Les avancées technologiques permettent d'intégrer des capteurs et des modules de communication dans les objets du quotidien pour les rendre intelligents et faciliter leur intégration sur l'Internet. L'Internet du futur sera sans nul doute celui des objets connectés. Les objets connectés génèrent, collectent, stockent et partagent des informations entre eux et aussi avec les serveurs d'authentification centralisés. La plupart des informations collectées doivent être protégées pendant le stockage et le transfert. Par le passé, divers protocoles assurant une sécurité robuste basés sur la cryptographie asymétrique et d’autres sur la cryptographie symétrique ont été proposés dans la littérature. Du fait que les objets connectés possèdent de faibles capacités de calcul, de mémoire et d'énergie, et que l'accès au medium radio est très consommateur en ressources, les protocoles cryptographiques traditionnels ne sont pas adaptés aux objets connectés. Il y a lieu donc d'adapter ou de concevoir des protocoles propres et conformes à leurs exigences. Dans cette thèse, nous abordons les défis de sécurité et de vie privée pertinents aux systèmes pervasifs avec des contraintes de ressources strictes. Nous regardons les protocoles d'authentification serverless, qui sont des mécanismes d'authentification qui ne nécessitent pas la présence du serveur central au cours de la phase d'authentification entre deux objets connectés. Tout d'abord, nous fournissons les caractéristiques et les besoins pour les protocoles serverless. Grâce à ces besoins et caractéristiques, nous avons fait des recherches, des analyses complètes et des comparaisons des protocoles serverless existants en termes de sécurité, de vie privée et de performances. Nous examinons leurs capacités à résister à diverses attaques et leurs aptitudes à minimiser l’usage des ressources. Après quoi, notre objectif est de proposer des protocoles de sécurité serverless permettant aux objets de s’authentifier tout en garantissant efficacité, passage à l’échelle et efficacité énergétique, l'énergie étant une ressource très critique qui a une influence directe sur la durée de vie d’un objet connecté. Trois nouvelles contributions sont proposées dans cette thèse. Notre première contribution est un protocole léger serverless d'authentification mutuelle pour les objets connectés hétérogènes. La première contribution fournit trois avantages par rapport aux protocoles existants. Cette contribution répond aux exigences des systèmes pervasifs. La validation de notre proposition a été faite en utilisant l'outil AVISPA et la validation informelle en utilisant sécurité et de vie privée des jeux. Notre deuxième contribution comprend deux protocoles complémentaires dans le domaine des technologies RFID. Le premier protocole vise à l'authentification de masse entre un lecteur RFID et un groupe d'étiquettes tandis que le deuxième protocole effectue une recherche sécurisée pour une étiquette cible parmi un groupe d'étiquettes dans le voisinage du lecteur. Les deux protocoles proposés tiennent compte des contraintes de ressources des étiquettes RFID. Après une étude approfondie des protocoles serverless, nous avons proposé une troisième contribution, un guide pour la conception des protocoles serverless sécurisé et efficaces pour les systèmes pervasifs. Le guide contient six principes et six meilleures pratiques en vue d'élaborer des protocoles serverless. Le guide est destiné à aider à la conception de protocoles serverless efficaces, sécurisés et simples en évitant des erreurs couramment faites dans les protocoles existants / This thesis addresses the security and privacy challenges relevant to the resource constrained devices in the era of pervasive computing. Pervasive computing, a term coined by Schechter to describe the idea of computing services available anytime, anywhere and on demand, is characterized by seamless interactions between heterogeneous players in the Internet. This phenomenon allows intelligent chips, sensors or microcontrollers to be embedded into everyday objects to enable them generate, communicate and share information. Pervasive computing accelerates technological evolution by integrating small and resource constrained devices to the Internet arena, eventually opening doors to new services requiring seamless interactions and integrations with the existing technologies, infrastructures and services. The nature of the information generated, stored and shared by resource constrained devices may require proper security and privacy guarantees. Towards that end, the classical security solutions are not ideal candidates to solve the security and privacy challenges in pervasive systems for two reasons. First, classical security protocols require a lot of resources from the host devices while most of the pervasive devices have very strict resource constraints. Second, most classical security solutions work in a connected mode, which requires constant communication between devices and centralized servers for authentication and authorization purposes. However, pervasive devices may be working in isolated areas with intermittent network coverage and connectivity. Thus, it is ideal to come up with alternative solutions suitable for heterogeneous pervasive devices to smoothly interact, authenticate and securely share information. One of the suitable alternative solutions is the serverless protocols. The term “serverless protocol” refers to the mechanism of enabling centrally controlled devices to autonomously authenticate one another, or other heterogeneous devices, without an active participation of the centralized authentication or authorization servers. Serverless protocols prioritize on securing proximity communication between heterogeneous devices while optimizing on the little resources available. In this thesis, we tackle the challenges of pervasive systems by proposing lightweight and efficient serverless protocols for authenticating heterogeneous pervasive devices during proximity communication. Our proposed protocols derive their originality from the fact that they do not require the communicating parties to have prior relationships with each other, nor to have any previously shared authentication information with each other. Moreover, our proposed solutions incorporate context information to enforce automatic parameter expiry. This property is not supported by most of the earlier versions of the serverless protocol schemes, hence making them vulnerable to different attacks. Three novel contributions are proposed in this thesis. First, we propose a serverless lightweight mutual authentication protocol for heterogeneous devices. The first contribution includes a formal validation using the AVISPA tool. Second, we propose two complementing protocols using RFID (Radio-Frequency Identification) as a core technology. The first protocol performs mass authentication between an RFID reader and a group of tags and the second protocol performs a secure search for a target tag among a group of tags. The second contribution includes two formal validations; one is done using the AVISPA tool and the other is done using the CryptoVerif tool. After a thorough study of serverless protocols, we propose our third contribution, a concise guide on how to develop secure and efficient serverless protocols relevant to the pervasive systems

With the growth of cloud computing, various delivery models have emerged to attract developers looking for scalable and cost-effective infrastructures for their software. Traditionally, applications are developed as a monolith with one single codebase repository, and they are easily deployed; for example as Platform as a Service (PaaS). However, monolithic applications have received criticism for inefficient resource handling when deployed on the cloud; therefore, new delivery models have been introduced as alternatives. Recent research points towards Function as a Service (FaaS) to potentially solve the issue of inefficient resource handling and, therefore, reduce costs. Furthermore, since multiple distinct development strategies and delivery models exist, it becomes increasingly important to choose the right strategy from the beginning since migrating to another development strategy or deployment model in the future is rather expensive. This thesis load tests monolithic and serverless applications to determine which development approach best suits performance, scalability, and cost requirements. The findings obtained showed that an application implemented with a serverless architecture can be a better strategy if the application needs to be able to handle a sudden large up-scaling. Otherwise, both architectures showed similar results to stable workloads. Regarding costs, the serverless architecture optimized costs on a smaller scale but further analysis showed that it can surpass the costs of a monolithic architecture if it surpasses a threshold of requests per month. / Nya molntjänster har lanserats för att locka utvecklare som letar efter skalbara och kostnadseffektiva infrastrukturer för sin programvara. Traditionellt utvecklas applikationer som en monolit med en enda kodbas, och de är lätta att lansera; till exempel med Platform as a Service (PaaS). Monolitiska applikationer har dock fått kritik för ineffektiv resurshantering när de distribueras i molnet; därför har nya servicemodeller introducerats som alternativ. Ny forskning pekar mot Function as a Service (FaaS) för att potentiellt lösa problemet med ineffektiv resurshantering och därför minska kostnaderna. Dessutom, eftersom det finns flera olika utvecklingsstrategier och servicemodeller, blir det allt viktigare att välja rätt strategi från början eftersom att det kan bli dyrt att migrera till en annan strategi i framtiden. Detta examensarbete testar en monolitisk applikation och en serverlös applikation för att avgöra vilken utvecklingsmetod som passar bäst gällande prestanda, skalbarhet och kostnadskrav. Resultaten som erhölls visade att en applikation implementerad med en serverlös arkitektur kan vara en bättre strategi om applikationen ska kunna hantera en snabb uppskalning. Annars visade båda arkitekturerna liknande resultat när det var stabilare arbetsbelastningar. Serverlösa arkitekturen optimerade kostanderna i en mindre skala, men vidare analyser visade att kostnaden kan överskrida en monolitisk arkitektur om applikationens efterfrågan skulle passera ett visst antal användare per månad.

As monolithic software grows in complexity, they tend to reach a point where further improvements and maintenance become a significant burden. Therefore, Many organizations consider moving components of their systems into separate microservices. Distributed systems with loosely coupled microservices tend to become more manageable involving development, deployment, and maintenance.  Transitioning from a monolithic architecture to an architecture based on microservices is not straightforward. The purpose of this thesis is to study and develop a strategy for extracting microservices from a pre-existing monolithic system. It also intends to provide concepts for how to investigate and carry out migrations.  The results showed that serverless computing would serve the system in question well while simultaneously leveraging DevOps principles across an entire domain. In conclusion, the strategy was summed up in several steps that represent the initiation towards full migration. Further research needs to be conducted on avoiding abrupt interruptions of services during migration and how to share data effectively across services and domains. / När monolitisk programvara växer i komplexitet finns det en tendens att den når ett tillstånd där ytterligare förbättringar och underhåll orsakar avsevärd börda. Många organisationer överväger därför att flytta komponenter från sina system till separata mikrotjänster. Distribuerade system med löst kopplade mikrotjänster syftar till att vara mer hanterbara med avseende till utveckling, driftsättning och underhåll.  Övergången från en monolitisk arkitektur till en arkitektur baserad på mikrotjänster är ibland inte helt självklar. Därför är syftet med detta examensarbete att studera och utveckla en strategi för att extrahera mikrotjänster från ett redan existerande monolitiskt system. Rapporten avser även att ge koncept för hur man utreder och genomför en migration.  Resultaten visar att serverlös databehandling skulle vara till nytta för systemet i fråga och samtidigt främja nyttjandet DevOps-principerna över en tjänst som utgör en hel domän. Strategin sammanfattades i flertalet steg, vilka representerar migrationsövergången. Ytterligare forskning behöver utföras för att undvika plötsliga avbrott i tjänster under migration och hur man effektivt kan dela data mellan tjänster och domäner.

Software engineering architectures, such as microservices and serverless, have been increasingly adopted for their ability to address architectural challenges through a modular approach. This modularity involves isolating components and assigning them specific responsibilities independently of other components. Java, a computationally robust language, is frequently utilized in microservice architectures; however, the Java Virtual Machine (JVM) is often criticized for its slow and unpredictable startup times in these environments. This study investigates the startup time, response time, and CPU load of Java services compiled with either the JVM or GraalVM. A microservice system comprising three testable Java services was developed and monitored to identify any differences in the aforementioned metrics. The results indicate that GraalVM outperforms the JVM in terms of startup time. However, the impact of GraalVM on response time is not statistically significant enough to reject the null hypothesis. Additionally, GraalVM demonstrates lower CPU usage during cold starts. From an environmental perspective it is important to note that the shortened start time potentially comes at the cost of an increased development time depending on the complexity of the system and the seniority of the developer. / <p>Det finns övrigt digitalt material (t.ex. film-, bild- eller ljudfiler) eller modeller/artefakter tillhörande examensarbetet som ska skickas till arkivet.</p><p>There are other digital material (eg film, image or audio files) or models/artifacts that belongs to the thesis and need to be archived.</p>

Tesis por compendio / [ES] En los últimos años, la popularidad de la computación en nube ha permitido a los usuarios acceder a recursos de cómputo, red y almacenamiento sin precedentes bajo un modelo de pago por uso. Esta popularidad ha propiciado la aparición de nuevos servicios para resolver determinados problemas informáticos a gran escala y simplificar el desarrollo y el despliegue de aplicaciones. Entre los servicios más destacados en los últimos años se encuentran las plataformas FaaS (Función como Servicio), cuyo principal atractivo es la facilidad de despliegue de pequeños fragmentos de código en determinados lenguajes de programación para realizar tareas específicas en respuesta a eventos. Estas funciones son ejecutadas en los servidores del proveedor Cloud sin que los usuarios se preocupen de su mantenimiento ni de la gestión de su elasticidad, manteniendo siempre un modelo de pago por uso de grano fino. Las plataformas FaaS pertenecen al paradigma informático conocido como Serverless, cuyo propósito es abstraer la gestión de servidores por parte de los usuarios, permitiéndoles centrar sus esfuerzos únicamente en el desarrollo de aplicaciones. El problema del modelo FaaS es que está enfocado principalmente en microservicios y tiende a tener limitaciones en el tiempo de ejecución y en las capacidades de computación (por ejemplo, carece de soporte para hardware de aceleración como GPUs). Sin embargo, se ha demostrado que la capacidad de autoaprovisionamiento y el alto grado de paralelismo de estos servicios pueden ser muy adecuados para una mayor variedad de aplicaciones. Además, su inherente ejecución dirigida por eventos hace que las funciones sean perfectamente adecuadas para ser definidas como pasos en flujos de trabajo de procesamiento de archivos (por ejemplo, flujos de trabajo de computación científica). Por otra parte, el auge de los dispositivos inteligentes e integrados (IoT), las innovaciones en las redes de comunicación y la necesidad de reducir la latencia en casos de uso complejos han dado lugar al concepto de Edge computing, o computación en el borde. El Edge computing consiste en el procesamiento en dispositivos cercanos a las fuentes de datos para mejorar los tiempos de respuesta. La combinación de este paradigma con la computación en nube, formando arquitecturas con dispositivos a distintos niveles en función de su proximidad a la fuente y su capacidad de cómputo, se ha acuñado como continuo de la computación en la nube (o continuo computacional). Esta tesis doctoral pretende, por lo tanto, aplicar diferentes estrategias Serverless para permitir el despliegue de aplicaciones generalistas, empaquetadas en contenedores de software, a través de los diferentes niveles del continuo computacional. Para ello, se han desarrollado múltiples herramientas con el fin de: i) adaptar servicios FaaS de proveedores Cloud públicos; ii) integrar diferentes componentes software para definir una plataforma Serverless en infraestructuras privadas y en el borde; iii) aprovechar dispositivos de aceleración en plataformas Serverless; y iv) facilitar el despliegue de aplicaciones y flujos de trabajo a través de interfaces de usuario. Además, se han creado y adaptado varios casos de uso para evaluar los desarrollos conseguidos. / [CA] En els últims anys, la popularitat de la computació al núvol ha permès als usuaris accedir a recursos de còmput, xarxa i emmagatzematge sense precedents sota un model de pagament per ús. Aquesta popularitat ha propiciat l'aparició de nous serveis per resoldre determinats problemes informàtics a gran escala i simplificar el desenvolupament i desplegament d'aplicacions. Entre els serveis més destacats en els darrers anys hi ha les plataformes FaaS (Funcions com a Servei), el principal atractiu de les quals és la facilitat de desplegament de petits fragments de codi en determinats llenguatges de programació per realitzar tasques específiques en resposta a esdeveniments. Aquestes funcions són executades als servidors del proveïdor Cloud sense que els usuaris es preocupen del seu manteniment ni de la gestió de la seva elasticitat, mantenint sempre un model de pagament per ús de gra fi. Les plataformes FaaS pertanyen al paradigma informàtic conegut com a Serverless, el propòsit del qual és abstraure la gestió de servidors per part dels usuaris, permetent centrar els seus esforços únicament en el desenvolupament d'aplicacions. El problema del model FaaS és que està enfocat principalment a microserveis i tendeix a tenir limitacions en el temps d'execució i en les capacitats de computació (per exemple, no té suport per a maquinari d'acceleració com GPU). Tot i això, s'ha demostrat que la capacitat d'autoaprovisionament i l'alt grau de paral·lelisme d'aquests serveis poden ser molt adequats per a més aplicacions. A més, la seva inherent execució dirigida per esdeveniments fa que les funcions siguen perfectament adequades per ser definides com a passos en fluxos de treball de processament d'arxius (per exemple, fluxos de treball de computació científica). D'altra banda, l'auge dels dispositius intel·ligents i integrats (IoT), les innovacions a les xarxes de comunicació i la necessitat de reduir la latència en casos d'ús complexos han donat lloc al concepte d'Edge computing, o computació a la vora. L'Edge computing consisteix en el processament en dispositius propers a les fonts de dades per millorar els temps de resposta. La combinació d'aquest paradigma amb la computació en núvol, formant arquitectures amb dispositius a diferents nivells en funció de la proximitat a la font i la capacitat de còmput, s'ha encunyat com a continu de la computació al núvol (o continu computacional). Aquesta tesi doctoral pretén, doncs, aplicar diferents estratègies Serverless per permetre el desplegament d'aplicacions generalistes, empaquetades en contenidors de programari, a través dels diferents nivells del continu computacional. Per això, s'han desenvolupat múltiples eines per tal de: i) adaptar serveis FaaS de proveïdors Cloud públics; ii) integrar diferents components de programari per definir una plataforma Serverless en infraestructures privades i a la vora; iii) aprofitar dispositius d'acceleració a plataformes Serverless; i iv) facilitar el desplegament d'aplicacions i fluxos de treball mitjançant interfícies d'usuari. A més, s'han creat i s'han adaptat diversos casos d'ús per avaluar els desenvolupaments aconseguits. / [EN] In recent years, the popularity of Cloud computing has allowed users to access unprecedented compute, network, and storage resources under a pay-per-use model. This popularity led to new services to solve specific large-scale computing challenges and simplify the development and deployment of applications. Among the most prominent services in recent years are FaaS (Function as a Service) platforms, whose primary appeal is the ease of deploying small pieces of code in certain programming languages to perform specific tasks on an event-driven basis. These functions are executed on the Cloud provider's servers without users worrying about their maintenance or elasticity management, always keeping a fine-grained pay-per-use model. FaaS platforms belong to the computing paradigm known as Serverless, which aims to abstract the management of servers from the users, allowing them to focus their efforts solely on the development of applications. The problem with FaaS is that it focuses on microservices and tends to have limitations regarding the execution time and the computing capabilities (e.g. lack of support for acceleration hardware such as GPUs). However, it has been demonstrated that the self-provisioning capability and high degree of parallelism of these services can be well suited to broader applications. In addition, their inherent event-driven triggering makes functions perfectly suitable to be defined as steps in file processing workflows (e.g. scientific computing workflows). Furthermore, the rise of smart and embedded devices (IoT), innovations in communication networks and the need to reduce latency in challenging use cases have led to the concept of Edge computing. Edge computing consists of conducting the processing on devices close to the data sources to improve response times. The coupling of this paradigm together with Cloud computing, involving architectures with devices at different levels depending on their proximity to the source and their compute capability, has been coined as Cloud Computing Continuum (or Computing Continuum). Therefore, this PhD thesis aims to apply different Serverless strategies to enable the deployment of generalist applications, packaged in software containers, across the different tiers of the Cloud Computing Continuum. To this end, multiple tools have been developed in order to: i) adapt FaaS services from public Cloud providers; ii) integrate different software components to define a Serverless platform on on-premises and Edge infrastructures; iii) leverage acceleration devices on Serverless platforms; and iv) facilitate the deployment of applications and workflows through user interfaces. Additionally, several use cases have been created and adapted to assess the developments achieved. / Risco Gallardo, S. (2023). Serverless Strategies and Tools in the Cloud Computing Continuum [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202013 / Compendio

Cloud computing is a growing industry. More and more companies are moving away from on-premise infrastructure. Instead, the choice is often to build their systems based on cloud services. This growth in the industry has brought with it new needs and consequently, new solutions. There have never existed as many different cloud providers and services offered by these providers. One of the newer paradigms in this industry is the serverless approach. The problem of this thesis is that there is a lack of research into how Azure's serverless Function-as-a-Service offering compare to their more traditional Infrastructure-as-a-Service one. Therefore, the purpose of this work is to compare the two with regards to their performance, cost, and required developer effort. The goal is to provide a comparison that can help software professionals in choosing an appropriate cloud solution for their application. Additionally, it aims to contribute to the increased knowledge of modern serverless solutions while providing a basis for future research. A qualitative method supported by measurements is used. The two cloud solutions are compared with regards to their performance, cost and developer effort. This is done by implementing and deploying equivalent Representational State Transfer applications with the two Azure offerings. The two implementations are stress-tested to measure their performance, and their incurred costs are compared. Additionally, the effort involved in developing the two solutions is compared by studying the amount of time required to deploy them, and the amount of code needed for them. The results show that the serverless Function-as-a-Service solution performed worse under the types of high loads used in the study. The incurred costs for the performed tests were higher for the serverless option, while the developer effort involved was lower. Additionally, further testing showed that the performance of the Function-as-a-Service solution was highly dependent on the concept of cold starts. / Molnbaserade tjänster är en växande industri. Fler och fler företag rör sig bort från att ha sin infrastruktur i egna lokaler. Istället väljer många att bygga sina system med molntjänster. Denna tillväxt inom industrin har fört med sig nya behov och med det nya lösningar. Det har aldrig tidigare existerat lika många molnleverantörer och molntjänster. En ny paradigm inom denna industri är det serverlösa tillvägagångssättet. Problemet som denna uppsats ämnar att angripa är att det finns en brist på forskning som jämför Azures serverlösa Function-as-a-Service tjänst med deras mer traditionella Infrastructure-as-a-Service tjänst. Syftet med detta arbete är därför att jämföra dessa två med avseende på deras prestanda, kostnad och nödvändig utvecklaransträngning. Målet är att tillhandahålla en jämförelse som kan hjälpa arbetare inom mjukvaruindustrin att välja en passande molnlösning för deras behov. Utöver det ämnar detta arbete att bidra till en ökad kunskap kring moderna serverlösa tjänster, samt att tillhandahålla en bas för framtida forskning. En kvalitativ metod understödd av mätningar används. De två tjänsterna jämförs med avseende på deras prestanda, kostnad och nödvändig utvecklaranstränging. Detta utförs genom att implementera och driftsätta likvärdiga Representational State Transfer-applikationer med de två tjänsterna från Azure. Implementationerna stresstestas för att mäta deras prestanda, och kostnaden för detta jämförs. Utöver det jämförs den anstränging som krävdes av utvecklarna för att utveckla de två lösningarna, detta genom att studera tiden som behövdes för att driftsätta dem och hur mycket kod som erfordrades. Resultaten visar att den serverlösa Function-as-a-Service tjänsten presterade sämre för den typ av belastning som användes. Kostnaden för de utförda testerna var högre för den serverlösa tjänsten, medan den nödvändiga utvecklaransträngningen var lägre. Utöver detta visade ytterliggare testning att prestandan för Function-as-a-Service tjänsten till stor del påverkas av kallstarter.

Serverless computing and Function-as-a-Service are rising in popularity due to their ease of use, provided scalability and cost-efficient billing model. One such platform is Apache Flink Stateful Functions. It allows application developers to run serverless functions with state that is persisted using the underlying stream processing engine Apache Flink. Stateful Functions use an embedded RocksDB state backend, where state is stored locally at each worker. One downside of this architecture is that state is lost if a worker fails. To recover, a recent snapshot of the state is fetched from a persistent file system. This can be a costly operation if the size of the state is large. In this thesis, we designed and developed a new decoupled state backend for Apache Flink Stateful Functions, with the goal of increasing availability while measuring potential performance trade-offs. It extends an existing decoupled state backend for Flink, FlinkNDB, to support the operations of Stateful Functions. FlinkNDB stores state in a separate highly available database, RonDB, instead of locally at the worker nodes. This allows for fast recovery as large state does not have to be transferred between nodes. Two new recovery methods were developed, eager and lazy recovery. The results show that lazy recovery can decrease recovery time by up to 60% compared to RocksDB when the state is large. Eager recovery did not provide any recovery time improvements. The measured performance was similar between RocksDB and FlinkNDB. Checkpointing times in FlinkNDB were however longer, which cause short periodic performance degradation. The evaluation of FlinkNDB suggests that decoupled state can be used to improve availability, but that there might be performance deficits included. The proposed solution could thus be a viable option for applications with high requirements of availability and lower performance requirements. / Serverlös datorberäkning och Function-as-a-Service (FaaS) ökar i popularitet på grund av dess enkelhet att använda, skalbarhet och kostnadseffektiva fakturerings-model. En sådan platform är Apache Flink Stateful Functions. Den tillåter applikationsutvecklare att köra serverlösa funktioner med varaktigt tillstånd genom den underliggande strömprocesseringsmotorn Apache Flink. Stateful Functions använder en inbyggd RocksDB tillståndslagring, där tillstånd lagras lokalt på arbetarnoderna. Ett problem med denna arkitektur är att tillstånd förloras om en arbetarnod krashar. För att återhämta sig behöver systemet hämta en tidigare sparad tillståndskopia från ett varaktivt filsystem, vilket kan bli kostsamt om tillståndet är stort. I denna uppsatts har vi designat och utvecklat en ny prototyp för att separat hantera tillstånd i Apache Flink Stateful Functions, med målet att öka tillgängligheten utan att förlora prestanda. Prototypen är en vidareutveckling av en existerande separat tillståndshantering för Flink, FlinkNDB, som utökades för att kunna hantera Stateful Functions. FlinkNDB sparar tillstånd i en separat högtillgänglig database, RonDB, istället för att spara tillstånd lokalt på arbetarnoderna. Detta möjliggör snabb återhämtning då inte stora mängder tillstånd behöver skickas mellan noder. Två återhämtningsmetoder utvecklades, ivrig och lat återhämtning. Resultaten visar att lat återhämtning kan sänka återhämtningstiden med upp till 60% jämfört med RocksDB då tillståndet är stort. Ivrig återhämtning visade inte några förbättringar i återhämtningstid. Prestandan var liknande mellan RocksDB och FlinkNDB. Tiden för checkpoints var däremot längre för FlinkNDB vilket orsakade korta periodiska prestandadegraderingar jämfört med RocksDB. Evalueringen av FlinkNDB föreslår att separat tillståndshantering kan öka tillgängligheten av Stateful Functions, men att detta kan innebära vissa prestanda degraderingar. Den föreslagna lösningen kan således vara ett bra alternativ när det finns höga krav på tillgänglighet, men lågra krav på prestanda.

[ES] El principal objetivo de esta tesis es ofrecer a los usuarios científicos un modo de crear y ejecutar aplicaciones sin servidor (i.e. serverless) altamente paralelas, dirigidas por eventos y orientadas al procesado de datos, tanto en proveedores en la nube públicos (e.g. AWS) como privados (e.g. OpenNebula, OpenStack). Para llevar a cabo dicho objetivo, se han desarrollado e integrado diferentes herramientas que ofrecen una vía para desplegar aplicaciones de computación de altas prestaciones basadas en contenedores, que además pueden beneficiarse de la alta escalabilidad presente en los entornos serverless. Primero se ha creado una herramienta que permite el despliegue de cargas de trabajo genéricas en el proveedor público AWS. Esta herramienta posibilita que se puedan aprovechar las funcionalidades de AWS Lambda (e.g. alta escalabilidad, computación basada en eventos) para el despliegue y la integración de aplicaciones computacionalmente intensivas que usan el modelo de funciones como servicio (FaaS). En segundo lugar se ha desarrollado un modelo de programación de alto rendimiento para el procesado de datos y orientado a eventos que permite a los usuarios desplegar flujos de trabajo como un conjunto de funciones serverless, a la vez que ofrece una gestión transparente de los datos. En tercer lugar, para poder superar los problemas presentes en los proveedores públicos (e.g. tiempo de ejecución limitado), se ha creado una plataforma que facilita el uso del modelo FaaS en infraestructuras privadas. Esta plataforma también puede ser desplegada automáticamente en distintos proveedores públicos de la nube. Finalmente, para comprobar y validar las diferentes herramientas y plataformas desarrolladas, se han probado diferentes casos de uso con interés tanto para investigación como para la empresa. / [CA] El principal objectiu d'aquesta tesi és oferir als usuaris científics una manera de crear i executar aplicacions sense servidor (i.e. serverless) altament paral·leles, dirigides per esdeveniments i orientades al processament de dades, tant en proveïdors en núvol públics (e.g. AWS) com en privats (e.g. OpenNebula, OpenStack). Per a dur a terme aquest objectiu, s'ha desenvolupat e integrat diferents eines que ofereixen una via per desplegar aplicacions de computació d'altes prestacions basades en contenidors, alhora que es poden beneficiar de l'alta escalabilitat present en els entorns serverless. Primerament, s'ha creat una eina que possibilita el desplegament de càrregues de treball genèriques al proveïdor públic en núvol AWS. Aquesta eina permet aprofitar les funcionalitats de AWS Lambda (e.g. alta escalabilitat, computació basada en esdeveniments) per al desplegament i la integració d'aplicacions computacionalment intensives que fan ús del model de funcions com a servei (FaaS). En segon lloc, s'ha desenvolupat un model de programació d'alt rendiment per al processament de dades i orientat a esdeveniments, que permet als usuaris desplegar fluxos de treball com un conjunt de funcions serverless, alhora que ofereix una gestió transparent de les dades. En tercer lloc, per a superar els problemes presents als proveïdors públics (e.g. temps d'execució limitat) s'ha creat una plataforma que permet utilitzar el model FaaS en infraestructures privades. A més, aquesta plataforma pot ser desplegada automàticament en múltiples proveïdors públics en núvol. Finalment, per a comprobar i validar les diferents eines i plataformes dutes a terme, s'han provat diferents casos d'ús amb interès tant per a la recerca com per a l'empresa. / [EN] The main objective of this thesis is to allow scientific users to deploy and execute highly-parallel event-driven file-processing serverless applications both in public (e.g. AWS), and in private (e.g. OpenNebula, OpenStack) cloud infrastructures. To achieve this objective, different tools and platforms are developed and integrated to provide scientific users with a way for deploying High Throughput Computing applications based on containers that can benefit from the high elasticity capabilities of the serverless environments. First, an open-source tool to deploy generic serverless workloads in the AWS public Cloud provider has been created. This tool allows the scientific users to benefit from the features of AWS Lambda (e.g. high scalability, event-driven computing) for the deployment and integration of compute-intensive applications that use the Functions as a Service (FaaS) model. Second, an event-driven file-processing high-throughput programming model has been developed to allow the users deploy generic applications as workflows of functions in serverless architectures, offering transparent data management. Third, in order to overcome the drawbacks of public serverless services such as limited execution time or computing capabilities, an open-source platform to support FaaS for compute-intensive applications in on-premises Clouds was created. The platform can be automatically deployed on multi-Clouds in order to create highly-parallel event-driven file-processing serverless applications. Finally, in order to assess and validate all the developed tools and platforms, several use cases with business and scientific backgrounds have been tested. / Pérez González, AM. (2020). Advanced Elastic Platforms for High Throughput Computing on Container-based and Serverless Infrastructures [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/146365

This report compares the performance of container orchestration architecture and serverless computing platforms within cloud computing. The focus is on their application in managing real-time communications for electric vehicle(EV) charging systems using the Open Charge Point Protocol (OCPP). With the growing demand for efficient and scalable cloud solutions, especially in sectors using Internet of Things (IoT) and real-time communication technologies, this study investigates how different architectures handle high-load scenarios and real-time data transmission. Through systematic load testing of Kubernetes (for container orchestration) and Azure Functions (for serverless computing), the report measures and analyzes response times, throughput, and error rates at various demand levels. The findings indicate that while Kubernetes performs robustly under consistent loads, Azure Functionsexcel in managing dynamic, high-load conditions, showcasing superior scalability and efficiency. A controlled experiment method ensures a precise and objective assessment of performance differences. The report concludes by proposing a hybrid model that leverages the strengths of both architectures to optimize cloud resource utilization and performance.

The expanding adoption of cloud computing services by businesses has transformed IT infrastructure and data management in the computing space. Cloud computing offers advantages such as availability, scalability, and cost-effectiveness, making it a favored choice for businesses of all sizes. The aim of this thesis is to compare private and public cloud computing services in terms of pricing and implementation effort as well as comparing the cloud providers to each other. The top three cloud providers that will be examined are Google GCP, Microsoft Azure, and Amazon AWS. The study examines different pricing models and evaluates their effectiveness in different business scenarios. In addition, the thesis also discusses the challenges associated with building and maintaining private infrastructure and the deployment of applications to cloud computing service are examined. The research methodology involves data collection, analysis, and a case study of developing and deploying a ticketing system application on different cloud platforms. The ticket system helps to provide a realistic example and investigation of the cloud providers. The findings will help companies make informed decisions regarding the selection of the most appropriate cloud computing service based on pricing models and implementation efforts. The thesis provides valuable information on private and public cloud computing and recommends appropriate pricing models for different scenarios. This study adds to existing knowledge by analyzing current pricing models and deployment concepts in cloud computing. The thesis does not propose new solutions but follows a structured format compiling information on private, and public cloud computing and a comprehensive review of cloud computing pricing models and marketing efforts. / Den växande adoptionen av molntjänster inom företag har förändrat IT-infrastrukturen och datahanteringen inom datorområdet. Molntjänster erbjuder fördelar såsom tillgänglighet, skalbarhet och kostnadseffektivitet, vilket gör det till ett populärt val för företag i alla storlekar. Syftet med denna avhandling är att jämföra privata och offentliga molntjänster med avseende på prissättning och implementeringsinsatser samt att jämföra molnleverantörerna med varandra. De tre främsta molnleverantörerna som kommer att undersökas är Google GCP, Microsoft Azure och Amazon AWS. Studien undersöker olika prismodeller och utvärderar deras effektivitet i olika affärsscenarier. Dessutom diskuterar avhandlingen också utmaningarna med att bygga och underhålla privat infrastruktur samt implementeringen av applikationer till molntjänster. Forskningsmetodologin omfattar datainsamling, analys och en fallstudie av utveckling och implementering av ett support system på olika molnplattformar. Supportsystemet hjälper till att ge ett realistiskt exempel och undersökning av molnleverantörerna. Resultaten kommer att hjälpa företag att fatta informerade beslut när det gäller valet av lämpligaste molntjänst baserat på prismodeller och implementeringsinsatser. Avhandlingen tillhandahåller värdefull information om privat och offentlig molntjänst och rekommenderar lämpliga prismodeller för olika scenarier. Denna studie bidrar till befintlig kunskap genom att analysera nuvarande prismodeller och implementeringskoncept inom molntjänster. Avhandlingen föreslår inga nya lösningar, men följer en strukturerad format genom att sammanställa information om privat och offentlig molntjänst samt en omfattande översikt av prismodeller och marknadsinsatser inom molntjänster.