Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:43:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224729.pdf: 897377 bytes, checksum: 8e131be657029fb0564be3001f6c9044 (MD5)

Alta disponibilidade (muitas vezes referenciada como HA, de High Availability) é uma característica de sistemas computacionais que são projetados para evitar ao máximo as interrupções, planejadas ou não, na prestação de serviços. Em alta disponibilidade, o ideal é haver poucas falhas e, mesmo quando estas acontecerem, que o seu tempo médio de reparo (ou MTTR, de Mean Time To Repair) seja tão pequeno quanto possível. Sistemas operacionais têm um papel importante em alta disponibilidade, sendo preferível o uso daqueles que possuam sistemas de arquivos seguros e relativamente independentes de ações por agentes humanos para a recuperação. Uma das abordagens para auxiliar a obter-se uma alta disponibilidade em sistemas de arquivos é a do tipo journaling, ou meta-data logging. Existe uma série de sistemas de arquivos para o sistema operacional Linux baseando-se nela, tais como ext3, JFS, ReiserFS e XFS. Este trabalho tem por objetivo propor uma metodologia de validação experimental para avaliar a eficiência do mecanismo para recuperação de sistemas de arquivos baseados em journaling, na ocorrência de falhas. Para isso, a técnica de validação empregada é a da injeção de falhas e o sistema sob teste é uma implementação do XFS. Foram utilizados os recursos de depuração do sistema operacional Linux (que permitem a utilização de métodos para interceptação e manipulação de chamadas de sistema) para a implementação de um injetor de falhas específico para sistemas de arquivos baseados em journaling, o qual foi chamado de FIJI (Fault Injector for Journaling fIlesystems). Manipular os parâmetros de chamadas de sistema (ou system calls) através do FIJI equivale a alterar as requisições feitas ao sistema operacional. A eficiência do mecanismo de journaling é medida injetando-se falhas e medindose o MTTR e a cobertura de falhas. Basicamente, o que procura-se fazer através do injetor de falhas FIJI é ignorar os logs do journaling e manipular uma quantidade de informações diferente daquela que foi solicitada originalmente.

Este trabalho busca a implementação da replicação de objetos através da linguagem Java e de seu sistema de invocação remota de métodos (Remote Method Invocation - RMI). A partir deste sistema, define-se uma classe de replicação - a máquina de replicação – onde a implementação de grupos de objetos é estruturada de acordo com a arquitetura cliente/servidor, sendo o cliente o representante (a interface) de um grupo de objetos e os servidores representam os demais componentes do grupo. A classe de replicação atende a uma necessidade importante dos sistemas distribuídos - o desenvolvimento de aplicações tolerantes a falhas. Fundamentalmente, a tolerância a falhas é obtida por redundância e, no caso de mecanismos de tolerância a falhas por software, esta redundância significa basicamente replicação de dados, processos ou objetos. A tolerância a falhas para tal tipo de sistema é importante para garantir a transparência do mesmo, visto que, assim como um sistema distribuído pode auxiliar muito o usuário pelas facilidades oferecidas, o não cumprimento de suas atividades de acordo com o esperado pode, em algumas situações, causar-lhe transtornos e erros irrecuperáveis nas aplicações. Finalmente, como principal contribuição, este trabalho descreve e implementa a solução completa para a construção de uma biblioteca de classes que oferece a replicação de forma totalmente transparente para o usuário.

Mecanismos de comunicação entre processos são fundamentais no desenvolvimento de sistemas distribuídos, já que constituem o único meio de compartilhar dados entre processos que não dispõem de memória comum. Um dos principais mecanismos de comunicação utilizados é a troca de mensagens entre os processos componentes do sistema. Existem muitas aplicações que são compostas por um conjunto de processos que cooperam para realizar uma determinada tarefa e que são mais facilmente construídas se o sistema operacional oferecer a possibilidade de se enviar uma mensagem a diversos destinos. Neste caso são necessários mecanismos que permitam a difusão confiável de uma mensagem para um grupo de processos em uma única operação. Tendo em vista esta necessidade, diversos protocolos têm sido apresentados na literatura para permitir a comunicação entre um grupo de processos com diferentes graus de complexidade e de desempenho. Este trabalho apresenta um ambiente para desenvolvimento e utilização de protocolos de comunicação em grupo, denominado FlexGroup. O ambiente divide os protocolos em suas características fundamentais, permitindo que estas características possam ser desenvolvidas separadamente como subprotocolos. Os subprotocolo são interligados através de uma interface comum e gerenciados pelo núcleo do ambiente. A comunicação entre as diversas máquinas da rede é gerenciada pelo FlexGroup, permitindo que o desenvolvedor de um novo subprotocolo possa somente se focar nas características específicas do seu protocolo. Esta modularidade permite, ainda, que apenas as partes de interesse de um novo protocolo precisem ser implementadas, além de também viabilizar a criação de um protocolo baseado nos já existentes no ambiente. Além disso, o ambiente permite que as aplicações de comunicação em grupo possam definir, através de uma biblioteca, o conjunto de subprotocolos que desejam utilizar, em tempo de execução, sem necessidade de conhecer a implementação interna dos subprotocolos.. Da mesma forma, alguém que se proponha a realizar comparações com os protocolos existentes, pode utilizar os diversos subprotocolos e as aplicações existentes, bastando alterar os protocolos utilizados em tempo de execução e avaliando somente as características que deseje analisar.

O surgimento de novas aplicações que utilizam o protocolo HTTP nas suas transações e a crescente popularidade da World Wide Web (WWW) provocaram pesquisas pelo aumento do desempenho de servidores Web. Para tal, uma das alternativas propostas neste trabalho é utilizar um conjunto de servidores Web distribuídos que espalham a carga de requisições entre vários computadores, atuando como um só associado a uma estratégia de replicação de conteúdo. Um dos problemas centrais a ser resolvido em servidores Web distribuídos é como manter a consistência das réplicas de conteúdo entre os equipamentos envolvidos. Esta dissertação apresenta conceitos fundamentais envolvendo o tema replicação de conteúdo em servidores Web distribuídos. São mostrados detalhes sobre arquitetura de servidores Web distribuídos, manutenção da consistência em ambientes de servidores Web distribuídos, uso de replicação e formas de replicação. Além disso, são citados alguns trabalhos correlatos ao propósito de manter réplicas consistentes em ambientes de servidores Web distribuídos. Este trabalho tem por objetivo propor um modelo de manutenção da consistência de conteúdo em servidores Web distribuídos com características de transparência e autonomia. O modelo, denominado One Replication Protocol for Internet Servers (ORPIS), adota uma estratégia de propagação otimista porque não existe sincronismo no envio das atualizações para as réplicas. Este trabalho apresenta os principais componentes tecnológicos empregados na Web, além dos problemas causados pela escalabilidade e distribuição inerentes a esse ambiente. São descritas as principais técnicas de aumento de desempenho de servidores Web que atualmente vêm sendo utilizadas. O modelo ORPIS é descrito, sendo apresentados seus pressupostos, elencados seus componentes e detalhados os seus algoritmos de funcionamento. Este trabalho dá uma visão geral sobre a implementação e os testes realizados em alguns módulos do protótipo do modelo, caracterizando o ambiente de desenvolvimento do protótipo e detalhes da implementação. São enumerados os atributos e métodos das classes do protótipo e definidas as estruturas de dados utilizadas. Além disso, apresentam-se os resultados obtidos da avaliação funcional dos módulos implementados no protótipo. Um ponto a ser salientado é a compatibilidade do modelo ORPIS aos servidores Web existentes, sem a necessidade de modificação em suas configurações. O modelo ORPIS é baseado na filosofia de código aberto. Durante o desenvolvimento do protótipo, o uso de software de código aberto proporcionou um rápido acesso às ferramentas necessárias (sistema operacional, linguagens e gerenciador de banco de dados), com possibilidade de alteração nos códigos fonte como uma alternativa de customização.

Durante os últimos anos, a quantidade de dados gerada pelas aplicações cresceu consideravelmente. No entanto, para tornarem-se relevantes estes dados precisam ser processados. Para atender este objetivo, novos modelos de programação para processamento paralelo e distribuído foram propostos. Um exemplo é o modelo MapReduce, o qual foi proposto pela Google. Este modelo, no entanto, possui pontos de falha única (SPOF), os quais podem comprometer a sua execução. Assim, este trabalho apresenta uma nova arquitetura, inspirada pelo Chord, para lidar com os SPOFs do modelo. A avaliação da proposta foi realizada através de modelagem analítica e de testes experimentais. Os resultados mostram a viabilidade de usar a arquitetura proposta para executar o MapReduce. / During the last years, the amount of data generated by applications grew considerably. To become relevant, however, this data should be processed. With this goal, new programming models for parallel and distributed processing were proposed. An example is the MapReduce model, which was proposed by Google. This model, nevertheless, has Single Points of Failure (SPOF), which can compromise the execution of a job. Thus, this work presents a new architecture, inspired by Chord, to avoid the SPOFs on MapReduce. The evaluation was performed through an analytical model and an experimental setup. The results show the feasibility of using the proposed architecture to execute MapReduce jobs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:26:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho apresenta um sistema de detecção de atividade cardíaca para marca-passos baseado em estruturas de filtragem contínua OTA-C. A natureza da aplicação implica na minimização do consumo de potência do circuito para prolongar a vida útil das baterias que o alimentam. O filtro proposto usa transcondutores compostos por transistores MOS operando no regime de inversão fraca, onde a razão transcondutância por corrente de polarização é maximizada. O transcondutor é um par diferencial com degeneração de fonte para aumento da faixa de linearidade. Um circuito de realimentação de modo comum assegura a estabilização da tensão DC da saída diferencial do transcondutor em um valor pré-determinado. O filtro emprega estruturas completamente diferenciais e é dividido em blocos de segunda ordem para implementar a função de transferência desejada. Os controles da freqüência central do filtro e do ganho global são obtidos através de ajuste da corrente de polarização. Um comparador foi projetado para decidir se a saída do filtro corresponde ao evento de entrada monitorado. A performance do circuito final é verificada por simulação usando parâmetros fornecidos pelo programa MOSIS para a tecnologia AMIS 1,5µm. Os resultados demonstram a operacionalidade do filtro, mesmo quando são incluídos parâmetros tecnológicos associados ao descasamento dos transistores.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-22T08:34:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 236834.pdf: 735277 bytes, checksum: 19ca452281cfdeb6f67b01c09164c9ff (MD5) / Em uma Rede de Sensores sem Fios, diversos nodos sensores obtém dados do local onde se encontram e comunicam-se entre si, para gerar uma visão global de um objeto de estudo. A idéia de uma rede auto-gerenciada de dispositivos autônomos, de baixa potência, que colete dados de um ambiente e propague informações através de um enlace sem fios traz uma série de novos desafios e requisitos de suporte à execução de aplicações. Diversos projetos de pesquisa se propuseram a tratar o problema de suporte de sistema para redes de sensores sem fios. Entretanto, a maioria deles falha em tratar principalmente dois dos requisitos levantados neste trabalho: configuração transparente do canal de comunicação e abstração unificada e eficiente de hardware de sensoriamento. Este trabalho apresenta o projeto e implementação de um ambiente de suporte à execução de aplicações em redes de sensores sem fios, baseado no sistema operacional EPOS, que inclui o projeto e implementação do protocolo de controle de acesso ao meio C-MAC (Configurable MAC) e um sistema de aquisição de dados de sensores. O projeto e implementação modular do protocolo C-MAC permitem que aplicações configurem o canal de comunicação de acordo com suas necessidades. O sistema de aquisição de dados de sensor desenvolvido é capaz de abstrair famílias de dispositivos sensores de maneira uniforme, sem ocasionar sobrecusto excessivo, e apresenta vantagens significativas com relação a outras soluções encontradas em outros sistemas operacionais para redes de sensores.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-03T03:08:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335776.pdf: 2160365 bytes, checksum: 68ea7ab8421bb65ea38a23e2b8c19ef8 (MD5) Previous issue date: 2015 / Em um sistema distribuído heterogêneo, como grades computacionais, a escolha do sistema computacional para processar uma tarefa é realizada por meio de heurísticas adotadas igualmente para todos os sistemas. Os métodos atuais para avaliação da carga computacional, em grades heterogêneas, não levam em consideração características qualitativas que afetam o desempenho. Sistemas computacionais aparentemente idênticos, com as mesmas características quantitativas (tal como a quantidade de núcleos de processamento e de memória), podem apresentar desempenhos desiguais. O método proposto consiste em uma política de informação ao balanceamento de carga e tem como objetivo mensurar a carga dos sistemas computacionais por meio da avaliação de seus recursos quantitativos, tanto os imutáveis (como a quantidade de núcleos de processamento) quanto os mutáveis (como o percentual de memória livre), e qualitativos, inerentes à arquitetura do sistema computacional. A comparação da carga computacional entre os sistemas permite que o balanceamento de carga seja realizado mesmo em sistemas distribuídos heterogêneos para que seja possível a escolha do sistema computacional no qual executar uma tarefa da forma mais eficiente. Esta pesquisa utiliza a ferramenta CVFlow, uma Interface Natural de Usuário destinada ao balanceamento de carga, para avaliar o método proposto. O experimento consiste no escalonamento de um conjunto de tarefas e na comparação do método proposto com o estado da arte presente na literatura. O método proposto fornece um conjunto de melhorias que distribuem a carga de forma mais homogênea entre os sistemas computacionais, evitando, assim, sobrecarregar um sistema específico, além de oferecer um desempenho superior na execução do conjunto de tarefas.<br> / Abstract : In a distributed heterogeneous system, such as grids, the choice of a computer system to process a task is performed by means of heuristics adopted equally for all systems. Current methods for assessing the computing load, on heterogeneous grids, do not take into account qualitative characteristics that affect performance. Computer systems apparently identical, with the same quantitative traits (such as the number of processing cores and memory), may provide different performance. The proposed method consists of an information policy to load balancing. It aims to measure the load of a computer systems through the assessment of their quantitative and qualitative features. Quantitative, both immutable (as the number of cores) and mutable (as the percentage of free memory). And the qualitative, inherent to the computer system architecture. Comparison of computational load between systems allows load balancing to be performed even in heterogeneous distributed systems, to be able to choose the computer system on which to perform a task more efficiently. This research uses the CVFlow tool, a Natural User Interface intended for load balancing, to evaluate the proposed method. The experiment consists of the scheduling of a set of tasks and the comparison of the proposed method with the state of the art. The proposed method provides a set of improvements that distribute the load more evenly among computer systems, avoid overloading a particular system, and provides a better performance on the execution of the set of tasks.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-10T03:08:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 335943.pdf: 2286813 bytes, checksum: f696d21066655f662d160f31a95f850f (MD5) Previous issue date: 2015 / Memória Transacional em Software (STM) é um modelo utilizado para tratar acesso concorrente a dados compartilhados, onde programadores não precisam lidar explicitamente com mecanismos de controle de concorrência, como locks. O programador, apenas delineia qual parte do código necessita ser tratado como concorrente e sua execução seguirá o modelo transacional, respeitando as propriedades: atomicidade, consistência e isolação. É proposto nessa dissertação um modelo denominado Mesobi: Memória Transacional em Software Tolerante a Faltas Bizantinas onde transações somente leitura não abortam. Existem algumas abordagens na literatura que utilizam Memória Transacional em Software, das quais grande parte tolera faltas de parada mas pouco se fala sobre faltas maliciosas. Somente o trabalho de Zhang 2012 faz tolerância a faltas Bizantinas no contexto de STM; sua proposta utiliza dois clusters para alcançar tolerância a faltas Bizantinas.No modelo de Zhang, transações somente leitura podem ser abortadas, não é suportada a execução de transações interativas e não é possível executar transações de forma otimista. O Mesobi permite alcançar tolerância a faltas Bizantinas utilizando (3f+1) réplicas, sendo que, f é o número de faltas toleradas. O modelo consiste em inicialmente tentar executar as transações de forma otimista sem a necessidade de executar o protocolo Bizantino. Transações conflitantes localmente não são iniciadas de imediato com isso evita-se trabalho improdutivo. É possível e viável a execução de transações pré-declaradas e interativas no mesmo ambiente, sendo que, transações interativas têm pior desempenho devido a sua maior troca de mensagens.<br> / Abstract : Software Transactional Memory (STM) is a model to deal concurrent accesses on shared data. With STM developers do not need to cope with explicit concurrency control mechanisms like locks. Instead developers can write parallel portions of code as transactions, which are garanteed to execute atomically and in isolation regardless of eventual data races. In this dissertation we propose a model named Mesobi: Memória Transacional em Software Tolerante a Faltas Bizantinas in which read-only transactions do not abort. There are some approaches in literature that use STM, but most of them treat crash faults, but few deal with arbitrary faults. The work presented by Zhang 2012 mentions Byzantine Fault Tolerance (BFT) in STM context, but two clusters are necessary, one for consensus and another to execute transactions. Zhang's model abort read-only transactions, does not use optimistic execution neither interactive transactions processing. It achieves BFT using (3f+1) replicas where f represents the number of tolerated faults. The model executes in an optimistic fashion the transactions without the BFT protocol. Conflicting local transactions are not executed immediately thereby saving wasted work. Execution and consistency tests showed that execution of interactive and pre-declared transactions on same environment are possible and practical. Interactive transactions have worse performance than pre-declared due to need of more message exchanges.