Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-01T04:07:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334062.pdf: 4102624 bytes, checksum: fcf76323275ca0a4c4b3f1ffd5c92285 (MD5) Previous issue date: 2015 / No âmbito de sistemas computacionais, a noção de transações constitui um dos elementos mais fundamentais para a especificação e implementação de aplicações com requisitos de confiabilidade e consistência, quanto à manipulação de dados. Ao longo dos anos, os sistemas de gerenciamento de banco de dados relacionais (SGBDR) têm sido considerados como componentes chave para o processamento de transações em sistemas computacionais; e, embora algumas alternativas aos SGBDRs tenham surgido nos últimos anos, há perspectivas de que um número significativo de sistemas computacionais permaneçam a utilizar os SGBDRs nos anos vindouros. Neste sentido, é imperioso que requisitos como confiabilidade, disponibilidade, desempenho, tolerância a faltas e consistência, sejam mantidos no SGBDR, com vista para o correto processamento de transações. Tais atributos podem ser obtidos por meio de replicação, sendo que a literatura é vasta em termos de soluções que visam a disponibilidade dos dados a despeito de faltas por parada intermitentes ou permanentes. Todavia, faltas oriundas da corrupção de dados em disco ou em memória RAM devido a efeitos físicos, ou decorrente de bugs no SGBDR, não afetam a disponibilidade dos dados, mas sim a integridade e a consistência destes. Estas faltas, que são caracterizadas como bizantinas, historicamente têm sido encontradas em SGBDRs, e elas afetam o processamento de transações comprometendo não apenas a exatidão, mas também o estado do banco de dados. A literatura dispõe de poucas soluções para lidar com faltas bizantinas em SGBDRs, onde algumas são baseadas em hipóteses difíceis de serem substanciadas na prática; ou em modelos de consistência mais relaxados, que podem causar problemas de integridade, consistência ou até mesmo corrupção de dados. Isto posto, elas não atendem plenamente todos os tipos de aplicações. Neste ensejo, esta tese versa sobre problemas relacionados ao processamento e a terminação de transações em SGBDRs e sistemas distribuídos, em ambientes com sujeição a faltas bizantinas. Para isso, esta tese apresenta duas grandes contribuições no âmbito de transações em SGBDRs. A primeira consiste num protocolo que permite o processamento e terminação de transações, a despeito de faltas bizantinas nas réplicas de bancos de dados  o primeiro da literatura a explorar a semântica de consistência mais forte de transações  , a partir de um protocolo de replicação tolerante a faltas bizantinas totalmente distribuído. A segunda investiga o problema da terminação de transações distribuídas em ambientes sujeitos a faltas bizantinas  um problema sem solução pela literatura  , que é conhecido como Validação Atômica Não-Bloqueante (NBAC) e visa assegurar uma decisão uniforme para os participantes da transação acerca da validação ou anulação das operações executadas num ambiente distribuído de banco de dados. A contribuição para este problema se baseia na investigação dos aspectos práticos necessários para resolvê-lo, onde é introduzido o conceito de Gerenciador Colaborativo de Transações em substituição ao Gerenciador de Transações, tradicionalmente empregado como agente num protocolo NBAC. A solução proposta para resolver o NBAC com faltas bizantinas baseia-se num conceito novo, que adota a tecnologia de virtualização como suporte para a especificação de uma arquitetura de sistema distribuído que permite circunscrever o problema. As soluções propostas foram comparadas de maneira analítica com soluções encontradas na literatura, bem como através de ensaios experimentais, a fim de comprovar a viabilidade das mesmas.<br> / Abstract : Within computer systems, the concept of transaction is one of the most fundamental elements for the specification and implementation of applications with reliability and consistency requirements concerning handling of data. Over the years, relational database management systems (RDBMS) have been considered key components for transaction processing in computer systems; and although some alternatives to RDBMSs have emerged in recent years, there are prospects that a significant number of computer systems will continute to use RDBMSs in coming years. In this sense, the need to provide reliability, availability, performance, fault tolerance and consistency, regarding transaction processing in RDBMS is imminent. Such attributes may be obtained through database replication. The literature is extensive in terms of solutions for data availability regardless of crash faults (e.g. intermittent or permanent). However, faults arising from the disk data corruption or RAM data corruption due to physical effects, or due to bugs in the RDBMS, do not affect the availability of data, though they affect their integrity and consistency. These faults, which are known as Byzantine, have historically been found in RDBMSs, and they affect transaction processing undermining not only the accuracy but also the database state. The literature offers few solutions to deal with Byzantine faults in RDBMSs, where some are based on difficult cases to be used in practice; or more relaxed consistency models, which can cause integrity, consistency or even data corruption problems. So, they are not addressed to all types of applications. As it is, this thesis deals with problems related to transaction processing and transaction termination on RDBMS and distributed systems, in environments subject to Byzantine fault. To this end, this thesis presents two major contributions to the transaction level in RDBMSs. The first is a protocol that allows the transaction processing and transaction, despite Byzantine faults in databases replicas  the first in literature that explores the strongest consistency semantics of transactions (e.g. serializability)  , by means of a fully distributed Byzantine fault tolerant database replication protocol. The second investigates the agreement problem related to transaction termination in distributed systems, also in environments subject to Byzantine fault  an unsolved problem in the literature. The Non Blocking Atomic Commitment (NBAC), as it known, aims to ensure a uniform decision for the transaction participants about the operations performed in a distributed database environment, that is, commit or abort them. The contribution to this problem is based on the investigation of practical and necessary conditions, to solve it. So, this thesis introduces the Collaborative Transaction Manager to replace the Transaction Manager, traditionally used as an agent on a NBAC protocol. The solution proposed to solve the NBAC with Byzantine fault is based on a new concept, adopting virtualization technology as a support for the specification of a distributed system architecture which makes the problem feasible. The proposed solutions were compared analytically with solutions found in the literature as well as through experimental tests in order to prove their feasibility.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:39:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 104398.pdf: 3606804 bytes, checksum: fb6214131346d51ecfad2c0f3f093664 (MD5) Previous issue date: 1996 / Análise de abordagens de projeto baseadas em regras de transformações que visam a automatização do processo de síntese de protocolos. Uma vez aplicadas à uma especificação formal de um serviço de comunicação realizada com a Técnica de Descrição Formal LOTOS, as regras de transformação geram automaticamente, a especificação do protocolo de comunicação correspondente a esse serviço. É então apresentado um conjunto de algoritmos de transformação de especificações, que são aplicáveis a especificações de serviço para a obtenção dos protocolos correspondentes. Tais algoritmos são implementados em linguagem C++ para Windows, constituindo uma ferramenta denominada TranSP - Transformação de especificação de Serviço em especificação de Protocolo. Esta ferramenta recebe, como entrada, uma especificação de serviço monolítica e gera, como saída, as especificações de protocolo correspondentes às duas entidades de protocolo (E1 e E2), orientadas a recursos. A ferramenta TranSP é utilizada na transformação de uma parte do serviço CMISE (Common Management Information Service Element) correspondente aos serviços M-GET e M-CANCEL-GET para o protocolo CMIP (Common Management Information Protocol) correspondente.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T13:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 201286.pdf: 1420165 bytes, checksum: 46ed96b13fa3a3cff342fb9b5cf171c6 (MD5) / Esta dissertação apresenta um trabalho na área de circuitos analógicos CMOS para baixa tensão. As principais contribuições deste trabalho são uma estratégia de polarização de estágios cascode para qualquer nível de inversão e uma nova estrutura de amplificador classe AB. O enfoque deste trabalho é o projeto de amplificadores operacionais (ampops)para utilização na tecnologia MOSFET chaveado (SM) operando com baixa tensão de alimentação (menor que 1,5V). O texto apresenta uma rápida introdução nas técnicas de circuitos amostrados. Em seguida, são apresentadas diferentes formas de implementar amplificadores classe AB de um e de dois estágios mostrando as vantagens e desvantagens. Na seqüência, são discutidas técnicas de polarização de estruturas cascode operando com baixa tensão de alimentação. É proposta uma técnica de polarização para diferentes níveis de inversão. Finalmente, uma nova estrutura de amplificador classe AB é implementada empregando circuito seletor de corrente mínima. Os resultados simulados e experimentais são apresentados para validar ambos, a técnica de polarização para estruturas cascode e o amplificador classe AB.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T21:48:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 206484.pdf: 670423 bytes, checksum: 2758a5e8aab1c87fcc900969a38afd76 (MD5) / Muitas das aplicações de controle com restrições detempo são implementadas pela codifi- cação deprogramas complexos em linguagem assembly, programando timers, manipulando em baixo nível dispositivos periféricos, tarefas e prioridades de interrupção. A maior conseqüência desta abordagem é que o software de controle é produzido por técnicas ad hoc que podem apresentar baixa confiabilidade e alto custo. Para o projeto e implementação de um sistema de controle de tempo real embutido se utiliza,basicamente, de dois tipos de pro- fissionais, o engenheiro de controle e o engenheiro de software, que são especialistas cada um em sua área e que usam suas próprias ferramentas. Para tanto é de extrema valia que ambos troquem informações utilizando uma mesma linguagem. A ferramenta de projeto do engenheiro de controle são os diagramas de blocos funcionais que, mapeados em diagramas de componentes, fornecem ao engenheiro de software as informações necessárias. A simples utilização de blocos funcionais gera um sistema monotarefa, mas pressões do mercado exigem equipamentos que ofereçam maiores funcionalidades a seus clientes e isto representa mais tarefas a embutir no sistema. O modelo monotarefa começa a ser insuficiente, neste caso, para manter as restrições temporais no sistema final. Este trabalho descreveu uma proposta que visa melhorar o processo de construção (projeto e implementação) de sistemas embutidos utilizando o modelo multitarefa. Para tanto, o trabalho consistiu, principalmente, da proposta de um framework multitarefa e o desenvolvimento de um núcleo operacional de tempo real para dar suporte ao framework desenvolvido. Espera-se com este trabalho contribuir para a melhoria dos processos de desenvolvimento de software para sistemas embutidos no contexto do controle e automação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-19T22:37:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T01:16:23Z : No. of bitstreams: 1 189813.pdf: 2078931 bytes, checksum: 4c7815faa27f2922ce87fe0c1ca0f03e (MD5) / Este trabalho está inserido no contexto do Sistema Operacional Aurora, e visa solucionar problemas de segurança associados a ativação e instanciação de objetos. A solução apresentada observa a arquitetura reflexiva do Aurora, sendo implementado como um meta-nível de modo que os aspectos de segurança sobre objetos são mantidos através de mecanismos de reflexão computacional. O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de classes para tratar a segurança no sistema operacional Aurora, principalmente autenticação e permissão. Foram elaboradas classes e mecanismos de testes das mesmas em laboratório, as quais foram testadas junto com protótipos de outras classes do sistema Aurora que ainda estão em desenvolvimento. Um estudo sobre segurança nos principais sistemas operacionais encontrados hoje, também está aqui descrito, enfocando principalmente dois aspectos, autenticação e controle de permissão, este estudo permite a compreensão de como os dois principais modelos de segurança adotados em sistemas operacionais modernos operam, outros aspectos relativos à segurança no sistema operacional Aurora é tratada em trabalhos futuros.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós -Graduação em Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-18T08:56:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:48:05Z : No. of bitstreams: 1 181838.pdf: 2244045 bytes, checksum: 80fa311ad7dc77c34758a496e5b82160 (MD5) / O objetivo deste trabalho é o de propor um servidor de arquivos para um cluster de computadores derivado do multicomputador Crux [COR99]. Este cluster oferece um ambiente para a execução de programas paralelos organizados como redes de processos comunicantes. A arquitetura do cluster é composta de um determinado número de nós de trabalho e um nó de controle. Os nós de trabalho são interligados por uma rede de interconexão dinâmica reconfigurável conforme a demanda dos programas paralelos. Esse servidor é implementado com processos regulares do sistema operacional Linux, executando em um único nó de trabalho. Processos clientes, executando em outros nós de trabalho, comunicam-se com o processo servidor de arquivos pela troca de mensagens através da rede de interconexão dinâmica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós -Graduação em Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-18T10:17:25Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:29:59Z : No. of bitstreams: 1 181859.pdf: 5954201 bytes, checksum: e36ecb2a1322842d42695b5f9b076320 (MD5) / Nesta dissertação é desenvolvido um modelo computacional do multicomputador CRUX, que foi utilizado para simulação e avaliação de seu desempenho em relação à execução de aplicações de tempo-real, representadas por atividades hard e multimídia soft. Foram simulados diversos algoritmos de escalonamento de tempo-real consagrados na literatura.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-19T07:34:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 189375.pdf: 571677 bytes, checksum: fd10546ba5838e982829d4994a1cff76 (MD5) / Devido ao crescimento na utilização das redes de computadores e a necessidade de novas tecnologias no desenvolvimento de sistema, nota-se um avanço especial na área de orientação a objeto, onde idealistas estão criando novos significados para computação distribuída. Ambientes como CORBA e DCOM são sinalizadores destas mudanças, tais ambientes aliados às linguagens orientadas a objetos como C++, Java e outras, estão motivando o uso crescente do modelo de objetos na solução de sistemas distribuídos. Este trabalho buscou uma solução para o gerenciamento de objetos distribuídos no contexto de Aurora [Zan97], um sistema operacional modelado em termo de reflexão sobre objetos. O resultado obtido foi uma estrutura reflexiva, capaz de gerenciar a identificação e localização de objetos, de forma distribuída e totalmente transparente ao usuário e ao sistema.

Resumo: As tabelas hash distribuídas (DHTs, distributed hash tables) são redes par-a-par (P2P, peer-to-peer) estruturadas que permitem a inserção de dados indexados por chaves. Elas são compostas por um conjunto de participantes (nodos ou pares) dinâmicos sem o controle de uma autoridade central. As DHTs tornaram-se populares ao longo da última década e hoje possuem diversas aplicações, algumas contendo milhões de nodos espalhados ao redor do planeta. Existe uma grande quantidade de DHTs, as quais podem possuir várias implementações e serem configuradas através de diversos parâmetros. Entretanto, não há um consenso sobre a melhor maneira de avaliar o desempenho de uma DHT, o que dificulta a comparação entre o grande número de DHTs existentes e, consequentemente, a escolha da DHT ideal para cada sistema. Esta dissertação apresenta uma revisão de trabalhos que propõem metodologias de avaliação de desempenho de DHTs e de trabalhos que simplesmente avaliam desempenho de DHTs, sem propor metodologias. Com base nesta revisão uma nova metodologia de avaliação de desempenho de DHTs é proposta. Esta metodologia define um conjunto de testes de desempenho composto por métricas e cargas de trabalho. Estas métricas e cargas de trabalho são baseadas nos pontos em comum encontrados nos diversos trabalhos estudados. A metodologia apresentada define também um modelo para a execução de avaliações de desempenho de DHTs composto por três entidades: mestre, controlador e nodo. Este trabalho apresenta também a ferramenta Dhtperf, que além de implementar a metodologia proposta permite facilmente a definição de novas métricas e cargas de trabalho. Esta ferramenta foi utilizada para realizar avalia- ções de desempenho de diversas DHTs existentes em dois ambientes distintos, validando a metodologia proposta. Os resultados obtidos nas avaliações realizadas são apresentados e discutidos.

Orientador : Elias P. Duarte Jr. / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa: Curitiba, 15/08/2017 / Inclui referências : f. 111-117 / Resumo: Os sistemas de virtualização estão mudando a maneira de projetar e operar as redes de computadores. A Virtualização de Funções de Rede (NFV - Network Function Virtualization) é uma tecnologia emergente que implementa, utilizando técnicas de virtualização, funções de rede tradicionalmente fornecidas em dispositivos de hardware específicos. O presente trabalho tem por objetivo tirar proveito destas novas tecnologias para implementar, dentro da própria rede, componentes clássicos para a construção de sistemas tolerantes a falhas. A primeira parte do trabalho descreve implementações de serviços de detecção de falhas. A função virtualizada de rede NFV-FD (FD - Failure Detector) é executada em uma rede SDN (Software Defined Network), utilizando informações disponibilizadas por um controlador e por switches para monitorar o estado de processos e enlaces de comunicação. A NFV-FD foi implementada e seus benefícios são apresentados através de experimentos reportados no trabalho. Foi também implementado um serviço para detecção de falhas para a Internet (IFDS - Internet Failure Detection Service), que pode ser configurado de acordo com as necessidades de QoS (Quality of Service) das aplicações. Em particular, são propostas estratégias que permitem a configuração do IFDS tendo em vista os requisitos de múltiplas aplicações. O IFDS é composto por uma MIB (Management Information Base) SNMP (Simple Network Management Protocol) denominada f dMIB. Um protótipo do serviço foi implementado e resultados experimentais são apresentados, obtidos tanto em redes locais como na Internet. Outra contribuição desta tese relacionada aos detectores de falhas trata da questão do cômputo do timeout, sendo proposta uma estratégia denominada tuning_ que reajusta o valor do timeout de acordo com os tempos de comunicação observados. Nos experimentos, tuning_ apresentou um excelente desempenho, reduzindo de forma expressiva o número de falsas suspeitas. Em outra contribuição tratamos do problema da sincronização consistente entre múltiplos controladores SDN. Uma função virtualizada de rede denominada de VNF-Consensus, é proposta para garantir a sincronização consistente entre os controladores envolvidos. VNF-Consensus implementa o algoritmo de consenso Paxos e com sua utilização os controladores ficam desacoplados da sincronização. Os experimentos mostraram que utilizando a VNF-Consensus, o plano de controle é sincronizado sem aumentar a carga de trabalho nos controladores. Por último, propomos AnyBone, uma NFV que oferece as primitivas de difusão confiável para garantir a entrega ordenada das mensagens transmitidas na rede. O AnyBone é baseado em um sequenciador que gerencia as transmissões e entrega as mensagens ordenadas aos processos, além de oferecer uma API para as aplicações trocarem mensagens utilizando as primitivas de difusão atômica e confiável. Os resultados experimentais demonstram a eficiência da estratégia proposta, bem como seu custo, em termos da latência da difusão em diferentes cenários, ou seja, variando o número de participantes e o tamanho das mensagens transmitidas. O conjunto de contribuições desta tese permite concluir que é viável utilizar a própria rede para implementar com eficiência componentes clássicos de tolerância a falhas que podem ser disponibilizados como serviços para aplicações distribuídas diversas. Palavras-chave: Função Virtualizada de Rede, Tolerância a Falhas, Sistemas Distribuídos, Redes Definidas por Software. / Abstract: Virtualization systems are changing the way networks are designed and deployed. Network Function Virtualization (NFV) is an emerging technology that employs virtualization to transform network devices into virtual entities. In this thesis, we take advantage of this technology to implement classical distributed systems abstractions within the network. As a result, we aim to be able to build efficient fault-tolerant distributed applications. Initially, we describe implementations of failure detectors. A virtual network function called NFV-FD (FD stands for - Failure Detector) is implemented in a Software Defined Network (SDN) and uses information obtained from a SDN controller to monitor processes and determine their state. In addition, NFV-FD also provides information about the state of communication links. NFV-FD was implemented and experimental results are reported. We also implemented an Internet Failure Detection Service (IFDS), which can be used to provide the Quality of Service (QoS) level required by the applications. In particular, we proposed two strategies to configure IFDS when multiple processes are monitored with diferent QoS requirements. IFDS was implemented with SNMP (Simple Network Management Protocol). We have implemented a prototype of the service and experimental results are presented running both on a single LAN and on the Internet. Another contribution of this thesis also related to failure detectors addresses the question of how to compute a precise timeout interval. We propose the tuning strategy that dynamically adjusts the timeout interval in a way that better reflects a varying behavior of the communication channel. Experimental results obtained from running tuning show that the strategy reduces significantly the number of false detections. The next contribution of the thesis refers to achieving consistent synchronization across multiple SDN controllers. In order to ensure consistent synchronization among controllers of a SDN distributed control plane, we propose the virtual network function VNF-Consensus. VNF-Consensus implements the Paxos consensus algorithm so that controllers are decoupled from synchronization tasks. Experimental results show that our solution is able to guarantee a consistent control plane without increasing the number of tasks a controller has to execute. Finally, we propose AnyBone, a VNF that others reliable and atomic broadcast primitives, which ensures that messages are delivered by all the processes and in the same total order. AnyBone relies on a sequencer to manage the transmissions and enforce the order. Furthermore, AnyBone provides an API for applications to be able to employ atomic and reliable broadcast primitives. Experimental results show that AnyBone provides an efficient strategy to ensure the ordered message delivery to all processes. We measured the broadcast latency in diferent scenarios, i. e., increasing the number of processes involved in the communication and also the size of the transmitted messages. By taking into account the results of the contributions of this thesis, we can conclude that it is not only feasible, but also efficient to use the network itself in order to deploy classic fault tolerance abstractions which can be used to build fault-tolerant distributed applications. Keywords: Network Function Virtualization, Fault Tolerance, Distributed Systems, Software Defined Networking.