on-line) nos equipamentos industriais, promovem novos modelos de confiabilidade e disponibilidade. Tais sistemas são baseados nos conceitos de tolerância a falhas, e visam detectar, diagnosticar e predizer a ocorrência de falhas. Deste modo, fornece-se aos engenheiros de manutenção a informação antecipada do estado de comportamento do equipamento antes mesmo deste manifestar uma falha, reduzindo custos, aumentando a vida útil e tornando previsível o reparo. Para o desenvolvimento do sistema de manutenção inteligente objeto deste trabalho, foram estudadas técnicas de inteligência artificial (redes neurais artificiais), técnicas de projeto de sistemas embarcados e de prototipação em plataformas de hardware. No presente trabalho, a rede neural Mapas Auto-Organizáveis foi adotada como ferramenta base para detecção e diagnóstico de falhas. Esta foi prototipada numa plataforma de sistema embarcado baseada na tecnologia FPGA (Field Programmable Gate Array). Como estudo de caso, uma válvula elétrica utilizada em dutos para transporte de petróleo foi definida como aplicação alvo dos experimentos. Através de um modelo matemático, um conjunto de dados representativo do comportamento da válvula foi simulado e utilizado como entrada do sistema proposto. Estes dados visam o treinamento da rede neural e visam fornecer casos de teste para experimentação no sistema. Os experimentos executados em software validaram o uso da rede neural como técnica para detecção e diagnóstico de falhas em válvulas elétricas. Por fim, também realizou-se experimentos a fim de validar o projeto do sistema embarcado, comparando-se os resultado obtidos com este aos resultados obtidos a partir de testes em software. Os resultados revelam a escolha correta do uso da rede neural e o correto projeto do sistema embarcado para desempenhar as tarefas de detecção e diagnóstico de falhas em válvulas elétricas. / The high costs of maintenance in industrial environments have motivated research for new techniques to improve repair activities. The technological progress, especially in the electronics field, has provided for the use of embedded systems to improve repair, by adding intelligence to the system and turning the maintenance a proactive activity. Through tools like signal processing, artificial intelligence and fault-tolerance, new approaches to monitoring systems have emerged to serve the maintenance staff, leading to new models of reliability and availability. The main goal of these systems, also called intelligent maintenance systems, is to perform in-operation (on-line) test of industrial equipments. These systems are built based on fault-tolerance concepts, and used for the detection, the diagnosis and the prognosis of faults. They provide the maintenance engineers with information on the equipment behavior, prior to the occurrence of failures, reducing maintenance costs, increasing the system lifetime and making it possible to schedule repairing stops. To develop the intelligent maintenance system addressed in this dissertation, artificial intelligence (neural networks), embedded systems design and hardware prototyping techniques were studied. In this work, the neural network Self-Organizing Maps (SOM) was defined as the basic tool for the detection and the diagnosis of faults. The SOM was prototyped in an embedded system platform based on the FPGA technology (Field Programmable Gate Array). As a case study, the experiments were performed on an electric valve used in a pipe network for oil transportation. Through a mathematical model, a data set representative of the valve behavior was obtained and used as input to the proposed maintenance system. These data were used for neural network training and also provided test cases for system monitoring. The experiments were performed in software to validate the chosen neural network as the technique for the detection and diagnosis of faults in the electrical valve. Finally, experiments to validate the embedded system design were also performed, so as to compare the obtained results to those resulting from the software tests. The results show the correct choice of the neural network and the correct embedded systems design to perform the activities for the detection and diagnosis of faults in the electrical valve.

Técnicas de prevenção de falhas como testes e verificação de software não são suficientes para prover dependabilidade a sistemas, visto que não são capazes de tratar falhas ocasionadas por eventos externos tais como falhas transientes. Nessas situações faz-se necessária a aplicação de técnicas capazes de tratar e tolerar falhas que ocorram durante a execução do software. Grande parte das técnicas de tolerância a falhas transientes está focada na detecção e correção de erros de fluxo de controle, que podem corresponder a até 70% de erros causados por esse tipo de falha. Essas técnicas tratam as falhas em nível de software, alterando o programa com a inserção de novas instruções que devem capturar e corrigir desvios inesperados ocorridos durante a execução do software, sendo ACCE uma das técnicas mais conhecidas. Neste trabalho foi feita uma implementação da técnica ACCE através da criação de um passo de transformação de programas para a infraestrutura de compilação LLVM. ACCE atua sobre a linguagem intermediária dos programas compilados com o LLVM, resultando em portabilidade de linguagem de programação e de arquitetura de máquina. Além da implementação da técnica como um passo de transformação, o LLVM foi utilizado para a realização dos experimentos para avaliar o impacto na eficácia de ACCE quando aplicada em programas previamente otimizados por outras transformações. Esse tipo de avaliação é fundamental uma vez que dificilmente a compilação de programas é feita sem a ativação de otimizações, e, até onde sabemos, nunca havia sido feito anteriormente. Os experimentos deste trabalho foram realizados através de baterias de injeção de falhas em programas da suíte de benchmarks Mibench, divididas em diferentes cenários, que avaliaram ACCE em termos de correção de falhas, quando aplicada em programas otimizados por transformações individuais e também por combinações de transformações. Os resultados dos experimentos realizados mostram que a técnica ACCE é eficaz na correção de falhas, porém, para alguns programas otimizados por determinadas transformações, houve redução na correção de falhas. Esse trabalho analisa os experimentos nos quais houve redução da eficácia de ACCE e aponta possíveis causas. / Computer-based systems are used in several eletronic devices that are, in many cases, responsable by the execution of critical tasks. There are situations where techniques of prevention against faults such as software validation and verification, can not be sufficient for ensuring acceptable rates of confiability, because they are not capable of treating faults that occur in execution time, such as transient faults. Most of the fault tolerance techniques for transient faults are focused in detection and correction of control flow errors, that can correspond to 70% errors caused by this kind of faults. These techniques treat the faults at software level, changing the program with the insertion of new instructions that must to capture and to correct illegal jumps occurred during the software execution, being ACCE the most known technique today. In this work an implementation of the ACCE technique was developed as a program transformation pass in the LLVM compiler infraestructurre. ACCE acts over the intermediate language of LLVM, which results in both programming language and machine architecture language portabilities. Besides the implemetation of the technique like a transformation pass, the LLVM was also used in the experiments for the avaliation of impact in the ACCE eficacy when it is applied into programs previously optimized by others compiler transformations. This evaluation is essential since hardly the compilation of programs is made without the activation of other optimizations. As far as we know this kind of evaluation has never beem made before. The experimental results show that the ACCE techinque is effective in the fault correction, but for some programs optimized by specific transformations, there was a reduction in the correction rate. This work analyses these experiments and gives an explanation for what causes a reduction in the effectiveness of ACCE.

O dimensionamento da tecnologia trouxe consequências indesejáveis para manter a taxa de crescimento exponencial e levanta questões importantes relacionadas com a confiabilidade e robustez dos sistemas eletrônicos. Atualmente, microprocessadores modernos de superpipeline normalmente contêm milhões de dispositivos com cargas nos nós cada vez menores. Esse fator faz com que os circuitos sejam mais sensíveis a variabilidade ambiental e aumenta a probabilidade de um erro transiente acontecer. Erros transientes em circuitos sequenciais ocorrem quando uma única partícula energizada deposita carga suficiente perto de uma região sensível. Flip-Flops mestreescravo são os circuitos sequencias mais utilizados em projeto VLSI para armazenamento de dados. Se um bit-flip ocorrer dentro deles, eles perdem a informação prévia armazenada e podem causar um funcionamento incorreto do sistema. A fim de proporcionar sistemas mais confiáveis que possam lidar com os efeitos da radiação, este trabalho analisa o Fator de Vulnerabilidade Temporal (Timing Vulnerability Factor - TVF) em algumas topologias de flip-flops mestre-escravo em estágios de pipeline sob diferentes condições de operação. A janela de tempo efetivo que o bit-flip ainda pode ser capturado pelo próximo estágio é definido com janela de vulnerabilidade (WOV). O TVF corresponde ao tempo que o flip-flop é vulnerável a erros transientes induzidos pela radiação de acordo com a WOV e a frequência de operação. A primeira etapa deste trabalho determina a dependência entre o TVF com a propagação de falhas até o próximo estágio através de uma lógica combinacional com diferentes atrasos de propagação e com diferentes modelos de tecnologia, incluindo também as versões de alto desempenho e baixo consumo. Todas as simulações foram feitas sob as condições normais pré-definidas nos arquivos de tecnologia. Como a variabilidade se manifesta com o aumento ou diminuição das especificações iniciais, onde o principal problema é a incerteza sobre o valor armazenado em circuitos sequenciais, a segunda etapa deste trabalho consiste em avaliar o impacto que os efeitos da variabilidade ambiental causam no TVF. Algumas simulações foram refeitas considerando variações na tensão de alimentação e na temperatura em diferentes topologias e configurações de flip-flops mestre-escravo. Para encontrar os melhores resultados, é necessário tentar diminuir os valores de TVF, pois isso significa que eles serão menos vulneráveis a bit-flips. Atrasos de propagação entre dois circuitos sequenciais e frequências de operação mais altas ajudam a reduzir o TVF. Além disso, estas informações podem ser facilmente integradas em ferramentas de EDA para ajudar a identificar os flip-flops mestre-escravo mais vulneráveis antes de mitigar ou substituí-los por aqueles tolerantes a radiação. / Technology scaling has brought undesirable issues to maintain the exponential growth rate and it raises important topics related to reliability and robustness of electronic systems. Currently, modern super pipelined microprocessors typically contain many millions of devices with ever decreasing load capacitances. This factor makes circuits more sensitive to environmental variations and it is increased the probability to induce a soft error. Soft errors in sequential circuits occur when a single energetic particle deposits enough charge near a sensitive node. Master-slave flip-flops are the most adopted sequential elements to work as registers in pipeline and finite state machines. If a bit-flip happens inside them, they lose the previous stored information and may cause an incorrect system operation. To provide reliable systems that can cope with radiation effects, this work analysis the Timing Vulnerability Factor (TVF) of some master-slave D flip-flops topologies in pipeline stages under different operating conditions. The effective time window, which the bit-flip can still be captured by the next stage, is defined as Window of Vulnerability (WOV). TVF corresponds to the time that a flip-flop is vulnerable to radiation-induced soft errors according to WOV and clock frequency. In the first step of this work, it is determined the dependence between the TVF with the fault propagation to the next stage through a combinational logic with different propagation delays and with different nanometer technological models, including also high performance and low power versions. All these simulations were made under the pre-defined nominal conditions in technology files. The variability manifests with an increase or decreases to initial specification, where the main problem is the uncertainty about the value stored in sequential. In this way, the second step of this work evaluates the impact that environmental variability effect causes in TVF. Some simulations were redone considering supply voltage and temperature variations in different master-slave D flip-flop topologies configurations. To achieve better results, it is necessary to try to decrease the TVF values to reduce the vulnerability to bit-flips. The propagation delay between two sequential elements and higher clock frequencies collaborates to reduce TVF values. Moreover, all the information can be easily integrated into Electronic Design Automation (EDA) tools to help identifying the most vulnerable master-slave flip-flops before mitigating or replacing them by radiation hardened ones.

Este projeto apresenta o desenvolvimento de um conjunto de algoritmos que objetivam o escalonamento de tarefas em grades móveis, com foco no problema de conectividade e tolerância às falhas. Algoritmos de aprendizado de máquina e algoritmos estocásticos são aplicados na organização de recursos da grade durante o processo de escalonamento de tarefas. Além disso, uma tolerância a falhas foi considerada em conjunto ao algoritmo proposto e o desempenho do algoritmo foi avaliado por meio de simulação. Os resultados mostram que a queda da quantidade de falhas é significativa com a utilização dos algoritmos desenvolvidos, principalmente quando há uma grande quantidade de tarefas e poucos recursos disponíveis. O aumento do tempo de execução é inevitável neste caso, porém é controlável pelas variáveis definidas nos algoritmos. / This project presents the development of a set of algorithms for task scheduling in a mobile grid, focusing on connectivity problem and fault tolerance. Machine learning algorithms and stochastic algorithms are applied to organize the grid resources during the process of task scheduling. In addition, a technique of fault tolerance is considered in conjunction with the proposed algorithm, and the performance of algorithm is evaluated by simulation. The results show a substancial decrease in the failure rate due to the use of developed algorithms, mainly for the case of large amount of tasks with limited resources. The increase in execution time is inevitable in this case, but it is controllable by variables defined in the algorithms.

We propose a way to deal with transient faults in the interconnection network of many-core CMPs that is different from the classic approach of building a fault-tolerant interconnection network. In particular, we provide fault tolerance mechanisms at the level of the cache coherence protocol so that it guarantees the correct execution of programs even when the underlying interconnection network does not deliver all messages correctly. This way, we can take advantage of the different meaning of each message to achieve fault tolerance with lower overhead than at the level of the interconnection network, which has to treat all messages alike with respect to reliability.We design several fault-tolerant cache coherence protocols using these techniques and evaluate them. This evaluation shows that, in absence of faults, our techniques do not increase significantly the execution time of the applications and their major cost is an increase in network traffic due to acknowledgment messages that ensure the reliable transference of ownership between coherence nodes, which are sent out of the critical path of cache misses. In addition, a system using our protocols degrades gracefully when transient faults actually happen and can support fault rates much higher than those expected in the real world with only a small performance degradation. / Se proponen una forma de tratar con los fallos transitorios en la red de interconexión de un CMP con gran número de núcleos que es diferente del enfoque clásico basado en construir una red de interconexión tolerante a fallos. En particular se proporcionan mecanismos de tolerancia a fallos al nivel del protocolo de coherencia. De esta forma, se puede aprovechar el conocimiento que el protocolo tiene sobre el significado de cada mensaje para obtener tolerancia a fallos con menor sobrecarga que en el nivel de red, que tiene que tratar todos los mensajes idénticamente.En la tesis se diseñan y evalúan varios protocolos de coherencia utilizando estas técnicas. Los resultados muestran que, cuando no hay fallos, nuestras técnicas no incrementan significativamente el tiempo de ejecución de las aplicaciones y su mayor coste es un incremento en el tráfico de red. Además, un sistema que use nuestros protocolos soporta tasas de fallos mucho mayores que las esperadas en circunstancias realistas y su rendimiento se degrada gradualmente cuando ocurren los fallos.

La tesis tiene como objetivo analizar el sentido, alcance, límites e implicaciones del enfoque de las capacidades elaborado por Amartya Sen desde el ámbito de la filosofía moral y política. Al indagar por el sentido se busca saber qué es el enfoque de las capacidades y cuáles sus aspectos constitutivos. Al explorar el alcance se examina el aporte que brinda el enfoque frente a otros conceptos centrales de diferentes propuestas normativas para una sociedad libre e igualitaria como renta básica, derechos, necesidades básicas, capital humano, calidad de vida y desarrollo humano. Los límites de la propuesta se elaboran a lo largo del trabajo en diálogo con sus críticos (Rawls, Dworkin, Pogge, Cohen, Nussbaum). Las implicaciones se realizan a través de una discusión entre el enfoque de las capacidades y la ética de la liberación de Enrique Dussel; asimismo entre el enfoque de las capacidades y la ética del consumo elaborada por Adela Cortina, hasta llegar a una nueva aplicación del enfoque: el análisis de la ciudadanía en clave de capacidades. / The objective of this thesis is to analyse the meaning, reach, limits and implications of the capabilities approach elaborated by Amartya Sen in the field of moral and political philosophy. To investigate its meaning, the author examines what the capabilities approach is and its constitutive aspects. In exploring the reach, the contribution of the approach is examined with respect to the central concepts of other proposed requisites for a free and equal society such as minimum salary, rights, basic needs, human capital quality of life and human development. In this work, the limits of the proposal are developed through dialogue with its critics (Rawls, Dworkin, Pogge, Cohen, Nussbaum). The implications are developed through discussion between the capabilities approach and Enrique Dussel's ethics of liberation; as well as between the capabilities approach and the Ethics of consumerism developed by Adela Cortina, arriving at a new application of the approach: the analysis of citizenship in terms of capabilities.

La tesis resume la aportación de la educación para la convivencia en las sociedades plurales y la importancia de formar en los alumnos competencias de tolerancia a través de las prácticas educativas cotidianas. Define un concepto de tolerancia aplicable a la práctica educativa y propone cuatro competencias para su consecución: Dialogar, Reconocer al Otro, Apreciar las diferencias y Participar. Asimismo, se realiza una propuesta de indicadores y pautas de observación para medir las competencias de tolerancia. / This thesis is an overview of the contributions made by education related to coexistence in plural societies and the importance of developing aptitudes of tolerance in students through everyday educational practices. It defines a concept of tolerance applicable to educational practice and proposes four capabilities needed to acquire it: through Dialogue, Recognising others, Appreciating differences and Participating. Additionally, indicators and observation guidelines are proposed in order to measure tolerance aptitudes.

Orientador: Patrícia Ucelli Simioni / Banca: Patricia Pasquali Parise / Banca: Daniela Maira Camargo / Resumo: A quebra da tolerância imunológica a antígenos próprios é um mecanismo gerador comum às respostas imunes deletérias. Várias estratégias têm sido propostas para modular respostas autoimunes, entre as quais se destacam a administração oral de antígenos relacionados à doença, a transferência adotiva de células tolerogênicas e/ou o tratamento com citocinas reguladoras. Nesse contexto, tem sido mostrado que a ingestão de antígenos proteicos presentes na dieta pode gerar efeitos indiretos sobre o sistema imune do hospedeiro, caracterizados pela supressão da resposta imune a proteínas antigenicamente não relacionadas, conhecidos como supressão bystander. O presente projeto teve por objetivo analisar os efeitos indiretos da tolerância oral induzida pela ingestão de ovalbumina (OVA) e a transferência adotiva de células dendríticas isoladas de animais tolerantes a OVA (tDC) na colite induzida por TNBS em camundongos. Os resultados mostraram que o tratamento de camundongos com OVA por via oral, antes ou após a indução da colite e a transferência adotiva de tDC, foram capazes de reduzir sinais da doença, tais como a perda de peso, bem como preservar parcialmente a integridade do tecido colônico, quando comparados aos animais colíticos não tratados com OVA (controles). A supressão bystander relacionada ao consumo de OVA foi associada à expansão da frequência de células T reguladoras (regs) e de células T secretoras de interleucina (IL) -10, possíveis mecanismos de regulação das manifestaç... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The breakdown of immune tolerance to self antigens is a common mechanism for deleterious immune responses. Several interventions have been proposed to modulate autoimmune responses, such as oral administration of disease-related antigens, adoptive transfer of tolerogenic cells and/or treatment with regulatory cytokines. In this context, it has been demonstrated that the ingestion of protein antigens can generate indirect effects on the immune system of the host, characterized by suppression of the immune response to antigenically unrelated proteins, known as bystander suppression. The present project aims to analyze the indirect effects of oral tolerance induced by ovalbumin (OVA) and by adoptive transfer of tolerant dendritic cells (tDC) in TNBS induced colitis in mice. Our results showed that the treatment of oral OVA mice before or after induction of colitis and the adductive transfer of tDC were able to reduce the signs of the disease, such as weight loss, as well as partially preserve the integrity of the Compared to non-OVA treated animals (controls). The bystander suppression related to OVA consumption appears to favor the expansion of regulatory (regs) T and interleukin (IL)-10 secreting T cells responsible for reducing the clinical manifestations of TNBS-induced colitis. On the other hand, DC obtained from OVA-tolerant animals showed increased expression of CD80. Administration of this cells population to colitic animals was able to reduce the clinical and histological signs of colitis, possibly by reducing Th17 cells, reduction of secretion of Il-17 and IL-9 and augment of IL-10 and IL-4. To the best of our knowledge, there are no data in the literature showing the effect of oral tolerance and the adoptive transfer of tDC in the treatment of colitis / Mestre