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Adaptação Dinâmica deSistemas Distribuídos

Francisco Jose da Silva e Silva

Orientadores:

Prof. Dr. Markus Endler

Prof. Dr. Fabio Kon

Instituto de Matematica e Estatıstica da

Universidade de Sao Paulo

Adaptacao Dinamica deSistemas Distribuıdos – p.1/54

Tópicos

1. Introdução

2. Visão Geral do Arcabouço

3. Monitoração

4. Detecção de Mudanças

5. Reconfiguração

6. Validação

7. Testes Realizados

8. Conclusões


Introdução


Motivação

Os avanços nas áreas de computação distribuída, móvel eubíqua tem contribuído para o desenvolvimento desistemas de software caracterizados por um alto grau dedinamismo para tratar de diversas caracteristicas inerentesa estes sistemas:

grande variação na disponibilidade de recursos eserviços;

heterogeneidade de hardware e software;

diversidade das tecnologias de rede empregadas;

mobilidade dos usuários.


Requisito de Software

O software deve ser capaz de se reconfigurar dinamica-

mente em resposta às constantes mudanças do ambiente

de execução de forma a prover os requisitos de funcionali-

dade e desempenho especificados.


Software Adaptativo: Desafios

estruturação do código da aplicação considerando osaspectos funcionais e adaptativos;

escolha de quais elementos do ambiente de execuçãodevem ser monitorados e como realizar estamonitoração;

determinação da necessidade de realizar adaptações;

definição de quais ações adaptativas devem serrealizadas e como executá-las;

complexidade é maior se considerarmos aplicaçõesdistribuídas.


Objetivo e Abordagem

Reduzir a complexidade inerente ao desenvolvimento de

aplicações distribuídas adaptativas através do desenvolvi-

mento de um modelo e mecanismos, na forma de um arca-

bouço de software, que facilitem a construção desta classe

de aplicações.


Mecanismos para Adaptação

Monitoração do Ambientede Execução

MudançasDetecção de

Alteração do Comportamentoda Aplicação


Visão Geral do Arcabouço


Requisitos de Projeto

deve ser geral;

deve dar apoio a reconfiguração dinâmica deaplicações distribuídas;

seus componentes devem ser extensíveis;

os serviços disponibilizados devem permitir a execuçãoconcorrente de aplicações adaptativas;

os componentes do arcabouço devem permitir ogerenciamento de sua execução;

deve promover uma clara separação entre o códigofuncional da aplicação e o código responsável pelocomportamento adaptativo.


Visão Geral do Arcabouço

Detecção de Eventose Notificação

Monitor deRecursos

Monitor deInterações entreObjetos

Avaliador deEventos de Interação

Avaliador deEventos de Recurso

Compositor eNotificador

ReconfiguraçãoDinâmica

Configurador deComponentes Estendido

Monitoração


Monitoração


Monitoração

Objetivo: coletar dados que permitam acompanhar oestado do ambiente de execução.Sub-pacotes:

Monitor de Recursos: acompanha o estado deutilização dos recursos disponíveis no ambiente;

Monitor de Interações entre Objetos:monitora as chamadas de método realizadas entre oscomponentes da aplicação.


Monitor de Recursos

estruturado como uma coleção de OMRs (Objetos deMonitoração de Recursos);

cada OMR é responsável por monitorar um Parâmetrode Monitoração.

Exemplo: percentual de uso da UCP

Faixa Valor Inicial Valor Final

1 0 5

2 5.01 10

3 10.01 20

4 20.01 50

5 50.01 75

6 75.01 85

7 85.01 95

8 95.01 100Adaptacao Dinamica deSistemas Distribuıdos – p.14/54

OMR

utiliza modelo push;

gera notificação somente ao ocorrer alteração na faixade operação;

extensível: reutiliza-se 5 de 7 classes;

tipicamente haverão diversos OMRs instanciados nosnós do ambitente de execução;

permite gerenciamento de sua execução.


Monitor de Interações

Interceptadores são inseridos entre os objetos quecompõem a aplicação;

dados relativos a cada chamada de método sãoarmazenados em memória persistente;

pode-se selecionar quais métodos de cadacomponente da aplicação devem ser monitorados.


Monitor de Interações

Duas implementações disponíveis:

utiliza Interceptadores Portáteis de CORBAtransparente para o código da aplicação;não permite o armazenamento dos parâmetrosenviados na chamada de método.

utiliza apenas Javacontorna a limitação anterior;não é transparente para o código da aplicação.


Detecção de Mudançasno Ambiente de Execução


Detecção de Eventos

Objetivo: detectar mudanças relevantes no estado doambiente no qual a aplicação está sendo executada enotificar estas mudanças.Sua abordagem é orientada a eventos:

Eventos de Recurso: relacionados a mudanças noestado de utilização dos recursos distribuídos;

Eventos de Interação: relacionados com a análise dasinterações entre os componentes que compõem aaplicação distribuída.


Requisitos de Projeto

extensibilidade: cada aplicação possui interesse em umconjunto próprio de eventos;

definição de eventos de Recurso e Interação.

reconfiguração dinâmica: o código para detecção deum evento deve poder ser carregado, removido ealterado dinamicamente;

gerenciamento: interface que permita inciar, suspender,reiniciar e interromper a detecção de eventos de formaseletiva.


Eventos de Recurso

OMRs notificam o Gerente de Recursos sempre quehouver uma variação na faixa de operação doparâmetro monitorado;

O Gerente de Recursos mantém o último valorfornecido por todos os OMRs;

A avaliação da ocorrência de Eventos de Recurso ébaseada em expressões boolenas:

uso_ucp > 4 AND mem_disponível < 2

tempo de duração.


Eventos de Interação

dados relativos às chamadas de método realizadas porcomponentes da aplicação são armazenadas emmemória persistente;

a análise destes dados é realizada por Avaliadores deInterações;

cada Avaliador é responsável pela avaliação daocorrência de um Evento de Interação específico;

cada Avaliador é executado em uma periodicidadefornecida;

o Gerente de Interações controla a execução de umconjunto de Avaliadores.


Notificação de Eventos

Utiliza o Serviço de Eventos de CORBA:

push()

Componente daAplicação B

Componente daAplicação A

Canal de Eventos

push()

Gerente de

Gerente de

Interações

Recursos


Reconfiguração


Reconfiguração Dinâmica

Objetivo: executar as ações de reconfiguração daaplicação distribuída necessárias para adequá-la a umnovo estado do ambiente de execução.

componentes do arcabouço são introduzidos no códigoda aplicação;

requisito importante: separar o código responsável pelocomportamento funcional da aplicação do códigoresponsável pelo comportamento adaptativo;

extensão do Configurador de Componente;


Configurador de Componente

Para cada componente da aplicação que possa estarenvolvido ou ser afetado por uma reconfiguração,instancia-se um Configurador de Componente;

O Configurador mantém dois tipos de referencias:gancho;cliente.

Configuradores são também responsáveis por distribuireventos de reconfiguração entre componentesinter-dependentes.


Configurador de Componente

Clientes

Ganch

so

Depende DeDepende De

Componentes

Implementação do

Clientes

Componente (C)

Componente

Configurador de

Enganchadas


Configurador Estendido

Uma nova thread, denominada EnvironmentAware,possui as seguintes funções:

receber notificações de eventos que sinalizammudanças no ambiente de execução;

executar a estratégia responsável por tratar o eventoespecífico ocorrido;

para cada evento, pode-se definir mais de umaestratégia organizadas utilizando-se o padrão Strategy.


Configurador Extendido

Clientes

anchos

G

Depende DeDepende De

Componentes Clientes

Environment Component

CORBA

Configurator

Canal de Eventos

Aware

Implementação do Componente

Enganchados


Validação


Validação do Arcabouço

utilizamos o protótipo da aplicação de referência doprojeto SIDAM: um sistema de disseminação deinformações de trânsito para uma metrópole;

a geração, armazenamento e consulta de dados sobreo tráfego nas regiões da cidade são distribuídos.


Conceitos

divide-se a cidade em microrregiões;

cada microrregião corresponde a algumas quadras erepresenta uma unidade atômica de armazenamentode informações de trânsito;

dados a respeito da condição do trânsito de uma oumais microrregiões são armazenados em Servidoresde Informação;

máquinas fixas executam um ou mais Servidores deInformação.


Protótipo PSIT

Componentes:

Servidor de Informação;

Servidor de Localização;

Servidor Sidam.


Adaptação no PSIT

adaptação a variações no padrão de acesso aServidores de Informação;

adaptação a variações no estado de utilização derecursos.


Padrão de Acesso

monitoração das chamadas ao método getInfo()disponibilizado por Servidores de Informação;

um Avaliador periodicamente contabiliza a quantidadede acessos gerados para cada Servidor de Informação,agrupando-as pelas “regiões geradoras” dasrequisições;

evento AccessLocation;

a estratégia implementada localiza uma máquina naregião responsável pelo maior número de acessos paraeste servidor e que esteja com uma carga de trabalhoabaixo de um determinado patamar;

o Servidor de Informação é reintanciado.


Estado de Recursos

OMRs monitoram o percentual de uso da UCP ememória disponível nas máquinas pertencentes à redefixa;

evento ServerOverloaded: grande consumo de UCPe pouca memória disponível;

estratégias implementadas:first fitbest fit

o Servidor de Informação é reintanciado.


Testes Realizados


Testes Realizados

através de simulações, avaliou-se o desempenho daversão adaptativa do PSIT comparando-o à sua versãonão-adaptativa;

a cidade foi dividida em quatro macrorregiões (norte,sul, leste e oeste) e definimos um custo decomunicação para computadores pertencentes à redefixa entre cada uma das regiões;

para simplificar a análise dos dados coletados, foiutilizado apenas um Servidor de Informação;

foram implementados 3 cenários.


Primeiro Cenário

� �

Etapa

� �

Etapa

acessos 300 / 600 300 / 600

norte 10% 10%

sul 50% 10%

leste 20% 10%

oeste 20% 70%


Primeiro Cenário

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120

Tem

po m

edio

de

aces

so (

em m

ilise

gund

os)

Intervalo entre execucoes do Avaliador (em segundos)


Primeiro Cenário

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250

Tem

po d

e ac

esso

(em

mili

segu

ndos

)

Tempo (em segundos)


Segundo Cenário

� �

Etapa

� �

Etapa

acessos 300 300

norte 25% 20%

sul 25% 40%

leste 25% 20%

oeste 25% 20%


Segundo Cenário

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120

Tem

po m

edio

de

aces

so (

em m

ilise

gund

os)



Terceiro Cenário

� �

Etapa

� �

Etapa

� �

Etapa

� �

Etapa

� �

Etapa� �

Etapa

acessos 60 60 60 60 60 60

norte 0% 100% 0% 100% 0% 100%

sul 100% 0% 100% 0% 100% 0%

leste 0% 0% 0% 0% 0% 0%

oeste 0% 0% 0% 0% 0% 0%


Terceiro Cenário

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

Tem

po m

edio

de

aces

so (

em m

ilise

gund

os)



Quarto Cenário

� �

Etapa

� �

Etapa

acessos 600 600

norte 90% 5%

sul 5% 90%

leste 3% 3%

oeste 2% 2%


Quarto Cenário

0

50

100

150

200

250

300

350

0 20 40 60 80 100 120

Tem

po m

edio

de

aces

so (

em m

ilise

gund

os)



Conclusões


Características do Arcabouço

seu modelo integra a monitoração do ambiente deexecução, a detecção de mudanças significativas desteambiente e o suporte à reconfiguração doscomponentes da aplicação;

é geral;

é flexível;

possui mecanismos que permitem o gerenciamento daexecução de seus componentes;

permite a reconfiguração dinâmica da infra-estrutura demonitoração e detecção de eventos do ambiente deexecução;


Características do Arcabouço

monitoração: estado de utilização de recursos doambiente E análise das interações realizadas entre osobjetos que compõem a aplicação;

os componentes do arcabouço executados emprocessos independentes podem ser compartilhadospor diversas aplicações adaptativas;

separação do código funcional da aplicação do códigoresponsável pela adaptação;

estratégias de adaptação organizadas de acordo com opadrão Strategy ;

suporte à reconfiguração dos componentes quecompõem a aplicação através do uso deConfiguradores de Componentes.


Principais Contribuições

desenvolvimento de um modelo e mecanismos naforma de um arcabouço para simplificar odesenvolvimento de aplicações adaptativasdistribuídas;

foi explorado a análise das interações entrecomponentes da aplicação como forma de se detectara necessidade de realizar adaptações;

extendeu-se o Configurador de Componentes criandoum mecanismo para coordenar reconfigurações decomponentes distribuídos.


Conclusões

o desenvolvimento de aplicações distribuídasadaptativas é uma tarefa complexa;

este trabalho apresenta um modelo e arcabouço queobjetivam simplificar o desenvolvimento desta classede aplicações;

solução geral e que não restringe os mecanismos paraadaptação que possam ser utilizados.


Trabalhos Futuros

integração com o ReMoS;

utilização EPS;

utilização do arcabouço na construção de outrasaplicações;

desenvolvimento de bibliotecas de componentesespecializados;

escalabilidade no gerenciamento de recursos;

extensões na interface do OMR;

utilização de parte da infra-estrutura em outrosprojetos, como os relacionados a grid computing.


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