Os provedores de Computação em Nuvem estão fornecendo diversas instâncias e configurações de Máquinas Virtuais. Entretanto, existe dificuldade quanto à seleção da instância mais adequada para uma determinada aplicação, levando em consideração, por exemplo, o menor tempo de execução. O presente trabalho tem como objetivo determinar os procedimentos para a seleção de uma instância de Máquina Virtual para uma determinada aplicação e também propor uma arquitetura que permita interligar os diferentes provedores de Nuvem. Foram implementadas funcionalidades da arquitetura e também foram aplicados os procedimentos propostos em uma aplicação científica e em instâncias de diferentes provedores de Nuvem. Os principais resultados obtidos foram (a) desenvolvimento da metodologia Caracterização, Seleção e Execução (CSE); (b) demonstração da importância da caracterização e do recurso preponderante da aplicação; (c) avaliação de desempenho do disco em diversas Nuvens; (c) caracterização e avaliação de desempenho da aplicação OpenModeller; e (d) arquitetura de interligação de nuvens públicas e privadas, e implementação de suas principais funcionalidades. Estes resultados mostram que o principal problema de seleção das instâncias pode ser solucionado a partir da caracterização das instâncias e das aplicações. / The Cloud Computing providers are providing several instances and configurations of Virtual Machines. However, there is a difficulty in selecting the instance more adequate for specific application. This study aims to determine the procedures for selecting a Virtual Machine instance for a particular application and also propose an architecture to link the different Cloud providers. Features of the architecture have been implemented and the proposed procedures were applied in scientific applications and in instances of different Cloud providers. The main results were (a) development of Characterization, Selection and Execution (CSE) of methodology; (b) demonstration of the importance application characterization and the preponderant resource; (c) performance characterization and evaluation of OpenModeller application; (d) interconnection architecture of public and private Clouds, and implementation of their main features. These results show that the main instance selection problem can be solved from the instances and applications characterization.

Esta tese de doutorado apresenta investigações, modelos e implementações de um middleware para grades computacionais denominado Grid Anywhere. Essa plataforma tem como objetivo viabilizar a construção de grades computacionais que permitam um maior número de provedores e consumidores de recursos. Para isso, são apresentadas soluções para gerenciamento de segurança, carregamento de aplicações, hospedagem de objetos, execução remota de métodos, desenvolvimento de aplicações e transporte alternativo de mensagens SOAP (utilizando o sistema de televisão digital interativa e encapsulando uma mensagem SOAP dentro de outro documento desse mesmo protocolo). Como aplicações da plataforma foram criadas duas grades computacionais com arquiteturas distintas. A primeira permite que um ambiente de compartilhamento de recursos possa ser utilizado como infraestrutura para prover plataforma como serviço (PaaS) para usuários convencionais (domésticos ou corporativos) em um ambiente de computação em nuvem. A outra arquitetura tem como foco o fortalecimento de grades computacionais desktop por meio da utilização de receptores digitais de TV (set-top box) como provedores de recursos onde a distribuição de objetos e as mensagens SOAP ocorrem por difusão. Os modelos foram validados por meio de testes reais feitos utilizando as respectivas implementações, o que demonstrou que são funcionais. Tais implementações disponibilizam produtos que cooperam com a inovação do desenvolvimento de aplicações para grades computacionais e também para outras categorias de sistemas distribuídos / This PhD thesis presents investigations, models and implementations of a computational grid middleware named Grid Anywhere. This platform aims at allowing the build of computational grid systems, which enable the increase of the number of participants as consumers and resource providers. In order to do this, new solutions are presented to manage security policies, load applications, host objects, execute remote methods, develop application and alternative transport of SOAP messages in a flexible way (using the interactive digital television system and inserting one SOAP message inside another document of this same protocol). As applications of this middleware, two different architectures of computational grids were created. The first one enables an environment to share resources that are used as infrastructure to provide platform as a service (PaaS) in a cloud computing system. The goal of the second architecture is to increase the computational power of desktop computational grid systems using digital television receivers (set-top box) as resource providers, where the distribution of objects and SOAP messages occurs via broadcasting. The models were validated by means of real tests using the respective implementations, which showed that the platform is functional. Such implementations provide software products that help the innovation and development of computational grid applications and also others types of distributed systems

O crescente desenvolvimento de aplicações de alto desempenho é uma realidade presente nos dias atuais. Entretanto, a diversidade de arquiteturas de máquinas, incluindo monoprocessadores e multiprocessadores, clusters com ou sem máquina front-end, variedade de sistemas operacionais e implementações da biblioteca MPI tem aumentado cada dia mais. Tendo em vista este cenário, bibliotecas que proporcionem a integração de diversas implementações MPI, sistemas operacionais e arquiteturas de máquinas são necessárias. Esta tese apresenta o HyMPI, uma implementação da biblioteca MPI voltada para integração, em um mesmo ambiente distribuído de alto desempenho, nós com diferentes arquiteturas, clusters com ou sem máquina front-end, sistemas operacionais e implementações MPI. HyMPI oferece um conjunto de primitivas compatíveis com a especificação MPI, incluindo comunicação ponto a ponto, operações coletivas, inicio e termino, além de outras primitivas utilitárias. / The increasing develpment of high performance applications is a reality on current days. However, the diversity of computer architectures, including mono and multiprocessor machines, clusters with or without front-end node, the variety of operating systems and MPI implementations has growth increasingly. Focused on this scenario, programming libraries that allows integration of several MPI implementations, operating systems and computer architectures are needed. This thesis introduces HyMPI, a MPI implementation aiming integratino, on a distributed high performance system nodes with different architectures, clusters with or without front-end machine, operating systems and MPI implementations. HyMPI offers a set of primitives based on MPI specification, including point-to-point communication, collective operations, startup and finalization and some other utility functions.

Serviços Ambientais - purificação do ar, estabilização do clima, polinização de culturas, etc. - são funções fundamentais na sustentação da vida humana e têm sua importância econômica cada vez mais evidenciada. Para melhor estudar estes Serviços e saber como eles se comportam, são necessárias novas abordagens para disponibilizar, integrar e compartilhar os dados existentes sobre eles. O projeto ViNCES (Virtual Network Center of Ecosystem Services) propõe a utilização de laboratórios acessíveis via internet - weblabs - com foco em Serviços Ambientais a fim de promover uma melhor compreensão destes serviços. Assim, com o objetivo de viabilizar esta proposta, desenvolveu-se uma arquitetura que permite o acesso aos diversos weblabs do projeto de maneira integrada, disponibilizando os dados de experimentos realizados a um maior número de pesquisadores. A arquitetura proposta fundamenta-se no paradigma de Arquitetura Orientada a Serviços e atende a requisitos de acesso centralizado aos weblabs para a realização e recuperação de experimentos de maneira remota. Esta arquitetura aproveita outras pesquisas na área de Ecoinformática, considerando soluções já existentes no projeto SEEK (Science Environment for Ecological Knowledge). Desta maneira, adota o padrão de metadados EML (Ecological Metadata Language) para a transferência e armazenamento de dados dos experimentos, permitindo que os experimentos fiquem disponíveis a outros pesquisadores que utilizem a infra-estrutura do projeto SEEK. / Ecosystem Services - air purification, climate estabilization, crop pollination, etc. - are essential to sustain human life.Their economic importance is becoming more and more recognized. In order to better study these Services and learn about their behaviour, new approaches are needed for making available, integrating and sharing existing data about them. The ViNCES (Virtual Network Center of Ecosystem Services) project proposes the use of remotely accessible laboratories - weblabs - focused on Ecosystem Services to better understanding these services. In this way, an architecture was developed that allows access to project´s weblabs in an integrated way, giving access to collected data for more researchers. The proposed architecture is based on the SOA (Service Oriented Architecture) paradigm and considers requirements of centralized access to laboratories to, in a remote way, make experiments and retrieve gathered data. This architecture considers other related initiatives in the ecoinformatics field, and uses solutions present in the SEEK (Science Environment for Ecological Knowledge) project. In this way, the EML (Ecological Metadata Language) standard was adopted for transporting and storaging experiments data, and allows that these data are available for other researchers that use the SEEK infra-structure.

Com os avanços dos processos da microeletrônica temos dispositivos menores e com maior poder de computação e comunicação. Um Ambiente Pervasivo contém diferentes dispositivos, tais como sensores, atuadores, eletroeletrônicos e dispositivos móveis que interagem com a pessoa de forma natural ao conhecer o contexto. A diversidade de dispositivos e informações do Ambiente Pervasivo introduz um problema de interoperabilidade. Um Ambiente Pervasivo é dinâmico devido à mobilidade do usuário, a variedade de dispositivos. Neste trabalho, é proposto um modelo semântico de contexto para permitir interoperabilidade e fornecer suporte ao dinamismo do Ambiente Pervasivo. O modelo proposto contém características da modelagem de contexto realizadas por trabalhos anteriores, assim como sua integração com a modelagem de preferências das pessoas, políticas de privacidade e serviços. Verificou-se que o modelo de contexto proposto é adequado mediante sua aplicação em um Estudo de Caso e mediante testes realizados. Mostra-se que a modelo de contexto utilizado ontologias e Serviços Web Semânticos permite tratar com informação incompleta e inconsistente, bem como fornece suporte na interoperabilidade e ao dinamismo do Ambiente Pervasivo. / Advances in microelectronic processes have allowed smaller devices with more computation and communication power. Pervasive environment contains different devices like electronic sensor, actuators and mobile devices which interact with the person naturally after the context is known. The device and information diversity introduce an interoperability problem. Pervasive environments are dynamics because of user\'s mobility and a variety of devices. In this work, we propose a context model to allow interoperability and to give support to pervasive environment dynamism. The proposed model contains features of context modeling developed in previous works, as well as, their integration with the modeling of the people\'s preferences, privacy policies and services. It was verified that the context model is appropriate by their application in a Case Study and by accomplished tests. It is shown that the model of context using ontologies and Semantic Web Services allow us to work with inconsistent and incomplete information, as well as gives support to interoperability and dynamism of the Pervasive Environment.

Hermes é um arcabouço para a programação de aplicações P2P. Com ele, pode-se criar diversos tipos de aplicações distribuídas, sem se preocupar com a camada de comunicação. O Hermes não é uma implementação de uma rede de sobreposição P2P, e sim uma camada acima das implementações já existentes. O desenvolvedor da aplicação fica isolado da implementação da rede de sobreposição utilizada. Esse isolamento é feito de forma tal que não há limitações quanto à arquitetura de rede utilizada pela implementação, seja ela centralizada, descentralizada, distribuída estruturada ou distribuída não-estruturada. Entre os serviços oferecidos pelo Hermes estão: troca de mensagens, busca, comunicação em grupo e armazenamento distribuído. Geralmente, no início do desenvolvimento de uma aplicação distribuída, tem-se poucas informações sobre o seu tamanho final ou perfil de utilização. O Hermes possibilita ao desenvolvedor da aplicação adiar, até o momento da efetiva implantação do sistema, a decisão sobre qual arquitetura de rede ou qual implementação de rede de sobreposição são as mais apropriadas para suas necessidades. Possibilita também, quando o perfil de utilização muda com o tempo, a troca da implementação utilizada por uma outra que se adeque mais ao novo perfil sem alterações no código da aplicação. / Hermes is a framework for P2P application programming. Using it, one can create several kinds of distributed applications without worrying about the underlying network. Hermes is not a P2P overlay network implementation, but a shell envolving existing implementations. The application developer is isolated from the implementation of the overlay network in use. This isolation is done in a way that poses no limitations on the network architecture used, which may be centralized, decentralized, structured or unstructured. Amongst the services offered by Hermes are: message exchange, search, group communication, and distributed storage. In the early stages of the development of a distributed application, information as to its final size or utilization profile is often unknown. Hermes gives the application developer the possibility of delaying, until the actual moment of system deployment, the decision as to which network architecture or which overlay network implementation is the most appropriate. It also gives the developer the choice, when utilization profile changes over time, of replacing the network implementation with one more suitable to the application needs, without changes on the application code.

Este trabalho apresenta uma ferramenta denominada FAGAC que se destina à administração e gerência de aglomerados de computadores, através de uma interface Web. A ferramenta tem a característica de ser pouco intrusiva no ambiente, ou seja, consumir poucos recursos computacionais a fim de não causar atrasos na execução dos serviços e processos do sistema. Inclui também funcionalidades que geram informações para o cliente ou administrador do sistema, a respeito do estado de ocupação de memória e de CPU, monitoramento do estado da carga de cada computador, tráfego gerado na rede, espaços em disco, informações de hardware e configurações do sistema. A validação da ferramenta foi feita por meio de experimentos comparativos das cinco principais funcionalidades comuns entre o FAGAC e o Ganglia, mostrando melhores resultados nas cinco funcionalidades, e que FAGAC é menos intrusivo que o Ganglia. / This research presents a tool named FAGAC for cluster management and administration of agglomerated of computers, through a web interface. This tool has the characteristic of being little intrusive in the environment, what means that it should consume a little computational resource in order to not delay the services and processes in execution at the system. The tool has functions to inform the customer or system administrator about the status of memory and CPU occupation, monitorating the load of each computer, the traffic generated in the net, disk space, hardware informations and configurations of the system. It was validated by comparing the results of the experiments from the main similar functions between FAGAC and Ganglia, showing best results for five functions tested, and that FAGAC is less intrusive than Ganglia.

A busca por documentos relevantes ao usuário é um problema que se torna mais custoso conforme as bases de conhecimento crescem em seu ritmo acelerado. Este problema passou a resolvido por sistemas distribuídos, devido a sua escalabilidade e tolerância a falhas. O desenvolvimento de sistemas voltados a estas enormes bases de conhecimento -- e a maior de todas, a Internet -- é uma indústria que movimenta bilhões de dólares por ano no mundo inteiro e criou gigantes. Neste trabalho, são apresentadas e discutidas estruturas de dados e arquiteturas distribuídas que tratem o problema de indexar e buscar grandes coleções de documentos em sistemas distribuídos, alcançando grande desempenho e escalabilidade. Serão também discutidos alguns dos grandes sistemas de busca da atualidade, como o Google e o Apache Solr, além do planejamento de uma grande aplicação com protótipo em desenvolvimento. Um projeto próprio de sistema de busca distribuído foi implementado, baseado no Lucene, com idéias coletadas noutros trabalhos e outras novas. Em nossos experimentos, o sistema distribuído desenvolvido neste trabalho superou o Apache Solr com um vazão 37,4\\% superior e mostrou números muito superiores a soluções não-distribuídas em hardware de custo muito superior ao nosso cluster. / The search for relevant documents for the final user is a problem that becomes more expensive as the databases grown faster. The solution was brought by distributed systems, because of its scalability and fail tolerance. The development of systems focused on enormous databases -- including the World Wide Web -- is an industry that involves billions of dollars in the world and had created giants. In this work, will be presented and discussed data structures and distributed architectures related to the indexes and searching in great document collections in distributed systems, reaching high performance and scalability. We will also discuss some of the biggest search engines, such as Google e Apache Solr, and the planning of an application with a developing prototype. At last, a new project of a distributed searching system will be presented and implemented, based on Lucene, with ideas from other works and new ideas of our own. On our tests, the system developed in this work had throughput 37.4\\% higher than Apache Solr and revealed higher performance than non-distributed solutions in a hardware more expensive than our cluster.

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É o trabalho de um middleware organizar as atividades de seus diferentes elementos componentes de maneira a operar sincronamente com a execução de uma aplicação. O resultado deste trabalho deve ser transparente para quem interage com o sistema, percebendo-o como um único bloco coeso e sincronizado, orquestrado por um agente principal. Este é o objeto deste trabalho, a especificação de um middleware e seus componentes internos indicando suas principais características e funcionalidades e também sua operação na execução de uma aplicação distribuída. Também foi levado em consideração os novos ambientes nos quais as aplicações distribuídas estão inseridas tais como a diversidade de dispositivos gerenciados pelos usuários, a necessidade de constantes mudanças no sistema, o uso de novas tecnologias no desenvolvimento de software e a necessidade de definições de sistemas abertos. Para a especificação deste middleware, foi utilizado o modelo de referência Open Distributed Processing (ODP) da ISO/IEC que permite que um sistema seja visualizado em cinco pontos de vista distintos. Ao final o sistema é especificado utilizando a tecnologia de componentes de software, ilustrando seu uso numa aplicação comercial. / It’s the job of a middleware to organize the activities of its different component elements as to operate in synchrony with the execution of an application. The result of this work should be transparent to whom interact with the system, perceiving it as a single synchronized and cohered block, orchestrated by a master agent. This is the subject of this work, the specification of a middleware and its internal components indicating its major characteristics and functionalities and also its operation in the execution of distributed applications. It was also taken into account the new environment in which the distributed applications are inserted such as the diversity of devices managed by the users, the necessity for constant system changing, the use of new technologies in software development and the necessity for definition of open systems. For the specification of this middleware, it was used the reference model of Open Distributed Processing (ODP) from ISO/IEC that allows a system to be visualized by five different points of view. By the end the system is specified using the technology of component software, illustrating its use through commercial component software.