FURTADO JÚNIOR, C. G. Contribuições à modelagem e à simulação de sistemas distribuídos usando redes de Petri coloridas - alocação de webcaches e particionamento de modelos em processos independentes. 2016. 109 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Teleinformática)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-08-22T18:04:15Z
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Previous issue date: 2016-12-02 / The investigation of specific aspects of a system through simulations makes it possible to identify
in advance faults, blocks and instabilities , among other aspects. Thus, the costs and risks
associated with the implementation of systems are reduced, making it possible to analyze the
projects of these systems in different scenarios. To this end, coloured Petri nets (CPN) are often
used. However, simulating systems at multiple levels of abstraction, including specific analyzes
and performance evaluations, may require highly specialized technical knowledge, increasing the
cost of the simulation. In addition, simulators developed for large systems that allow complex
configurations may require a large amount of computational resources, compromising simulations
based on CPN. Aiming to provide mechanisms to reduce the cost of extensibility and increase
the robustness of simulations performed in CPN, two contributions are presented in this thesis.
In the first one, we present the Multi-Language Programming Interface (IPML), which allows to
extend simulators without in the CPN. In order to validate IPML, two extensible simulators were
developed: CacheSim, a tool that provides a platform for modeling, configuration and use of
Internet caching policies, and TransportSim, a configurable tool that allows the representation
and analysis of simulation scenarios for metro / rail transportation. It is demonstrated, in the
form of use cases, how to extend these simulators without modifying the CPN. As a second
contribution, we propose distributed colored Petri nets (DCPNs), which allow the design of
individual models that are not necessarily hierarchical, and which can be executed in independent
processes on different computers. The distribution of a CPN model is performed with the
addition of the Distributed Fusion Place concept. Simulations are possible with the execution of
algorithms that allow the communication and coordination of the multiple processes that contain
the individual models and execute simultaneously. In order to dispense with the use of priorities
as a solution to distributed conflicts and thus not to compromise the analytical power of the CPN,
a protocol has been created for simultaneous access to multiple critical regions, ensuring fairness
in the selection of events that may occur and allowing parallel execution of non-conflicting
transitions. The DCPN allows the conception and distributed simulation of CPN without adding
new semantic resources to CPN. This allows the transformation of centralized simulators into a
single process in simulators that can be distributed in multiple execution nodes, with effective low
development cost. The formal definition of DCPN is presented and the analysis of a distributed
model is discussed. The results demonstrate that the addition of new processes increases the
performance of a simulation up to a saturation limit, in which the cost of communication between
the multiple nodes does not compensate the segmentation of the model. / A investigação de aspectos específicos de um sistema computacional por meio de simulações
possibilita identificar antecipadamente falhas, bloqueios e instabilidades, entre outros aspectos.
Reduzem-se, assim, os custos e os riscos associados à implementação de sistemas, viabilizandose
a análise de projetos desses sistemas em diferentes cenários. Com esta finalidade, as Redes de
Petri coloridas (RPC) vêm sendo frequentemente utilizadas. Entretanto, simular sistemas em
múltiplos níveis de abstração, incluindo análises específicas e avaliações de desempenho, podem
requerer conhecimentos técnicos altamente especializados, aumentando o custo do próprio
trabalho de simulação. Adicionalmente, simuladores desenvolvidos para grandes sistemas e que
permitam configurações complexas podem exigir elevada quantidade de recursos computacionais,
comprometendo simulações realizadas por meio de RPC. Visando fornecer mecanismos que
permitam reduzir o custo da extensibilidade e aumentar a robustez de simuações realizadas
em RPC, são apresentadas neste trabalho duas contribuições. Na primeira, apresentamos a
Interface de Programação Multilinguagem (IPML), que permite a extensão de simuladores
construídos por RPC sem modificações na rede. Para validar a IPML, foram desenvolvidos
dois simuladores extensíveis, o CacheSim, ferramenta que disponibiliza uma plataforma para
modelagem, configuração e uso de políticas de substituição de arquivos em cache da Internet, e
o TransportSim, uma ferramenta configurável que permite a representação e análise de cenários
de simulação para transportes metroviários/ferroviários. Demonstra-se, em forma de casos
de uso, como estender esses simuladores sem a necessidade de modificação das RPC. Como
segunda contribuição, propomos as redes de Petri coloridas distribuídas (RPCD), que permitem
a concepção de modelos em sub-partes não necessariamente hierárquicas, e que podem executar
em processos independentes em diferentes computadores. A distribuição de um modelo RPC é
realizada com a adição do conceito de Lugar de Fusão Distribuído. As simulações são possíveis
com a execução de algoritmos que permitem a comunicação e a coordenação dos múltiplos
processos que contêm as sub-partes e executam simultaneamente. De maneira a prescindir do
uso de prioridades como solução para conflitos distribuídos e, dessa maneira, não comprometer
o poder analítico das RPC, foi criado um protocolo para acesso simultâneo a múltiplas regiões
críticas, garantindo justiça na seleção dos eventos que podem ocorrer e permitindo a execução
paralela de transições não conflitantes. As RPCD permitem a concepção e simulação distribuída
de RPC sem adição de novos recursos semânticos às RPCs. Isso possibilita a transformação de
simuladores centralizados num único processo em simuladores que podem ser distribuídos em
múltiplos nós de execução, com baixo custo efetivo de desenvolvimento. A definição formal de
RPCD é apresentada e a análise de um modelo distribuído é discutida. Os resultados indicam
que a adição de novos processos incrementa o desempenho , em termos de velocidade, de uma
simulação até um limite de saturação, em que o custo de comunicação entre os múltiplos nós
passa a não compensar a segmentaçao do modelo.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufc.br:riufc/24936 |
| Date | 02 December 2016 |
| Creators | Furtado Júnior, Corneli Gomes |
| Contributors | Soares, José Marques, Barroso, Giovanni Cordeiro |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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