Les systèmes de fichiers géo-distribués souffrent de latences élevées et de partitions réseau. À cause de cela, et pour assurer une haute disponibilité, de tels systèmes effectuent généralement des mises à jour localement, sans latence, et les propagent ensuite en arrière-plan. Cette réplication optimiste est confrontée à deux défis majeurs : (i) détecter les conflits entre les mises à jour simultanées et les résoudre d'une manière significative pour les utilisateurs, tout en maintenant les invariants d'intégrité du système; et (ii) la prise en charge d'applications qui n'ont pas été conçues pour gérer les anomalies de concurrence. Les systèmes de fichiers géo-distribués optimistes existants ne permettent pas de relever ces défis. Par exemple, Dropbox ne supporte pas les liens matériels. Le système de fichiers AndrewFS échoue sur certains changements de noms de répertoires; et tous les systèmes existants utilisent la résolution automatique des conflits qui viole la sémantique POSIX. Nous présentons notre solution aux problèmes posés ci-dessus dans la conception et la mise en œuvre d'un prototype de système de fichiers géo-distribué, nommé Tofu. Sa conception inclut une nouvelle abstraction de session pour prendre en charge l'API, tout en permettant des mises à jour optimistes. Il est capable de détecter tous les conflits sur ces structures de données et de les résoudre d'une façon que nous pensons que les utilisateurs trouveront raisonnable. Les expériences montrent que Tofu est hautement évolutif et qu'il entraîne des surcoûts linéaires, améliorant ainsi les systèmes académiques et industriels existants. / Geo-distributed file systems suffer from high latency and network partitions. Because of this, and to ensure high availability, such systems typically commit updates locally, with no latency, and propagate them in the background. Such optimistic replication faces two major challenges: (i) detecting conflicts between concurrent updates and resolving them in a way meaningful for users, while maintaining system integrity invariants; and (ii) supporting legacy applications that are not prepared to deal with concurrency anomalies. Existing optimistic geo-distributed file systems fall short of addressing the challenges. For instance, Dropbox does not support hard links; Andrew File System fails on some concurrent renaming of directories; and all existing systems use automatic conflict resolution that violates the legacy POSIX semantics. We present our solution to the above problems in the design and implementation of a prototype geo-distributed file system, named Tofu. Its design includes a new session abstraction to support the legacy API, while allowing optimistic updates. Unlike previous approaches, our solution is based on a formal model covering all aspects of a Unix-like file system, including directories, inodes, hard links, etc. It is able to detect all conflicts on those data structures, and resolves them in a way that we believe users will find generally reasonable. Experiments show that Tofu is highly scalable, and incurs linear overhead, improving over existing academic and industrial systems.

Collaboration drives our world and is almost unavoidable in the programming industry. From higher education to the top technological companies, people are working together to drive discovery and innovation. Software engineers must work with their peers to accomplish goals daily in their workplace. When working with others there are a variety of tools to choose from such as Google Docs, Google Colab and Overleaf. Each of the aforementioned collaborative tools utilizes the Operational Transform (OT) technique in order to implement their real time collaboration functionality. Operational transform is the technique seen amongst most if not all major collaborative tools in our industry today. However, there is another way of implementing real time collaboration through a data structure called Conflict-free Replicated Data Type (CRDT) which has made claims of superiority over OT. Previous studies have taken place with the focus on comparing the theory behind OT and CRDT's, but as far as we know, there have not been studies which compare real time collaboration performance using an OT implementation versus a CRDT implementation in a popularly used product such as Google Docs or Overleaf. Our work will focus on comparing OT and CRDT's real time collaborative performance in Overleaf, an academic authorship tool, which allows for easy collaboration on academic and professional papers. Overleaf's current published version implements real time collaboration using operational transform. This thesis will contribute an analysis of the current real time collaboration performance of operational transform in Overleaf, an implementation of CRDT's for real time collaboration in Overleaf and an analysis of the performance of real time collaboration through the CRDT implementation in Overleaf. This thesis describes the main advantages and disadvantages of OT vs CRDTs, as well as, to our knowledge, the first results of a non-theoretical attempt at implementing CRDTs for handling document edits in a collaborative environment which was originally operating using an OT implementation.

Les éditeurs collaboratifs permettent à des utilisateurs éloignés de collaborer à une tâche commune qui va de l'utilisation d'un agenda partagé à la réalisation de logiciels. Ce concept est né avec SCCS en1972 et connait un engouement récent (ex: Wikipedia). L'absence de centralisation et l'asynchronisme sont des aspects essentiels de cette approche qui relève d'un modèle pair-à-pair (P2P).  D'un autre côté,le format XML est devenu une référence pour la manipulation et l'échange de documents. Notre travail vise à la réalisation d'un éditeur collaboratif P2P pour l'édition de documents semi-structurés qui sont une abstraction du format XML.  Le problème est difficile et de nombreuses propositions se sont révélées erronées ou ne passant pas à l'échelle. Nous rappelons les concepts et l'état de l'art sur l'édition collaborative, les modèles centralisés et le P2P.  Ensuite, nous explorons deux approches différentes : les transformées opérationnelles et le CRDT (Commutative Replicated Data Type) avec différentes structures de données arborescentes. L'objectif est de réaliser les opérations de base (ajout, suppression et ré-étiquetage) tout en garantissant la convergence du processus d'édition. Nous proposons un algorithme générique pour l'approche CRDT basée sur une notion d'indépendance dans la structure de données.  Nous avons étendu nos travaux afin de réaliser l'opération de déplacement d'un sous-arbre et de prendre en compte le typage XML. Peu de travaux abordent ces deux points qui sont très utiles pour l'édition de documents. Finalement, nous donnons les résultats expérimentaux obtenus avec un prototype permettant de valider notre approche. / Collaborative editors allow different users to work together on a common task. Such tasks range from using a shared calendar to realizing software programmed by users located at distant sites. This concept was invented in 1972 with SCCS. In the last years, this paradigm became popular (ex. Wikipedia). Decentralization and asynchronicity are essential in this approach, leading to peer-to-peer (P2P) models. Meanwhile, the XML format has arrived as the de facto standard for editing and exchanging documents. Our work aims at defining a collaborative editor for semi-structured documents, which provide an abstraction of the XML format. The problem is difficult since many previous approaches are flawed or not scalable. Firstly,we describe the basic concepts on collaborative edition and network models and we give the state of the art of this topic. Then, we investigate two different approaches : the operational transformation(OT) approach and the Commutative Replicated Data Type (CRDT) approach for different (tree-like) data structures. Our goal is to ensure the convergence of the editing process with the basic operations (Add, Deland rename a node. We have proposed a new generic algorithm based on semantic independence in data structure for CRDT approach. We have extended our results by dealing with the operation that moves a subtree and with XML schema compliance. Few works have been devoted to these extensions which are useful in collaborative edition. Finally, we provide experimental results obtained from our implementation that validate our approach.

This thesis compares different approaches of creating a collaborative editing application using different methods such as OT, CRDT and Locking. After a comparison between these methods an implementation based on CRDT was done. The implementation of a collaborative graphical network was made such that consistency is guaranteed. The implementation uses the 2P2P-Graph which was extended in order to support moving of nodes, and uses the client-server communication model. An evaluation of the implementation was made by creating a time-complexity and a space complexity analysis. The result of the thesis includes a comparison between different methods and by an evaluation of the Extended 2P2P-Graph.

The thesis deals with the design and implementation of the application framework for the creation of collaborative web editors that enable peer-to-peer collaboration in real time. The thesis summarizes existing approaches for data replication, from which M. Kleppmann's CRDT (conflict-free replicated data type) for JSON is chosen as the most suitable. Using the resulting framework, the created content can be safely shared in groups of peers, where each member can be assigned different permissions. Own communication protocols based on WebRTC, WebSocket and WebCrypto are designed and implemented for P2P connection establishment and subsequent communication. The framework allows to resolve conflicts and work independently without an Internet connection. For a consistent user experience, the library includes a set of user interface elements for managing friends, groups, and other common tasks. The framework is implemented using functional design patterns implemented in the ReasonML language. The functionality of the result is verified by creating an example application of the mind map editor.

Modeling is an essential discipline that is especially important in the field of software engineering. Students and developers alike employ models to describe systems on an abstract level, capture requirements, and communicate with other teams. For that purpose, UML diagrams are usually the instrument of choice. Over the course of the last decade, mobile devices increased in prevalence and popularity and flexible work arrangements were introduced in a larger number of workplaces. Effective collaboration is more important than ever. However, the tools have not kept up with these developments. There exists no semantics-aware mobile modeling application that supports collaboration in real time, a gap in the market. This thesis investigates existing applications in the mobile modeling space and their shortcomings, technologies for developing cross-platform apps, and methodologies for facilitating conflict-free collaboration. Based on the findings, it conceptualizes and implements CoMod, a proof of concept allowing users to collaboratively edit UML class diagrams in real time. The system consists of a Flutter-based client application for Android and iOS and a Node.js-based server executable. These components utilize conflict-free replicated data types (CRDTs) to merge participants' changes and communicate via WebSocket connections. Moreover, CoMod's feasibility is evaluated by means of a case study investigating the system's scalability and performance characteristics. It has been shown that CoMod is able to handle common use cases arising in software engineering teams or group projects at university. It is further kept sufficiently general to allow other types of models to be supported without having to alter the entire system.:1 Introduction 1.1 Requirements 1.2 Problem Description 1.3 Objectives 1.4 Structure 2 Background 2.1 Software Modeling 2.1.1 Unified Modeling Language 2.2 Cross-Platform Application Development 2.2.1 Web Apps 2.2.2 Hybrid Apps 2.2.3 Native cross-platform apps 2.2.4 Summary 2.3 Real-Time Collaboration 2.3.1 Conflict-Free Replicated Data Types (CRDTs) 2.3.2 Operational Transformation 3 Related Work 3.1 Astah UML 3.2 Lucidchart 3.3 System Designer 3.4 Summary 4 Concept 4.1 Objectives 4.2 User Interface 4.3 Data Model 4.4 Collaboration 4.4.1 Conflict handling 4.4.2 System architecture 4.4.3 Client-server communication 4.5 Summary 5 Solution 5.1 Client 5.1.1 Walkthrough 5.1.2 Data model 5.1.3 JavaScript subsystem 5.1.4 Dependencies 5.2 Server 5.2.1 Dependencies 5.3 Collaboration 5.3.1 Client-server communication 5.3.2 Client data flow 5.4 Testing 5.4.1 Unit tests 5.4.2 Integration tests 5.4.3 End-to-end tests 5.5 Extensibility 6 Evaluation 6.1 Case Study 6.2 Technical Analysis 6.2.1 Test data generator 6.2.2 Client analysis 6.2.3 Server analysis 6.3 Threats to Validity 7 Conclusion 7.1 Fulfillment of Objectives 7.2 Future Work Acronyms Bibliography

In today's connected society, where it is common to have several connected devices per capita, it is more important than ever that the data you need is omnipresent, i.e. its available when you need it, no matter where you are. We identify one key technology and platform that could be the future—peer-to-peer communication and the Web. Unfortunately, guaranteeing consistency and availability between users in a peer-to-peer network, where network partitions are bound to happen, can be a challenging problem to solve. To solve these problems, we turned to a promising category of data types called CRDTs—Conflict Free Replicated Data Types. By following the scientific tradition of reproduction, we build upon previous research of a CRDT framework, and adjust it work in a peer-to-peer Web environment, i.e. it runs on a Web browser. CRDTs makes use of meta-data to ensure consistency, and it is imperative to remove this meta-data once it no longer has any use—if not, memory usage grows unboundedly making the CRDT impractical for real-world use. There are different garbage collection techniques that can be applied to remove this meta-data. To investigate whether the CRDT framework and the different garbage collection techniques are suitable for the Web, we try to reproduce previous findings by running our implementation through a series of benchmarks. We test whether our implementation works correctly on the Web, as well as comparing the memory efficiency between different garbage collection techniques. In doing this, we also proved the correctness of one of these techniques. The results from our experiments showed that the CRDT framework was well-adjusted to the Web environment and worked correctly. However, while we could observe similar behaviour between different garbage collection techniques as previous research, we achieved lower relative memory savings than expected. An additional insight was that for long-running systems that often reset its shared state, it might be more efficient to not apply any garbage collection technique at all. There is still much work to be done to allow for omnipresent data on the Web, but we believe that this research contains two main takeaways. The first is that the general CRDT framework is well-suited for the Web and that it in practice might be more efficient to choose different garbage collection techniques, depending on your use-case. The second take-away is that by reproducing previous research, we can still advance the current state of the field and generate novel knowledge—indeed, by combining previous ideas in a novel environment, we are now one step closer to a future with omnipresent data. / I dagens samhälle är vi mer uppkopplade än någonsin. Tack vare det faktum att vi nu ofta har fler än en uppkopplad enhet per person, så är det viktigare än någonsin att ens data är tillgänglig på alla ens enheter–oavsett vart en befinner sig. Två tekniker som kan möjliggöra denna ``allnärvaro'' av data är Webben, alltså kod som körs på en Webbläsare, tillsammans med peer-to-peer-kommunikation; men att säkerställa att distribuerad data både är tillgänglig och likadan för alla enheter är svårt, speciellt när enhetens internetanslutning kan brytas när som helst. Conflict-free replicated data-types (CRDT:er) är en lovande klass av datatyper som löser just dessa typer av problem i distribuerade system; genom att använda sig av meta-data, så kan CRDT:er fortsätta fungera trots att internetanslutningen brutits. Dessutom är de garanterade att konvergera till samma sluttillstånd när anslutningen upprättas igen. Däremot lider CRDT:er av ett speciellt problem–denna meta-data tar upp mycket minne trots att den inte har någon användning efter en stund. För att göra datatypen mer minneseffektiv så kan meta-datan rensas bort i en process som kallas för skräpsamling. Vår idé var därför att reproducera tidigare forskning om ett ramverk för CRDT:er och försöka anpassa denna till att fungera på Webben. Vi reproducerar dessutom olika metoder för skräpsamling för att undersöka om de, för det första fungerar på Webben, och för det andra är lika effektiv i denna nya miljö som den tidigare forskningen pekar på. Resultaten från våra experiment visade att CRDT-ramverket och dess olika skräpsamlingsmetoder kunde anpassas till att fungera på Webben. Däremot så noterade vi något högre relativ minnesanvändning än vad vi har förväntat oss, trots att beteendet i stort var detsamma som den tidigare forskningen. En ytterligare upptäckt vad att i vissa specifika fall så kan det vara mer effektivt att inte applicera någon skräpsamling alls. Trots att det är mycket arbete kvar för att använder CRDT:er peer-to-peer på Webben för att möjliggöra ``allnärvarande'' data, så innehåller denna uppsats två huvudsakliga punkter. För det första så fungerar det att anpassa CRDT-ramverket och dess olika skräpsamlingsmetoder till Webben, men ibland är det faktiskt bättre att inte applicera någon skräpsamling alls. För det andra så visas vikten av att reproducera tidigare forskning–inte bara visar uppsatsen att tidigare CRDT-forskning kan appliceras i andra miljöer, dessutom kan ny kunskap hämtas ur en sådan reproducering.

Cette thèse vise à développer des stratégies permettant d'augmenter la puissance du calcul séquentiel et des systèmes distribués, elle traite en particulier, la décomposition séquentielle des opérations ainsi que des systèmes d'édition collaboratifs décentralisés. La croissance rapide de l'utilisation des nouvelles technologies informatiques résulte de la nécessité d'avoir des performances élevées, dans tout domaine lié au calcul informatique. Une telle quête de performances a abouti à une plus grande complexité dans les architectures informatiques, conduisant à un stress non négligeable dans la technologie des compilateurs. De puissants microprocesseurs se trouvent au cœur de toute machine informatique, allant des serveurs et ordinateurs personnels, aux ordinateurs portables, jusqu'aux téléphones cellulaires " iPhone ". En effet, l'augmentation incessante des performances constitue un défi permanent dans les sciences informatiques. Par ailleurs, le développement rapide des réseaux informatiques a conduit à un progrès vers une édition collaborative en temps réel (RCE). Cette dernière permet à des groupes d'utilisateurs l'édition simultanée de documents partagés résidant dans des sites physiques dispersés, mais interconnectés par un réseau informatique. Dans de tels systèmes distribués, les conflits liés aux communications sont un défi à relever. De ce fait, la communication indexée devient une nécessité absolue. Nous introduisons, une méthode d'indexage avec précision contrôlée. Celle-ci permet la génération d'identifiants uniques utilisés dans l'indexage des communications dans les systèmes distribués, plus particulièrement dans les systèmes d'édition collaboratifs décentralisés. Ces identifiants sont des nombres réels avec un motif de précision contrôlé. Un ensemble fini d'identifiants est conservé pour permettre le calcul de cardinalités locales et globales. Cette propriété joue un rôle prépondérant dans la gestion des communications indexées. De plus, d'autres propriétés incluant la préservation de l'ordre sont observées. La méthode d'indexage a été testée et vérifiée avec succès. Ceci a permis la conception d'un système d'édition collaboratif décentralisé. Aussi, nous explorons les stratégies existantes, relatives a la décomposition séquentielle d'opérations, que nous étendons à de nouvelles stratégies. Ces stratégies mènent à une optimisation (processeur, compilateur, mémoire, code). Ces styles de décomposition portent un intérêt majeur à la communauté scientifique. Des recherches et des implémentations de plus en plus rapides résultent de la conception d'unité arithmétique.

Les éditeurs collaboratifs permettent à des utilisateurs éloignés de collaborer à une tâche commune qui va de l'utilisation d'un agenda partagé à la réalisation de logiciels. Ce concept est né avec SCCS en 1972 et connait un engouement récent (ex: Wikipedia). L'absence de centralisation et l'asynchronisme sont des aspects essentiels de cette approche qui relève d'un modèle pair-à-pair (P2P). D'un autre côté, le format XML est devenu une référence pour la manipulation et l'échange de documents. Notre travail vise à la réalisation d'un éditeur collaboratif P2P pour l'édition de documents semi-structurés qui sont une abstraction du format XML. Le problème est difficile et de nombreuses propositions se sont révélées erronées ou ne passant pas à l'échelle. Nous rappelons les concepts et l'état de l'art sur l'édition collaborative, les modèles centralisés et le P2P. Ensuite, nous explorons deux approches différentes : les transformées opérationnelles et le CRDT (Commutative Replicated Data Type) avec différentes structures de données arborescentes. L'objectif est de réaliser les opérations de base (ajout, suppression et ré-étiquetage) tout en garantissant la convergence du processus d'édition. Nous proposons un algorithme générique pour l'approche CRDT basée sur une notion d'indépendance dans la structure de données. Nous avons étendu nos travaux afin de réaliser l'opération de déplacement d'un sous-arbre et de prendre en compte le typage XML. Peu de travaux abordent ces deux points qui sont très utiles pour l'édition de documents. Finalement, nous donnons les résultats expérimentaux obtenus avec un prototype permettant de valider notre approche.

This work deals with electronic document management systems (EDMS) from the perspective of selected knowledge areas of project management processes. The aim of this thesis was to create an EDM system based on an appropriately selected EDM model, which would assist in the management of documents that arise during management processes in selected areas of project management (quality, human resources and communication within the project) with the possibility of extending to other knowledge areas.