The impressive technological evolution observed in the last years has as its main engine the computer. Among many possible applications for this notable machine, the Embedded Computer Systems (ECS) are of great relevance. The number of critical ECS, i.e., whose failure results in catastrophic consequences in terms of human or material lost, also grows dramatically, and opens a new horizon of hazards. Hence, studies in the field of critical ECS become more important. Among the strategies for the development of such systems, this work will deal with fault tolerance. More specifically, software techniques for detection of faults that arise due to external factors of software design errors will be studied. Such techniques are named assertions. It will be proposed an activities workflow that considers the process of software development for a critical ECS based on system models. This approach, called model-based design, is a tendency in the embedded software world, because it brings many benefits, such as reduction of development time, ease of understading and maintaining the design and high degree of reuse. A hypothetical system will be developed according to this approach and different assertions types will be tested and compared. The quality of the assertion set will be measured through a set of metrics, and fault injection at the model level will be applied for this evaluation.

A detecção de falhas em uma plataforma distribuída é um componente essencial para uma grande quantidade de estratégias de tolerância a falhas, como a restauração do estado das aplicações distribuídas através de checkpointing e message logging. Porém, esta detecção frequentemente depende da comunicação confiável entre os nós de processamento e os módulos de detecção de falhas. Em grades computacionais hierárquicas com limitações de conectividade, a comunicação direta entre nós e módulos de detecção é muitas vezes impossível. Outro fator que dificulta a detecção de falhas em grades computacionais é a localização geograficamente esparsa entre as instituições e os recursos computacionais disponíveis na grade e a consequente utilização de redes de longa distância para os conectar. Esta dissertação apresenta uma arquitetura para a detecção de falhas em plataformas distribuídas otimizada para o funcionamento em grades computacionais hierárquicas, levando suas limitações e requisitos em consideração. A arquitetura, denominada GFDA (Grid Fault Detection Architecture), é estruturada em módulos de detecção das falhas que afetam nós computacionais disponibilizados na grade, módulos de detecção de falhas das aplicações distribuídas, e módulos de coleção, processamento e encaminhamento das notificações de falha e recuperação emitidas pelos módulos de detecção. Detalhes da implementação e da verificação do funcionamento correto da arquitetura são apresentados, bem como resultados obtidos através da execução de componentes da arquitetura em um cluster de computadores simulado através de máquinas virtuais. São propostas técnicas para a otimização da qualidade de serviço de detecção de falhas. Os resultados obtidos com a utilização destas técnicas são comparados com resultados obtidos com abordagens tradicionais. Observa-se que as técnicas implementadas na arquitetura GFDA para o processamento de notificações de falha e recuperação e a introdução de redundância nas mensagens trocadas entre os módulos de detecção de falhas traz resultados positivos em condições adversas de conectividade. Conclui-se que a arquitetura GFDA contribui para o estabelecimento de uma solução viável para a detecção de falhas em uma grade computacional hierárquica em que há restrições de conectividade entre os nós computacionais. / In distributed platforms, fault detection is an essential requirement to a wide range of fault tolerance techniques, such as restoring the state of distributed applications with checkpointing and message logging. However, fault detection often depends on reliable communication between the processing nodes and detection fault modules. Direct communication between the nodes and detection modules is often impossible in hierarchical grid computing platforms. The physical distance between the institutions and resources available on the grid, and thus the requirement of long distance networks connecting them, is another factor that makes direct fault detection in computer grids a challenge. This thesis presents a fault detection architecture for distributed platforms, optimized for usage in hierarchical grids and thus taking into account its restrictions and requirements. The architecture, named GFDA (Grid Fault Detection Architecture), is structured as fault detection modules for faults that affect the computing nodes available on the grid, detection modules for faults that affect the distributed applications, and modules that perform the collection, processing and forwarding of the fault and recovery notifications generated by the detection modules. This thesis presents implementation details, an evaluation of the correctness of the designed architecture, and results obtained through the deployment of parts of the architecture in a simulated cluster that uses virtual machines to simulate computing nodes. Techniques to optimize the quality of the detection fault service are proposed. The results obtained through the usage of such techniques are compared to the results obtained through traditional approaches. Positive results were extracted even under adverse connectivity conditions by using techniques such as the processing of fault and recovery notifications and the introduction of redundant information in the messages exchanged between the detection modules. It is concluded that the GFDA architecture contributes to the establishment of a viable solution for fault detection in a hierarchical grid computing platform that presents connectivity restrictions between the nodes.

A detecção de falhas em uma plataforma distribuída é um componente essencial para uma grande quantidade de estratégias de tolerância a falhas, como a restauração do estado das aplicações distribuídas através de checkpointing e message logging. Porém, esta detecção frequentemente depende da comunicação confiável entre os nós de processamento e os módulos de detecção de falhas. Em grades computacionais hierárquicas com limitações de conectividade, a comunicação direta entre nós e módulos de detecção é muitas vezes impossível. Outro fator que dificulta a detecção de falhas em grades computacionais é a localização geograficamente esparsa entre as instituições e os recursos computacionais disponíveis na grade e a consequente utilização de redes de longa distância para os conectar. Esta dissertação apresenta uma arquitetura para a detecção de falhas em plataformas distribuídas otimizada para o funcionamento em grades computacionais hierárquicas, levando suas limitações e requisitos em consideração. A arquitetura, denominada GFDA (Grid Fault Detection Architecture), é estruturada em módulos de detecção das falhas que afetam nós computacionais disponibilizados na grade, módulos de detecção de falhas das aplicações distribuídas, e módulos de coleção, processamento e encaminhamento das notificações de falha e recuperação emitidas pelos módulos de detecção. Detalhes da implementação e da verificação do funcionamento correto da arquitetura são apresentados, bem como resultados obtidos através da execução de componentes da arquitetura em um cluster de computadores simulado através de máquinas virtuais. São propostas técnicas para a otimização da qualidade de serviço de detecção de falhas. Os resultados obtidos com a utilização destas técnicas são comparados com resultados obtidos com abordagens tradicionais. Observa-se que as técnicas implementadas na arquitetura GFDA para o processamento de notificações de falha e recuperação e a introdução de redundância nas mensagens trocadas entre os módulos de detecção de falhas traz resultados positivos em condições adversas de conectividade. Conclui-se que a arquitetura GFDA contribui para o estabelecimento de uma solução viável para a detecção de falhas em uma grade computacional hierárquica em que há restrições de conectividade entre os nós computacionais. / In distributed platforms, fault detection is an essential requirement to a wide range of fault tolerance techniques, such as restoring the state of distributed applications with checkpointing and message logging. However, fault detection often depends on reliable communication between the processing nodes and detection fault modules. Direct communication between the nodes and detection modules is often impossible in hierarchical grid computing platforms. The physical distance between the institutions and resources available on the grid, and thus the requirement of long distance networks connecting them, is another factor that makes direct fault detection in computer grids a challenge. This thesis presents a fault detection architecture for distributed platforms, optimized for usage in hierarchical grids and thus taking into account its restrictions and requirements. The architecture, named GFDA (Grid Fault Detection Architecture), is structured as fault detection modules for faults that affect the computing nodes available on the grid, detection modules for faults that affect the distributed applications, and modules that perform the collection, processing and forwarding of the fault and recovery notifications generated by the detection modules. This thesis presents implementation details, an evaluation of the correctness of the designed architecture, and results obtained through the deployment of parts of the architecture in a simulated cluster that uses virtual machines to simulate computing nodes. Techniques to optimize the quality of the detection fault service are proposed. The results obtained through the usage of such techniques are compared to the results obtained through traditional approaches. Positive results were extracted even under adverse connectivity conditions by using techniques such as the processing of fault and recovery notifications and the introduction of redundant information in the messages exchanged between the detection modules. It is concluded that the GFDA architecture contributes to the establishment of a viable solution for fault detection in a hierarchical grid computing platform that presents connectivity restrictions between the nodes.

Os sistemas paralelos são importantes pois permitem concentrar recursos computacionais como processadores, memórias e dispositivos de E/S para solucionar problemas computacionais que necessitam de uma grande quantidade destes mesmos recursos e em um tempo de execução aceitável. Tradicionalmente, o tempo, a capacidade e o custo do processamento para se resolver estes problemas computacionais utilizando-se aplicações seqüênciais podem ser proibitivos e isto acaba criando um contexto propício para se utilizar aplicações paralelas. Em razão de ser composto por muitas partes, um sistema distribuído está sujeito a falhas em seu subsistema de comunicação, em seus processadores, em suas aplicações entre outros componentes. Desta maneira, as aplicações paralelas, ao utilizarem os sistemas distribuídos, têm suas partes executadas em paralelo pelos recursos distribuídos. Em razão de cada um destes recursos ser um possível ponto de falha, as aplicações paralelas acabam por tornarem-se mais susceptíveis à ocorrência de falhas e, conseqüentemente, à interrupção de suas execuções. Quando estas aplicações paralelas são interrompidas, todo o processamento realizado e o tempo gasto para tal são desperdiçados, pois as aplicações devem ser reinicializadas. Para minimizar estes desperdícios de tempo e processamento é apresentado neste trabalho um ambiente de monitoramento e execução que fornece mecanismos para se detectar falhas da classe fail stop em aplicações paralelas executas em ambientes distribuídos ou centralizados. O ambiente em questão é denominado de AMTF (Ambiente de Monitoramento Tolerante a Falhas). O ambiente AMTF utiliza as técnicas de checkpointing/restart para armazenar e recuperar os estados dos processos e de heartbeat para verificar a continuidade de execução destes mesmos processos. Juntamente com o ambiente AMTF é disponibilizada uma biblioteca a ser utilizada pelo desenvolvedor de aplicações paralelas, sendo que a mesma oferece a liberdade de se indicar no código-fonte da aplicação o ponto e o momento que se deseja que o contexto da aplicação seja armazenado para uma possível recuperação além de sua periodicidade para os registros automáticos.

Apresentamos um mapeamento geológico de semi-detalhe de uma área que envolve parte do Falhamento Transcorrente de Jacutinga. Na área investigada aparecem rochas referíveis aos ciclos Transamazônicos e Brasiliano. São freqüentes os fenômenos de feldspatização e remigmatização nas rochas da região. O Falhamento Transcorrente de Jacutinga separa dois Blocos Tectônicos (Pinhal e Jundiaí) com litologias bastante diferentes. A zona de falha foi estudada detalhadamente visando estabelecer os efeitos do metamorfismo cataclásico registrado nas rochas afetadas visando estabelecer os efeitos do metamorfismo cataclásico registrado nas rochas afetadas pelos fenômenos tectônicos. É mostrada a evolução do metamorfismo através do exame de rochas coletadas transversalmente à zona de felhamento / Not available.

Devido à natureza onipresente das falhas de serviço e suas consequências nocivas, é importante compreender como os clientes reagem a elas. Esta tese de doutorado explora algumas das reações cognitivas, emocionais e comportamentais dos clientes em relação a falhas de serviço. De maneira mais específica, a tese investiga atribuições causais, avaliações e controle percebido dos clientes como reações cognitivas, assim como uma ampla variedade de reações emocionais (p.ex., arrependimento, raiva, decepção, etc.) e comportamentais (p.ex., troca, reclamação, boca-a-boca negativo, entre outros). Esta tese apresenta três diferentes pesquisas dentro do escopo de reações do cliente a falhas de serviço. A primeira pesquisa traz o modelo temporal de controle percebido da psicologia para a área de serviços e compara o seu poder de explicar reações emocionais e comportamentais do cliente com o poder explanatório dos modelos de atribuição e de avaliação amplamente utilizados. Três surveys e um experimento são realizados. Os resultados mostram que, para algumas reações dos clientes (p.ex., arrependimento e troca), o modelo temporal de controle percebido tem poder explanatório superior ao poder dos modelos de atribuição causal e de avaliação tradicionalmente utilizados. Esta pesquisa também demonstra que o modelo temporal de controle percebido pode ser combinado aos modelos de atribuição causal e de avaliação para atingir maior poder explanatório. A segunda pesquisa investiga se falhas em serviços coproduzidos levam a uma atribuição causal mais interna ou externa (i.e., se a culpa é atribuída ao cliente ou ao prestador de serviço) e como isto afeta arrependimento, decepção e insatisfação do cliente. Dois experimentos são realizados. Os resultados indicam que falhas em serviços coproduzidos levam a uma atribuição mais interna que falhas em serviços não coproduzidos. Falhas em serviços coproduzidos também resultam em menores níveis de decepção e insatisfação sem elevar o nível de arrependimento do cliente. Os resultados também apontam que, em caso de incerteza causal (i.e., quando o cliente não está seguro sobre quem causou a falha), clientes que coproduzem sentem o mesmo alto nível de arrependimento de clientes que causaram a falha, contradizendo a literatura que afirma que incerteza causal leva à redução da intensidade emocional. A terceira pesquisa investiga se a velocidade do pensamento dos clientes afeta a atribuição de lócus causal para falhas de serviço bem como as reações emocionais e comportamentais dos clientes. Quatro experimentos são conduzidos. Os resultados sugerem que clientes que pensam mais rápido fazem atribuições causais mais externas que clientes que pensam mais devagar. Aparentemente, a velocidade do pensamento não tem efeito nas reações emocionais e comportamentais dos clientes. De acordo com os resultados, as diferenças de velocidade de pensamento que foram induzidas tendem a ter curta duração. Em geral, estas três pesquisas oferecem insights sobre algumas das coisas que os clientes pensam, como eles se sentem e agem em resposta a falhas de serviço. Implicações teóricas e gerenciais são discutidas ao final de cada pesquisa e sintetizadas no capítulo de conclusões. / Given the pervasive nature of service failures and their harmful consequences, it is important to understand how customers react to them. This doctoral dissertation addresses some of the customers’ cognitive, emotional, and behavioral reactions to service failures. More specifically, it investigates customers’ causal attributions, appraisals, and perceived control as cognitive reactions, as well as a wide range of emotional (e.g., regret, anger, disappointment, etc.) and behavioral reactions (e.g., switch, complaint, negative word-of-mouth, and others). This dissertation presents three different researches within the scope of customers’ reactions to service failure. The first research introduces the temporal model of perceived control from psychology to service research and compares its explanatory power for customer emotional and behavioral reactions with the ones of the widely used causal attribution and appraisal models. Three surveys and one experiment are conducted. The results show that for some customers’ reactions (e.g., regret and switch), the temporal model of perceived control has explanatory power over and above the traditionally used causal attribution and appraisal models. This research also shows that the temporal model of perceived control may be combined with the causal attribution and appraisal models to achieve higher explanatory power. The second research investigates whether failed co-produced services lead to more internal or external causal attribution (i.e., whether the blame is attributed to the customer or the service provider) and how it affects customers’ regret, disappointment, and dissatisfaction. Two experiments are conducted. The results indicate that failed co-produced services lead to more internal attributions than failed services that were not co-produced. Failed co-produced services also lead to lower levels of disappointment and dissatisfaction without elevating customer’s regret level. The results also show that in case of causal uncertainty (i.e., when the customer is not sure about who caused the failure), customers who co-produced experience the same high level of regret of customers who have caused the failure, contradicting the literature that states that causal uncertainty leads to reduced emotional intensity. The third research investigates whether customers’ thought speed affects causal locus attribution for services failures as well as customers’ emotional and behavioral reactions. Four experiments are conducted. The results suggest that customers who think faster make more external attributions for service failures (i.e., attribute more blame to the service provider) than customers who think slower. It seems that thought speed has no effect on customers’ emotional and behavioral reactions though. According to the results, the induced differences in thought speed tend to be short-lived. Overall, these three researches offer insights into some of the things that customers think, how do they feel and act in response to service failures. Theoretical and managerial implications are discussed at the end of each research and recapitulated in the conclusions chapter.

Independentemente do modelo de programação adotado, no projeto e implementação de aplicações de alta disponibilidade, faz-se necessário usar procedimentos de tolerância a falhas. Dentre as atividades que trazem consigo interesse de pesquisa na área de Tolerância a Falhas, estão os mecanismos de recuperação em um sistema computacional. Do ponto de vista prático, estes mecanismos buscam manter próximo do mínimo o tempo total de execução de aplicações computacionais de longa duração, ao mesmo tempo em que as preparam para não sofrerem perdas significativas de desempenho, em caso de falhas. Paralelamente à evolução dos sistemas computacionais, foi possível observar também a evolução das linguagens de programação, principalmente as que utilizam o paradigma orientado a objetos. O advento da área de tolerância a falhas na orientação a objetos resultou em novos problemas na atividade de recuperação quanto aos mecanismos de salvamento de estados e retomada da execução, principalmente no que se refere às dificuldades de gerenciamento e controle sobre a alocação de objetos. Entretanto, observa-se que a complexidade de implementação dos mecanismos de recuperação, por parte dos programadores, exige deles conhecimentos mais especializados para o salvamento dos estados da aplicação e para a retomada da execução. Portanto, a simplificação do trabalho do programador, através do uso de uma biblioteca de checkpointing que implemente os mecanismos de salvamento de estados e recuperação é o ponto focal deste trabalho. Diante do contexto exposto, nesta dissertação, são definidas e implementadas as classes de uma biblioteca que provê mecanismos de checkpointing e recuperação. Esta biblioteca, denominada de Libcjp, visa aprimorar o processo de recuperação de aplicações orientadas a objetos escritas na linguagem de programação Java. Esta linguagem foi escolhida para implementação devido à presença dos recursos de persistência e serialização. Para a concepção do trabalho, são considerados ambos os cenários no paradigma orientado a objetos: objetos centralizados e distribuídos. São utilizados os recursos da API de serialização Java e a tecnologia Java RMI para objetos distribuídos. Conclui-se o trabalho com a ilustração de casos de uso através de diversos exemplos desenvolvidos a partir de seus algoritmos originais inicialmente, e incrementados posteriormente com os mecanismos de checkpointing e recuperação. Os componentes desenvolvidos foram testados quanto ao cumprimento dos seus requisitos funcionais. Adicionalmente, foi realizada uma análise preliminar sobre a influência das ações de checkpointing nas características de desempenho das aplicações.

Tolerância a falhas é um dos aspectos mais importantes a serem considerados no desenvolvimento de aplicações, especialmente com a participação cada vez maior de sistemas computacionais em áreas vitais da atividade humana. Dentro deste cenário, um dos fatores a serem considerados na persecução deste objetivo é o gerenciamento de atomicidade. Esta propriedade, por sua vez, apresenta duas vertentes principais: o controle de concorrência e a recuperação de estados. Considerando-se a tolerância a falhas e, particularmente, a atomicidade como requisitos com alto grau de recorrência em aplicações, verifica-se a importância de sua reutilização de forma simples e transparente e do estudo de meios de prover tal capacidade. O presente trabalho procurou pesquisar e aplicar meios de produzir soluções reutilizáveis para implementação de programas tolerantes a falhas, mais especificamente de técnicas de controle de atomicidade, utilizando vários paradigmas computacionais. Neste intuito, foram pesquisados mecanismos de introdução de atomicidade em aplicações e suas respectivas demandas, para então extrair critérios de análise dos paradigmas a serem utilizados na implementações das soluções. Buscou-se suporte nestes paradigmas às demandas previamente pesquisadas nos mecanismos de gerenciamento de atomicidade e procurou-se chegar a soluções reutilizáveis mantendo simplicidade de uso, possibilidade de alteração dinâmica, transparência, adaptabilidade e velocidade de desenvolvimento. Devido à existência de uma grande diversidade de situações que requerem diferentes implementações de atomicidade, alguns cenários típicos foram selecionados para aplicação e avaliação das técnicas aqui sugeridas, procurando abranger o maior número possível de possibilidades. Desta maneira, este trabalho comparou situações opostas quanto à concorrência pelos dados, implementando cenários onde ocorrem tanto acesso cooperativo quanto competitivo aos dados. Dentro de cada um dos cenários estudados, buscaram-se situações propícias ao emprego das características dos paradigmas e analisou-se o resultado de sua aplicação quanto aos critérios definidos anteriormente. Várias soluções foram analisadas e comparadas. Além dos mecanismos de gerenciamento de atomicidade, também foram estudados vários paradigmas que pudessem ser empregados na implementação de soluções com alto grau de reutilização e adaptabilidade. As análises e sugestões posteriores às implementações serviram como substrato para conclusões e sugestões sobre a melhor maneira de empregar tais soluções nos cenários atômicos estudados. Com isso, foi possível relacionar características e capacidades de cada paradigma com a melhor situação de demanda de atomicidade na qual os mesmos são aplicáveis, moldando uma linha de soluções que favoreçam sua reutilização. Um dos objetivos mais importantes do trabalho foi, entretanto, observar o funcionamento conjunto destes paradigmas, estudando como os mesmos podem atuar de forma simbiótica e de que forma os conceitos de um paradigma podem complementar os de outro.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major de Automação). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado. Engenharia de Manutenção Industrial. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008