Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2012-10-20T07:17:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 191454.pdf: 1313682 bytes, checksum: 1a829892e1a3ea0d9d8ae428f627b562 (MD5) / Este trabalho apresenta uma proposta de modelo para gerenciamento de bancos de dados relacionais que utilizam a linguagem SQL como padrão. Foram estudadas as características gerais dos bancos de dados SQL para que a definição do modelo atendesse o formato genérico, ou seja, fosse aplicável para qualquer SGBD SQL. A flexibilização do módulo de gerenciamento foi o principal objetivo na definição do modelo proposto, tendo como principal foco a definição de regras de gerenciamento customizáveis. A validação do modelo foi realizada através de uma implementação em um ambiente de bancos de dados (utilizando o SGBD Oracle). Os resultados desta implementação foram comparados com as funcionalidades de um produto de mercado (Unicenter TNG) como forma de avaliação da eficiência do modelo proposto.

O advento dos computadores pessoais e posteriormente das estações de trabalho, somado ao desenvolvimento de hardware de comunicação eficiente e de baixo custo, levou a popularização das redes locais. Entretanto, o software não presenciou o mesmo desenvolvimento do hardware, especialmente devido a complexidade dos sistemas distribuídos. A heterogeneidade das máquinas, sistemas e redes, inerente aos ambientes computacionais modernos, restringe igualmente a integração e cooperação entre os nodos disponíveis. 0 objetivo do presente trabalho é, a partir da análise dos principais aspectos relacionados à distribuição e à heterogeneidade, desenvolver um sistema operacional de rede heterogêneo. Tal sistema, denominado HetNOS (de Heterogeneous Network Operating System), permite o desenvolvimento e validação de aplicações distribuídas homogêneas e heterogêneas de forma rápida e fácil. Os usuários podem concentrar-se nos aspectos de distribuição dos algoritmos, abstraindo detalhes dos mecanismos de comunicação, pois a programação de aplicações distribuídas é baseada em uma plataforma de interface homogênea, fácil de usar e com independência de localidade. Sendo um sistema operacional de rede, o HetNOS atua sobre o conjunto de sistemas operacionais nativos existentes; o ambiente de trabalho e estendido e não substituído. Não há entidades nem informações centralizadas, e os algoritmos são distribuídos, usualmente resultando maior confiabilidade e desempenho. A topologia do sistema é um anel lógico, esquema justificado pela generalidade de tal configuração e pela simplificação do projeto do núcleo distribuído do HetNOS. O paradigma de comunicação entre módulos e a troca de mensagens, mecanismo implementado sobre a interface de programação em rede sockets. Não há compartilhamento de memória em nenhuma instância, tornando o sistema mais legível, manutenível e portável. A interpelação entre módulos fica restrita à interface de mensagens definidas e aceitas por cada módulo. A arquitetura do HetNOS é estruturada e distribuída, pois o sistema é composto de camadas hierárquicas subdivididas em módulos, estes implementados com processos. O nível 1 corresponde ao conjunto de núcleos de sistemas operacionais nativos suportados, sobre o qual é implementado o núcleo distribuído heterogêneo do HetNOS, a DCL (Distributed Computing Layer). O principal serviço fornecido pela DCL (executada no nível 2), é um subsistema de troca de mensagens canônico e independente de localidade. Processos servidores e de usuários podem utilizar as mais variadas formas de comunicação por mensagens, tal como envio, recepção e propagação de mensagens síncronas, assíncronas, bloqueantes e não bloqueantes. No nível 3 estão os servidores do sistema, que estendem e implementam de forma distribuída a funcionalidade do sistema nativo. O Servidor de Nomes é o repositório global de dados, servindo a processos do sistema e de usuários. O Servidor de Autorização implementa o esquema de controle no acesso a recursos do sistema. O Servidor de Tipos permite que aplicações copiem dados estruturados de forma independente de localidade e de arquitetura. Por fim, o Servidor de Arquivos estende os serviços (de arquivos) locais de forma a integrá-los em um único domínio (espaço). No nível 4, arquiteturas e sistemas operacionais são emulados por módulos interpretadores (denominados Emulators). Aplicações de usuários estão espalhadas dos níveis 2 a 5; a camada varia com o tipo de aplicação. Para demonstrar a viabilidade do sistema, implementou-se a estrutura fundamental do HetNOS, incluindo a DCL (um núcleo distribuído heterogêneo), a versões básicas dos módulos servidores, as bibliotecas de procedimentos, além de diversos tipos de aplicações. O sistema conta hoje com mais de 25.000 linhas de código fonte C em mais de 100 arquivos. O desempenho do subsistema de comunicação implementado pela DCL (em avaliações com diferentes configurações de hardware) superou as expectativas iniciais, mas ainda está muito aquém do necessário a aplicações distribuídas. Segundo o que indicam as primeiras experiências realizadas, o HetNOS será bastante útil na prototipação e avaliação de modelos distribuídos, assim como na programação de software distribuído homogêneo e heterogêneo. Projetos de pesquisa do CPGCC envolvendo sistemas distribuídos (p.ex., tolerância a falhas e simulações) podem utilizar o HetNOS como ferramenta para implementação e validação de seus modelos. Futuramente, aplicações distribuídas e paralelas de maior porte poderão ser programadas, como sistemas de gerencia de bases de dados distribuídas, simuladores e sistemas de controle para automação industrial. / The advent of personal computers and, later, of workstations, along with the development of efficient and low-cost communication hardware has led to the popularization of local-area networks. However, distributed software did not experiment the same development of hardware, specially due to the complexity of distributed systems. The machine, system and communication network heterogeneity, inherent to the modern computing environments, is also responsible for the lack of integration and cooperation of available nodes. The purpose of this work is, from the analysis of the main aspects related to distribution and heterogeneity, to design a heterogeneous network operating system. Such system, named HetNOS (which stands for Heterogeneous Network Operating System), allows users to quickly write and validate distributed homogeneous and heterogeneous applications. Users can concentrate their work in the distributed aspects, abstracting communication mechanisms' details, because programming of distributed applications is based on a homogeneous interface platform, easy to use and location-independent. Being a network operating system, HetNOS acts over the set of native operating systems; the environment is extended instead of substituted. There are neither centralized information nor entities, and the algorithms are always distributed, usually yielding more reliability and performance. The HetNOS topology is a logical ring, scheme adopted partly due to the generality of such configuration and partly to simplify the HetNOS distributed kernel design. The communication paradigm between modules is the message exchange, a mechanism implemented over the sockets network application programming interface. There is no shared memory at all, making the system clearer, more manutible and portable. The interrelation between modules is restricted to the message interface defined and accepted by a module. The HetNOS architecture is structured and distributed, as the system is composed of hierarchical layers divided into modules, which in their turn are realized as processes. The layer 1 is the set of native operating system kernels, over which is implemented the distributed heterogeneous HetNOS kernel, namely DCL (states for Distributed Computing Layer). The main service provided by DCL (in layer 2) is a canonical, location-independent, message exchange mechanism. Server and user processes may use multiple forms of message primitives, such as synchronous, asynchronous, blocking and non-blocking send and receive. In the layer 3 are the system servers, which extend and implement in a distributed way the functionality of native systems. The name server is a global data repository, serving other system and user processes. The authorization server implements the security scheme to control the access to the system resources. The type server allows applications to transfer structured data independently of location and architecture. Finally, the file server extends the local (file) services to integrate them into a unique domain (space). In the layer 4, architectures and operating systems are emulated by interpreter modules (named Emulators). User applications are spread over the layers 2 to 5, depending on the application type. In order to prove the system viability, the fundamental HetNOS structure has been implemented, including its distributed heterogeneous kernel, the base of server modules, the procedure libraries, and several types of applications. The system source code has over 25,000 lines of C programming distributed over a hundred files. Although the optimization is an endless process, the performance of the DCL communication subsystem (evaluated using a few different hardware configurations) overestimated initial predictions, but is weak if considered the requirements to distributed processing. Accordingly to the first experiences made, HetNOS will be of great value to evaluate and prototype distributed models, as well as to the programming of homogeneous and heterogeneous distributed software. Local research projects involving distributed systems (e.g., fault tolerance and simulations) may use HetNOS as a tool to validate and implement their models. In the future, more complex distributed and parallel applications will be programmed, such as a distributed database management system, simulators and factory automation control systems.

Linguagens de programação orientadas a objetos possuem diversas características que facilitam sua utilização frente a outras linguagens imperativas. No projeto e desenvolvimento de software, o mecanismo de herança permite a construção de sistemas na forma incremental e evolutiva, possibilitando a reutilização de códigos já escritos. Também a possível atingir aplicações com bons níveis de segurança e confiabilidade, através do encapsulamento de dados e funções sob forma de objetos, que também representam a unidade básica de execução em uma linguagem orientada a objetos. O mesmo recurso que possibilita níveis elevados de segurança permite que linguagens orientadas a objetos sejam inerentemente distribuídas. Objetos possuem tanto área de dados e código de execução independentes dos demais. Acessos aos dados internos de um objeto somente são possíveis através de mensagens explicitas entre objetos. Neste caso um objeto solicita uma ação específica a outro objeto, podendo ser enviados parâmetros e existir retorno de resultados. Este trabalho apresenta um modelo para construção de uma linguagem orientada a objetos distribuída. O ambiente para suportar a execução ao modelo é compostos por vários nodos de processamento com memórias locais individuais e contando com uma rede de comunicação para troca de mensagens entre os nodos. O modelo e discutido em dois níveis distintos: a nível de linguagem e a nível operacional. A nível de linguagem são analisados os recursos de programação normalmente utilizados em linguagens orientadas a objetos quando implementados em ambientes distribuídos. O ambiente de suporte A execução necessário ao suporte do modelo da linguagem a analisado pelo nível operacional. A apresentação do modelo a nível de linguagem discute as características de uma linguagem orientada a objetos distribuída frente as implementações seqüenciais convencionais. E ressaltada a implementado de herança em um ambiente de execução distribuído, que, não podendo ser através de compartilhamento, é efetuada através de copia de código. Também são apresentadas novas diretivas de compilação necessárias exclusivamente a ambientes distribuídos. Tais diretivas visam explorar níveis de concorrência de uma aplicação durante sua execução, diferenciando classes que definem objetos locais ou distribuídos e diferentes tipos de mensagens entre objetos. As formas de extrair o melhor desempenho nas aplicações e o gerenciamento do ambiente de execução são os pontos abordados pelo nível operacional do modelo. Em operação neste nível, um elemento de gerencia de execução permite o controle tanto dos objetos da aplicação quanto dos nodos de processamento disponíveis para execução. A tarefa de controle de objetos viabiliza a criação e remoção de objetos durante a execução da aplicação, bem como a identificação de localização destes. O controle dos nodos de processamento possibilita analisar continuamente a carga computacional dos nodos de processamento. Assim, cada objeto a ser criado pode ser alocado em um nodo onde a carga computacional esteja baixa, propiciando um melhor desempenho no momento de execução da aplicação distribuído a carga entre os nodos. A unido do modelo de execução distribuído proposto a uma linguagem orientada a objetos resulta em uma linguagem eficiente tanto na produção de software como no desempenho de aplicações. A eficiência na produção de sistemas 6 obtida através de dois itens, a utilização do paradigma de orientação a objetos e a transparência do nível operacional para o programador, que não necessita conhecer os mecanismos utilizados para ativação de objetos e envio de mensagens. A eficiência de execução é obtida através da utilização de múltiplos nodos processadores servindo como base a execução. Neste trabalho é também apresentado um protótipo para uma linguagem suportando o modelo distribuído proposto. A linguagem, denominada DPC++ (Processamento Distribuído em C++), é voltada para execução em redes de estações de trabalho, sobre o sistema operacional Unix, utilizando sockets como mecanismo de comunicação. O estilo de programação em DPC++ é baseado em C++. / The objects-oriented programming languages have many features who make simple their use in front of others imperatives languages. In the software project and development, the inheritance mechanism allows an increasing and evaluative way of codes that have been written. It also possible gain applications with goods levels of security and confiability with the encapsulation of both data and functions in the form of object, which represent the basic execution unit in an object-oriented language. The same resource that provides high levels of security also permits that object-oriented languages may be inherently distributed. Objects have their own area of data, their execution codes are independent from the other. Accesses to the internal data of an object are possible only through a specific protocol among objets. When this occurs, an object requests a specific action to other object with or without parameters or results return. This work presents a model for build a distributed object-oriented language, devoted to environments compounded by several processing nodes with local memory and linked by a communication network. The model is discussed in two different levels: language level and operational level. In the language level are analyzed the programming resources usually used in object-oriented languages when implemented in distributed environments. The executing environments support are analyzed in the operational level. In the language level presentation are made a discussion about distributed object-oriented language features in front of conventional sequential implementations. It is emphasized inheritance in a distributed executing environment, who is done by code copy, due to can not be by memory sharing. Also are presented news compilation directives necessaries to the distributed environment. Those directives aim to explorer concurrence levels in an application during its execution, differing class who defining local or distributed objects and the different messages types among objects. The operational level boards the ways that mean to extract the best performance for the applications and the execution environment management. An execution manager element allows the control as the application objects as the available to execution processor nodes. The task of object control makes possible the objects creation and removal during the application executing as well their network identification. The processor nodes control allows the continuous analyzes of the computational load in the nodes available to processing. In this way, every object to be created can be allocated in a node with low occupation rates, propitiating a better performance in the application executing. The union of the proposed distributed execution model to an objectoriented language results in an efficient language as in the software production as in execution performance. The systems production efficiency is obtained from two items: the utilization of the object-oriented paradigm an the transparency of the operational level to the programmer, that no need know the used mechanisms to object activation and message exchange. The execution efficiency is gained by the utilization of multiples processor nodes supporting the application executing. In this work is presented a prototype that implements the proposed model. The language, called DPC++, Distributed Processing in C++, is turned to execute in workstation network with Unix operational system, using sockets as communication mechanism. The style of DPC++ programming are based in C++.

Computaçãao quântica pode ser entendida como transformação da informação codificada no estado de um sistema físico quântico. A idéia básica da computação quântica é codificar dados utilizando bits quânticos (qubits). Diferentemente do bit clássico, o qubit pode existir em uma superposição dos seus estados básicos permitindo o “paralelismo quântico”, o qual é uma característica importante da computação quântica visto que pode aumentar consideravelmente a velocidade de processamento dos algoritmos. Entretanto, tipos de dados quânticos são bastante poderosos não somente por causa da superposição de estados. Existem outras propriedades ímpares como medida e emaranhamento. Nesta tese, nós discutimos que um modelo realístico para computações quânticas deve ser geral com respeito a medidas, e completo com respeito a comunicação entre o mundo quântico e o mundo clássico. Nós, então, explicamos e estruturamos computações quânticas gerais e completas em Haskell utilizando construções conhecidas da área de semântica e linguagens de programação clássicas, como mônadas e setas. Em mais detalhes, esta tese se concentra nas seguintes contribuições. Mônadas e Setas. Paralelismo quântico, emaranhamento e medida quântica certamente vão além do escopo de linguagens funcionais “puras”. Nós mostramos que o paralelismo quântico pode ser modelado utilizando-se uma pequena generalização de mônadas, chamada mônadas indexadas ou estruturas Kleisli. Além disso, nós mostramos que a medida quântica pode ser explicada utilizando-se uma generalização mais radical de mônadas, as assim chamadas setas, mais especificamente, setas indexadas, as quais definimos nesta tese. Este resultado conecta características quânticas “genéricas” e “completas” `a construções semânticas de linguagens de programação bem fundamentadas. Entendendo as Interpretações da Mecânica Quântica como Efeitos Computacionais. Em um experimento hipotético, Einstein, Podolsky e Rosen demonstraram algumas consequências contra-intuitivas da mecânica quântica. A idéia básica é que duas partículas parecem sempre comunicar alguma informação mesmo estando separadas por uma distância arbitrariamente grande. Existe muito debate e muitos artigos sobre esse tópico, mas é interessante notar que, como proposto por Amr Sabry, essas características estranhas podem ser essencialmente modeladas por atribuições a variáveis globais. Baseados nesta idéia nós modelamos este comportamento estranho utilizando noções gerais de efeitos computacionais incorporados nas noções de mônadas e setas. Provando Propriedades de Programas Quânticos Utilizando Leis Algébricas. Nós desenvolvemos um trabalho preliminar para fazer provas equacionais sobre algoritmos quânticos escritos em uma sublinguagem pura de uma linguagem de programação funcional quântica, chamada QML. / Quantum computation can be understood as transformation of information encoded in the state of a quantum physical system. The basic idea behind quantum computation is to encode data using quantum bits (qubits). Differently from the classical bit, the qubit can be in a superposition of basic states leading to “quantum parallelism”, which is an important characteristic of quantum computation since it can greatly increase the speed processing of algorithms. However, quantum data types are computationally very powerful not only due to superposition. There are other odd properties like measurement and entangled. In this thesis we argue that a realistic model for quantum computations should be general with respect to measurements, and complete with respect to the information flow between the quantum and classical worlds. We thus explain and structure general and complete quantum programming in Haskell using well known constructions from classical semantics and programming languages, like monads and arrows. In more detail, this thesis focuses on the following contributions. Monads and Arrows. Quantum parallelism, entanglement, and measurement certainly go beyond “pure” functional programming. We have shown that quantum parallelism can be modelled using a slightly generalisation of monads called indexed monads, or Kleisli structures. We have also build on this insight and showed that quantum measurement can be explained using a more radical generalisation of monads, the so-called arrows, more specifically, indexed arrows, which we define in this thesis. This result connects “generic” and “complete” quantum features to well-founded semantics constructions and programming languages. Understanding of Interpretations of QuantumMechanics as Computational Effects. In a thought experiment, Einsten, Podolsky, and Rosen demonstrate some counter-intuitive consequences of quantum mechanics. The basic idea is that two entangled particles appear to always communicate some information even when they are separated by arbitrarily large distances. There has been endless debate and papers on this topic, but it is interesting that, as proposed by Amr Sabry, this strangeness can be essentially modelled by assignments to global variables. We build on that, and model this strangeness using the general notions of computational effects embodied in monads and arrows. Reasoning about Quantum Programs Using Algebraic Laws. We have developed a preliminary work to do equational reasoning about quantum algorithms written in a pure sublanguage of a functional quantum programming language, called QML.

A crescente complexidade dos programas de computador e o crescimento da carga de trabalho a qual eles são submetidos têm sido tendências recorrentes nos sistemas computacionais, em especial para sistemas distribuídos como aplicações web e sistemas corporativos. O aumento da carga de trabalho gera uma demanda por sistemas que façam melhor uso dos recursos computacionais disponíveis, enquanto a maior complexidade gera uma demanda por sistemas que se preocupem em minimizar o número de erros. Portanto, podem-se identificar dois objetivos a serem perseguidos pelos desenvolvedores de sistemas de software: melhorar o desempenho e aumentar a confiabilidade dos sistemas. A fim de alcançar os objetivos expostos, são desenvolvidos sistemas de monitoramento para automatizar a coleta e análise de dados sobre os sistemas computacionais alvo. O presente trabalho visa contribuir nos seguintes aspectos: na identificação dos dados relevantes para o monitoramento de aplicações distribuídas desenvolvidas para a plataforma Java; e na criação de uma ferramenta de monitoramento de aplicações distribuídas, explorando os novos recursos do JDK 1.5, bem como os recursos já disponíveis em Java, como carga dinâmica de classes e transformação de bytecodes A fim de avaliar a ferramenta proposta foram elaborados três estudos de caso: um utiliza uma aplicação existente sem necessidade de sua adaptação; outro avalia a sobrecarga da ferramenta frente a diferentes parâmetros; e o terceiro avalia o monitoramento de um sistema distribuído. Entende-se que a ferramenta atinge o objetivo de monitoramento de aplicações distribuídas, por meio da incorporação de técnicas e APIs distintas, ao permitir: o monitoramento de uma aplicação distribuída por meio do monitoramento de diversos nodos de tal aplicação concomitantemente; e a visualização das informações coletadas de forma online. Adicionalmente, a coleta simultânea de dados de diferentes nodos de uma aplicação distribuída pode ser útil para a descoberta de relações entre eventos que ocorrem durante a execução de tal aplicação. / The growing complexity of software and the increasing workload to which systems have been submitted are known trends in the computing system field, especially when distributed and web systems are considered. The increasing workload generates demand for systems that can make a better use of computing resources, while the increment of system complexity demands specific actions to prevent design faults. Therefore, software engineers have two main objectives to be concerned with: optimization and dependability. In order to accomplish these objectives, monitoring systems have been proposed to gather data from running systems so that their behavior can be analyzed. The present dissertation intends to contribute in the following domains: identifying relevant metrics for monitoring distributed Java applications; and developing a tool to monitor and profile distributed applications, using the new resources available in JDK 1 .5 as well as some already known techniques like dynamic classloading and bytecode instrumentation. In order to evaluate the proposed tool, three test cases have been developed: one with a well known application running without modification; another for evaluating the tools’ overhead in different scenarios; and a third one to evaluate a distributed application been monitored. We understand that the proposed tool is successful in monitoring distributed applications by the use of distinct APIs and techniques because: Nprof can monitor a distributed application by monitoring different nodes of the application simultaneously; and Nprof allows the online visualization of the collected data. Also, simultaneous collection of data from different nodes of a distributed application can be useful for discovering relations among events that occur during the execution of the application.

As grades computacionais e as redes peer-to-peer (P2P) surgiram como áreas distintas, com diferentes propósitos, modelos e ferramentas. No decorrer dos últimos anos, estas áreas foram convergindo, uma vez que a infraestrutura e o modelo de execução descentralizada das redes P2P provaram ser uma alternativa adequada para o tratamento de questões relacionadas à manutenção de grades de larga escala, tais como escalabilidade, descoberta, alocação e monitoramento de recursos. O modelo MultiCluster trata a convergência entre grades computacionais e redes peer-to-peer de uma forma mais restrita: os problemas de escalabilidade, de descoberta e alocação de recursos são minimizados considerando-se apenas recursos localmente disponíveis para a construção de uma grade, a qual pode ser usada para a execução de aplicações com diferentes características de acoplamento e comunicação. Esse trabalho apresenta a arquitetura do modelo e seus aspectos funcionais, bem como um primeira implementação do modelo, realizada através da adaptação da biblioteca de programação DECK sobre os protocolos do projeto JXTA. A avaliação do funcionamento dessa implementação é apresentada e discutida, com base em algumas aplicações com diferentes características. / Grid computing and peer-to-peer computing emerged as distinct areas with different purposes, models and tools. Over the last years, these areas has been converging since the infrastructure and the execution model used in peer-to-peer networks have proven to be a suitable way to treat some problems related to the maintenance of large scale grids, such as scalability, monitoring, and resource discovery and allocation. The MultiCluster model addresses the convergence of grids and peer-to-peer networks in a more restricted way: the problems related to scalability, resource allocation and discovery are minimized by considering only local resources for the conception of a small scale grid, which can be used to run applications with different characteristics of granularity and communication. This work presents the MultiCluster architecture and its functional aspects, as well as a first implementation carried out by adapting the DECK programming library to use JXTA protocols and its consequent evaluation, based on applications with different characteristics.

O advento dos computadores pessoais e posteriormente das estações de trabalho, somado ao desenvolvimento de hardware de comunicação eficiente e de baixo custo, levou a popularização das redes locais. Entretanto, o software não presenciou o mesmo desenvolvimento do hardware, especialmente devido a complexidade dos sistemas distribuídos. A heterogeneidade das máquinas, sistemas e redes, inerente aos ambientes computacionais modernos, restringe igualmente a integração e cooperação entre os nodos disponíveis. 0 objetivo do presente trabalho é, a partir da análise dos principais aspectos relacionados à distribuição e à heterogeneidade, desenvolver um sistema operacional de rede heterogêneo. Tal sistema, denominado HetNOS (de Heterogeneous Network Operating System), permite o desenvolvimento e validação de aplicações distribuídas homogêneas e heterogêneas de forma rápida e fácil. Os usuários podem concentrar-se nos aspectos de distribuição dos algoritmos, abstraindo detalhes dos mecanismos de comunicação, pois a programação de aplicações distribuídas é baseada em uma plataforma de interface homogênea, fácil de usar e com independência de localidade. Sendo um sistema operacional de rede, o HetNOS atua sobre o conjunto de sistemas operacionais nativos existentes; o ambiente de trabalho e estendido e não substituído. Não há entidades nem informações centralizadas, e os algoritmos são distribuídos, usualmente resultando maior confiabilidade e desempenho. A topologia do sistema é um anel lógico, esquema justificado pela generalidade de tal configuração e pela simplificação do projeto do núcleo distribuído do HetNOS. O paradigma de comunicação entre módulos e a troca de mensagens, mecanismo implementado sobre a interface de programação em rede sockets. Não há compartilhamento de memória em nenhuma instância, tornando o sistema mais legível, manutenível e portável. A interpelação entre módulos fica restrita à interface de mensagens definidas e aceitas por cada módulo. A arquitetura do HetNOS é estruturada e distribuída, pois o sistema é composto de camadas hierárquicas subdivididas em módulos, estes implementados com processos. O nível 1 corresponde ao conjunto de núcleos de sistemas operacionais nativos suportados, sobre o qual é implementado o núcleo distribuído heterogêneo do HetNOS, a DCL (Distributed Computing Layer). O principal serviço fornecido pela DCL (executada no nível 2), é um subsistema de troca de mensagens canônico e independente de localidade. Processos servidores e de usuários podem utilizar as mais variadas formas de comunicação por mensagens, tal como envio, recepção e propagação de mensagens síncronas, assíncronas, bloqueantes e não bloqueantes. No nível 3 estão os servidores do sistema, que estendem e implementam de forma distribuída a funcionalidade do sistema nativo. O Servidor de Nomes é o repositório global de dados, servindo a processos do sistema e de usuários. O Servidor de Autorização implementa o esquema de controle no acesso a recursos do sistema. O Servidor de Tipos permite que aplicações copiem dados estruturados de forma independente de localidade e de arquitetura. Por fim, o Servidor de Arquivos estende os serviços (de arquivos) locais de forma a integrá-los em um único domínio (espaço). No nível 4, arquiteturas e sistemas operacionais são emulados por módulos interpretadores (denominados Emulators). Aplicações de usuários estão espalhadas dos níveis 2 a 5; a camada varia com o tipo de aplicação. Para demonstrar a viabilidade do sistema, implementou-se a estrutura fundamental do HetNOS, incluindo a DCL (um núcleo distribuído heterogêneo), a versões básicas dos módulos servidores, as bibliotecas de procedimentos, além de diversos tipos de aplicações. O sistema conta hoje com mais de 25.000 linhas de código fonte C em mais de 100 arquivos. O desempenho do subsistema de comunicação implementado pela DCL (em avaliações com diferentes configurações de hardware) superou as expectativas iniciais, mas ainda está muito aquém do necessário a aplicações distribuídas. Segundo o que indicam as primeiras experiências realizadas, o HetNOS será bastante útil na prototipação e avaliação de modelos distribuídos, assim como na programação de software distribuído homogêneo e heterogêneo. Projetos de pesquisa do CPGCC envolvendo sistemas distribuídos (p.ex., tolerância a falhas e simulações) podem utilizar o HetNOS como ferramenta para implementação e validação de seus modelos. Futuramente, aplicações distribuídas e paralelas de maior porte poderão ser programadas, como sistemas de gerencia de bases de dados distribuídas, simuladores e sistemas de controle para automação industrial. / The advent of personal computers and, later, of workstations, along with the development of efficient and low-cost communication hardware has led to the popularization of local-area networks. However, distributed software did not experiment the same development of hardware, specially due to the complexity of distributed systems. The machine, system and communication network heterogeneity, inherent to the modern computing environments, is also responsible for the lack of integration and cooperation of available nodes. The purpose of this work is, from the analysis of the main aspects related to distribution and heterogeneity, to design a heterogeneous network operating system. Such system, named HetNOS (which stands for Heterogeneous Network Operating System), allows users to quickly write and validate distributed homogeneous and heterogeneous applications. Users can concentrate their work in the distributed aspects, abstracting communication mechanisms' details, because programming of distributed applications is based on a homogeneous interface platform, easy to use and location-independent. Being a network operating system, HetNOS acts over the set of native operating systems; the environment is extended instead of substituted. There are neither centralized information nor entities, and the algorithms are always distributed, usually yielding more reliability and performance. The HetNOS topology is a logical ring, scheme adopted partly due to the generality of such configuration and partly to simplify the HetNOS distributed kernel design. The communication paradigm between modules is the message exchange, a mechanism implemented over the sockets network application programming interface. There is no shared memory at all, making the system clearer, more manutible and portable. The interrelation between modules is restricted to the message interface defined and accepted by a module. The HetNOS architecture is structured and distributed, as the system is composed of hierarchical layers divided into modules, which in their turn are realized as processes. The layer 1 is the set of native operating system kernels, over which is implemented the distributed heterogeneous HetNOS kernel, namely DCL (states for Distributed Computing Layer). The main service provided by DCL (in layer 2) is a canonical, location-independent, message exchange mechanism. Server and user processes may use multiple forms of message primitives, such as synchronous, asynchronous, blocking and non-blocking send and receive. In the layer 3 are the system servers, which extend and implement in a distributed way the functionality of native systems. The name server is a global data repository, serving other system and user processes. The authorization server implements the security scheme to control the access to the system resources. The type server allows applications to transfer structured data independently of location and architecture. Finally, the file server extends the local (file) services to integrate them into a unique domain (space). In the layer 4, architectures and operating systems are emulated by interpreter modules (named Emulators). User applications are spread over the layers 2 to 5, depending on the application type. In order to prove the system viability, the fundamental HetNOS structure has been implemented, including its distributed heterogeneous kernel, the base of server modules, the procedure libraries, and several types of applications. The system source code has over 25,000 lines of C programming distributed over a hundred files. Although the optimization is an endless process, the performance of the DCL communication subsystem (evaluated using a few different hardware configurations) overestimated initial predictions, but is weak if considered the requirements to distributed processing. Accordingly to the first experiences made, HetNOS will be of great value to evaluate and prototype distributed models, as well as to the programming of homogeneous and heterogeneous distributed software. Local research projects involving distributed systems (e.g., fault tolerance and simulations) may use HetNOS as a tool to validate and implement their models. In the future, more complex distributed and parallel applications will be programmed, such as a distributed database management system, simulators and factory automation control systems.

Linguagens de programação orientadas a objetos possuem diversas características que facilitam sua utilização frente a outras linguagens imperativas. No projeto e desenvolvimento de software, o mecanismo de herança permite a construção de sistemas na forma incremental e evolutiva, possibilitando a reutilização de códigos já escritos. Também a possível atingir aplicações com bons níveis de segurança e confiabilidade, através do encapsulamento de dados e funções sob forma de objetos, que também representam a unidade básica de execução em uma linguagem orientada a objetos. O mesmo recurso que possibilita níveis elevados de segurança permite que linguagens orientadas a objetos sejam inerentemente distribuídas. Objetos possuem tanto área de dados e código de execução independentes dos demais. Acessos aos dados internos de um objeto somente são possíveis através de mensagens explicitas entre objetos. Neste caso um objeto solicita uma ação específica a outro objeto, podendo ser enviados parâmetros e existir retorno de resultados. Este trabalho apresenta um modelo para construção de uma linguagem orientada a objetos distribuída. O ambiente para suportar a execução ao modelo é compostos por vários nodos de processamento com memórias locais individuais e contando com uma rede de comunicação para troca de mensagens entre os nodos. O modelo e discutido em dois níveis distintos: a nível de linguagem e a nível operacional. A nível de linguagem são analisados os recursos de programação normalmente utilizados em linguagens orientadas a objetos quando implementados em ambientes distribuídos. O ambiente de suporte A execução necessário ao suporte do modelo da linguagem a analisado pelo nível operacional. A apresentação do modelo a nível de linguagem discute as características de uma linguagem orientada a objetos distribuída frente as implementações seqüenciais convencionais. E ressaltada a implementado de herança em um ambiente de execução distribuído, que, não podendo ser através de compartilhamento, é efetuada através de copia de código. Também são apresentadas novas diretivas de compilação necessárias exclusivamente a ambientes distribuídos. Tais diretivas visam explorar níveis de concorrência de uma aplicação durante sua execução, diferenciando classes que definem objetos locais ou distribuídos e diferentes tipos de mensagens entre objetos. As formas de extrair o melhor desempenho nas aplicações e o gerenciamento do ambiente de execução são os pontos abordados pelo nível operacional do modelo. Em operação neste nível, um elemento de gerencia de execução permite o controle tanto dos objetos da aplicação quanto dos nodos de processamento disponíveis para execução. A tarefa de controle de objetos viabiliza a criação e remoção de objetos durante a execução da aplicação, bem como a identificação de localização destes. O controle dos nodos de processamento possibilita analisar continuamente a carga computacional dos nodos de processamento. Assim, cada objeto a ser criado pode ser alocado em um nodo onde a carga computacional esteja baixa, propiciando um melhor desempenho no momento de execução da aplicação distribuído a carga entre os nodos. A unido do modelo de execução distribuído proposto a uma linguagem orientada a objetos resulta em uma linguagem eficiente tanto na produção de software como no desempenho de aplicações. A eficiência na produção de sistemas 6 obtida através de dois itens, a utilização do paradigma de orientação a objetos e a transparência do nível operacional para o programador, que não necessita conhecer os mecanismos utilizados para ativação de objetos e envio de mensagens. A eficiência de execução é obtida através da utilização de múltiplos nodos processadores servindo como base a execução. Neste trabalho é também apresentado um protótipo para uma linguagem suportando o modelo distribuído proposto. A linguagem, denominada DPC++ (Processamento Distribuído em C++), é voltada para execução em redes de estações de trabalho, sobre o sistema operacional Unix, utilizando sockets como mecanismo de comunicação. O estilo de programação em DPC++ é baseado em C++. / The objects-oriented programming languages have many features who make simple their use in front of others imperatives languages. In the software project and development, the inheritance mechanism allows an increasing and evaluative way of codes that have been written. It also possible gain applications with goods levels of security and confiability with the encapsulation of both data and functions in the form of object, which represent the basic execution unit in an object-oriented language. The same resource that provides high levels of security also permits that object-oriented languages may be inherently distributed. Objects have their own area of data, their execution codes are independent from the other. Accesses to the internal data of an object are possible only through a specific protocol among objets. When this occurs, an object requests a specific action to other object with or without parameters or results return. This work presents a model for build a distributed object-oriented language, devoted to environments compounded by several processing nodes with local memory and linked by a communication network. The model is discussed in two different levels: language level and operational level. In the language level are analyzed the programming resources usually used in object-oriented languages when implemented in distributed environments. The executing environments support are analyzed in the operational level. In the language level presentation are made a discussion about distributed object-oriented language features in front of conventional sequential implementations. It is emphasized inheritance in a distributed executing environment, who is done by code copy, due to can not be by memory sharing. Also are presented news compilation directives necessaries to the distributed environment. Those directives aim to explorer concurrence levels in an application during its execution, differing class who defining local or distributed objects and the different messages types among objects. The operational level boards the ways that mean to extract the best performance for the applications and the execution environment management. An execution manager element allows the control as the application objects as the available to execution processor nodes. The task of object control makes possible the objects creation and removal during the application executing as well their network identification. The processor nodes control allows the continuous analyzes of the computational load in the nodes available to processing. In this way, every object to be created can be allocated in a node with low occupation rates, propitiating a better performance in the application executing. The union of the proposed distributed execution model to an objectoriented language results in an efficient language as in the software production as in execution performance. The systems production efficiency is obtained from two items: the utilization of the object-oriented paradigm an the transparency of the operational level to the programmer, that no need know the used mechanisms to object activation and message exchange. The execution efficiency is gained by the utilization of multiples processor nodes supporting the application executing. In this work is presented a prototype that implements the proposed model. The language, called DPC++, Distributed Processing in C++, is turned to execute in workstation network with Unix operational system, using sockets as communication mechanism. The style of DPC++ programming are based in C++.

Neste trabalho é descrita a organização de SINSEM, um sistema de processamento automático de especificação SINtático-SEMânticas de linguagens de programação. É colocada a motivação para um tal sistema, em relação ao uso que se daria a ele. O sistema é situado entre sistemas similares, dos quais alguns são brevemente descritos, incluindo-se exemplos de uso. Procura-se estabelecer conceitos relativos as trabalho com sistemas de auxilio ao projeto e à implementação de linguagens de programação. É discutida a estrutura lógica do sistema e uma filosofia de utilização, bem como é apresentada a nova metalinguagem proposta construído a partir da notação BNF, com extensões para se exprimir a semântica de uma linguagem de um modo construtivo, permitindo a especificação de gramáticas livres do contexto sem recursões a esquerda, visando a produção de reconhecedores recursivos descendentes dotados de ações semânticas. São apresentadas a sintaxe concreta e estática da metalinguagem, explicando-se também as funções semânticas (do tipo estático e do tipo concreto) pré-definidas no ambiente de desenvolvimento onde a ferramenta se integra. Tal ambiente pode ser operado por um conjunto de comandos que constituem uma interface (o "envelope"), que inclui também uma biblioteca sintático-semântica (que pode ser atualizada pelo usuário). A interface é descrita por meio de DFD'S E DE UM DICIONÁRIO DE DADOS. Ao final é apresentado um exemplo, parcialmente comentado (capítulo 5), de definição completa de uma linguagem de programação (CSSD), usando-se a metalinguagem proposta e os itens pré-definidos da biblioteca sintático-semântica. / In this work it is specified the constitution of SINSEM, an automatic processing system for SYNtactic and SEMantic specifications of programming languages. it is discussed motivation for such a system, according to uses it could have. The system is situated among similar systems, and some of these are briefly described, including examples. It is attempted to establish concepts about working with ,design and implementation aiding systems for programming languages. It is discussed the logical structure of the system and a philosophy of use, as well is presented a new metalanguage proposal for syntactic and semantic descriptions that is a production system constructed from BNF notation, with extensions to give language semantics in a constructive way, allowing specification of free context grammars with no left recursions, aiming the generation of preliminary versions of recursive descent parsers with semantic actions. The abstract and concrete syntax of the metalanguage are presented, and are also explained the semantic functions (of static and concrete type) predefined with and within the development environment where this frame is inserted. That environment can be operated by a set of commands that constitutes an interface ( the " envelope") wich includes too a syntactic-semantic library ( this can be made up to date by the user own). The interface is described by means of a set of DFD's and a data dictionary. At the end. it is presented an example, partially commented (chapter 5), of a complete definition of a programming language ( CSSD ), using the proposed metalanguage and the predefined items of the syntactic-semantic iibrary.

Este trabalho apresenta um mapeamento centrado nas construções não usuais da linguagem Nautilus, para a linguagem convencional, no caso Java, mantendo propriedades com atomicidade que são requisitos da semântica formal da linguagem. Nautilus é originalmente uma linguagem de especificação baseada em objetos, textual que suporta objetos concorrentes e não deterministas. Desde então a linguagem foi modificada aom extensões como classes e uma notação diagramática, além de se investigar seu uso como linguagem de programação. Suas construções incomuns (reificação, agregação, etc.) são baseados em seu domínio semântico: Automâtos Não Sequenciais. Este domíno satisfaz composição diagonal, i.e refinamentos se compõem (verticalmente) refletindo uma descrição gradual de sistemas, envolvendo múltiplos níveis de abstração, e distribui-se através de combinadores (horizontalmente), o que significa que o refinamento de um sistema composto é a combinação de do refinamento de suas partes.O trabalho inclui um mapeamento inicial de um subconjunto da linguagem(objeto base, reificação, agregação e visão), uma versão ampliada para abranger mais construções( interação e classes), e uma versão refinada mais concorrente e sugestões de modificação na linguagem.