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Transcrição

1 Adaptação Dinâmica de Sistemas Distribuídos Francisco José da Silva e Silva Orientadores: Prof. Dr. Markus Endler Prof. Dr. Fabio Kon Instituto de Matemática e Estatística da Universidade de São Paulo Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.1/54

2 Tópicos 1. Introdução 2. Visão Geral do Arcabouço 3. Monitoração 4. Detecção de Mudanças 5. Reconfiguração 6. Validação 7. Testes Realizados 8. Conclusões Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.2/54

3 Introdução Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.3/54

4 Motivação Os avanços nas áreas de computação distribuída, móvel e ubíqua tem contribuído para o desenvolvimento de sistemas de software caracterizados por um alto grau de dinamismo para tratar de diversas caracteristicas inerentes a estes sistemas: grande variação na disponibilidade de recursos e serviços; heterogeneidade de hardware e software; diversidade das tecnologias de rede empregadas; mobilidade dos usuários. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.4/54

5 Requisito de Software O software deve ser capaz de se reconfigurar dinamicamente em resposta às constantes mudanças do ambiente de execução de forma a prover os requisitos de funcionalidade e desempenho especificados. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.5/54

6 Software Adaptativo: Desafios estruturação do código da aplicação considerando os aspectos funcionais e adaptativos; escolha de quais elementos do ambiente de execução devem ser monitorados e como realizar esta monitoração; determinação da necessidade de realizar adaptações; definição de quais ações adaptativas devem ser realizadas e como executá-las; complexidade é maior se considerarmos aplicações distribuídas. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.6/54

7 Objetivo e Abordagem Reduzir a complexidade inerente ao desenvolvimento de aplicações distribuídas adaptativas através do desenvolvimento de um modelo e mecanismos, na forma de um arcabouço de software, que facilitem a construção desta classe de aplicações. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.7/54

8 Mecanismos para Adaptação Monitoração do Ambiente de Execução Detecção de Mudanças Alteração do Comportamento da Aplicação Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.8/54

9 Visão Geral do Arcabouço Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.9/54

10 Requisitos de Projeto deve ser geral; deve dar apoio a reconfiguração dinâmica de aplicações distribuídas; seus componentes devem ser extensíveis; os serviços disponibilizados devem permitir a execução concorrente de aplicações adaptativas; os componentes do arcabouço devem permitir o gerenciamento de sua execução; deve promover uma clara separação entre o código funcional da aplicação e o código responsável pelo comportamento adaptativo. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.10/54

11 Visão Geral do Arcabouço Monitoração Detecção de Eventos e Notificação Reconfiguração Dinâmica Monitor de Recursos Avaliador de Eventos de Recurso Monitor de Interações entre Objetos Avaliador de Eventos de Interação Compositor e Notificador Configurador de Componentes Estendido Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.11/54

12 Monitoração Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.12/54

13 Monitoração Objetivo: coletar dados que permitam acompanhar o estado do ambiente de execução. Sub-pacotes: Monitor de Recursos: acompanha o estado de utilização dos recursos disponíveis no ambiente; Monitor de Interações entre Objetos: monitora as chamadas de método realizadas entre os componentes da aplicação. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.13/54

14 Monitor de Recursos estruturado como uma coleção de OMRs (Objetos de Monitoração de Recursos); cada OMR é responsável por monitorar um Parâmetro de Monitoração. Exemplo: percentual de uso da UCP Faixa Valor Inicial Valor Final Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.14/54

15 OMR utiliza modelo push; gera notificação somente ao ocorrer alteração na faixa de operação; extensível: reutiliza-se 5 de 7 classes; tipicamente haverão diversos OMRs instanciados nos nós do ambitente de execução; permite gerenciamento de sua execução. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.15/54

16 Monitor de Interações Interceptadores são inseridos entre os objetos que compõem a aplicação; dados relativos a cada chamada de método são armazenados em memória persistente; pode-se selecionar quais métodos de cada componente da aplicação devem ser monitorados. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.16/54

17 Monitor de Interações Duas implementações disponíveis: utiliza Interceptadores Portáteis de CORBA transparente para o código da aplicação; não permite o armazenamento dos parâmetros enviados na chamada de método. utiliza apenas Java contorna a limitação anterior; não é transparente para o código da aplicação. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.17/54

18 Detecção de Mudanças no Ambiente de Execução Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.18/54

19 Detecção de Eventos Objetivo: detectar mudanças relevantes no estado do ambiente no qual a aplicação está sendo executada e notificar estas mudanças. Sua abordagem é orientada a eventos: Eventos de Recurso: relacionados a mudanças no estado de utilização dos recursos distribuídos; Eventos de Interação: relacionados com a análise das interações entre os componentes que compõem a aplicação distribuída. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.19/54

20 Requisitos de Projeto extensibilidade: cada aplicação possui interesse em um conjunto próprio de eventos; definição de eventos de Recurso e Interação. reconfiguração dinâmica: o código para detecção de um evento deve poder ser carregado, removido e alterado dinamicamente; gerenciamento: interface que permita inciar, suspender, reiniciar e interromper a detecção de eventos de forma seletiva. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.20/54

21 Eventos de Recurso OMRs notificam o Gerente de Recursos sempre que houver uma variação na faixa de operação do parâmetro monitorado; O Gerente de Recursos mantém o último valor fornecido por todos os OMRs; A avaliação da ocorrência de Eventos de Recurso é baseada em expressões boolenas: uso_ucp > 4 AND mem_disponível < 2 tempo de duração. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.21/54

22 Eventos de Interação dados relativos às chamadas de método realizadas por componentes da aplicação são armazenadas em memória persistente; a análise destes dados é realizada por Avaliadores de Interações; cada Avaliador é responsável pela avaliação da ocorrência de um Evento de Interação específico; cada Avaliador é executado em uma periodicidade fornecida; o Gerente de Interações controla a execução de um conjunto de Avaliadores. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.22/54

23 Notificação de Eventos Utiliza o Serviço de Eventos de CORBA: Gerente de Recursos push() push() Componente da Aplicação A Canal de Eventos Gerente de Interações Componente da Aplicação B Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.23/54

24 Reconfiguração Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.24/54

25 Reconfiguração Dinâmica Objetivo: executar as ações de reconfiguração da aplicação distribuída necessárias para adequá-la a um novo estado do ambiente de execução. componentes do arcabouço são introduzidos no código da aplicação; requisito importante: separar o código responsável pelo comportamento funcional da aplicação do código responsável pelo comportamento adaptativo; extensão do Configurador de Componente; Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.25/54

26 Configurador de Componente Para cada componente da aplicação que possa estar envolvido 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 distribuir eventos de reconfiguração entre componentes inter-dependentes. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.26/54

27 Configurador de Componente Depende De Depende De G an c h o s Configurador de Componente C l i e n t e s Componentes Enganchadas Clientes Implementação do Componente (C) Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.27/54

28 Configurador Estendido Uma nova thread, denominada EnvironmentAware, possui as seguintes funções: receber notificações de eventos que sinalizam mudanças no ambiente de execução; executar a estratégia responsável por tratar o evento específico ocorrido; para cada evento, pode-se definir mais de uma estratégia organizadas utilizando-se o padrão Strategy. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.28/54

29 Configurador Extendido Canal de Eventos Depende De Depende De Environment Aware G a n c h o s CORBA Component Configurator C l i e n t e s Componentes Enganchados Clientes Implementação do Componente Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.29/54

30 Validação Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.30/54

31 Validação do Arcabouço utilizamos o protótipo da aplicação de referência do projeto SIDAM: um sistema de disseminação de informações de trânsito para uma metrópole; a geração, armazenamento e consulta de dados sobre o tráfego nas regiões da cidade são distribuídos. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.31/54

32 Conceitos divide-se a cidade em microrregiões; cada microrregião corresponde a algumas quadras e representa uma unidade atômica de armazenamento de informações de trânsito; dados a respeito da condição do trânsito de uma ou mais microrregiões são armazenados em Servidores de Informação; máquinas fixas executam um ou mais Servidores de Informação. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.32/54

33 Protótipo PSIT Componentes: Servidor de Informação; Servidor de Localização; Servidor Sidam. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.33/54

34 Adaptação no PSIT adaptação a variações no padrão de acesso a Servidores de Informação; adaptação a variações no estado de utilização de recursos. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.34/54

35 Padrão de Acesso monitoração das chamadas ao método getinfo() disponibilizado por Servidores de Informação; um Avaliador periodicamente contabiliza a quantidade de acessos gerados para cada Servidor de Informação, agrupando-as pelas regiões geradoras das requisições; evento AccessLocation; a estratégia implementada localiza uma máquina na região responsável pelo maior número de acessos para este servidor e que esteja com uma carga de trabalho abaixo de um determinado patamar; o Servidor de Informação é reintanciado. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.35/54

36 Estado de Recursos OMRs monitoram o percentual de uso da UCP e memória disponível nas máquinas pertencentes à rede fixa; evento ServerOverloaded: grande consumo de UCP e pouca memória disponível; estratégias implementadas: first fit best fit o Servidor de Informação é reintanciado. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.36/54

37 Testes Realizados Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.37/54

38 Testes Realizados através de simulações, avaliou-se o desempenho da versão adaptativa do PSIT comparando-o à sua versão não-adaptativa; a cidade foi dividida em quatro macrorregiões (norte, sul, leste e oeste) e definimos um custo de comunicação para computadores pertencentes à rede fixa entre cada uma das regiões; para simplificar a análise dos dados coletados, foi utilizado apenas um Servidor de Informação; foram implementados 3 cenários. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.38/54

39 Primeiro Cenário Etapa Etapa acessos 300 / / 600 norte 10% 10% sul 50% 10% leste 20% 10% oeste 20% 70% Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.39/54

40 Primeiro Cenário 70 Tempo medio de acesso (em milisegundos) Intervalo entre execucoes do Avaliador (em segundos) Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.40/54

41 Primeiro Cenário 300 Tempo de acesso (em milisegundos) Tempo (em segundos) Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.41/54

42 Primeiro Cenário 300 Tempo de acesso (em milisegundos) Tempo (em segundos) Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.42/54

43 Segundo Cenário Etapa Etapa acessos norte 25% 20% sul 25% 40% leste 25% 20% oeste 25% 20% Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.43/54

44 Segundo Cenário 70 Tempo medio de acesso (em milisegundos) Intervalo entre execucoes do Avaliador (em segundos) Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.44/54

45 Terceiro Cenário Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa Etapa acessos 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% Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.45/54

46 Terceiro Cenário 70 Tempo medio de acesso (em milisegundos) Intervalo entre execucoes do Avaliador (em segundos) Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.46/54

47 Quarto Cenário Etapa Etapa acessos norte 90% 5% sul 5% 90% leste 3% 3% oeste 2% 2% Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.47/54

48 Quarto Cenário 350 Tempo medio de acesso (em milisegundos) Intervalo entre execucoes do Avaliador (em segundos) Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.48/54

49 Conclusões Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.49/54

50 Características do Arcabouço seu modelo integra a monitoração do ambiente de execução, a detecção de mudanças significativas deste ambiente e o suporte à reconfiguração dos componentes da aplicação; é geral; é flexível; possui mecanismos que permitem o gerenciamento da execução de seus componentes; permite a reconfiguração dinâmica da infra-estrutura de monitoração e detecção de eventos do ambiente de execução; Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.50/54

51 Características do Arcabouço monitoração: estado de utilização de recursos do ambiente E análise das interações realizadas entre os objetos que compõem a aplicação; os componentes do arcabouço executados em processos independentes podem ser compartilhados por diversas aplicações adaptativas; separação do código funcional da aplicação do código responsável pela adaptação; estratégias de adaptação organizadas de acordo com o padrão Strategy; suporte à reconfiguração dos componentes que compõem a aplicação através do uso de Configuradores de Componentes. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.51/54

52 Principais Contribuições desenvolvimento de um modelo e mecanismos na forma de um arcabouço para simplificar o desenvolvimento de aplicações adaptativas distribuídas; foi explorado a análise das interações entre componentes da aplicação como forma de se detectar a necessidade de realizar adaptações; extendeu-se o Configurador de Componentes criando um mecanismo para coordenar reconfigurações de componentes distribuídos. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.52/54

53 Conclusões o desenvolvimento de aplicações distribuídas adaptativas é uma tarefa complexa; este trabalho apresenta um modelo e arcabouço que objetivam simplificar o desenvolvimento desta classe de aplicações; solução geral e que não restringe os mecanismos para adaptação que possam ser utilizados. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.53/54

54 Trabalhos Futuros integração com o ReMoS; utilização EPS; utilização do arcabouço na construção de outras aplicações; desenvolvimento de bibliotecas de componentes especializados; escalabilidade no gerenciamento de recursos; extensões na interface do OMR; utilização de parte da infra-estrutura em outros projetos, como os relacionados a grid computing. Adaptação Dinâmica desistemas Distribuídos p.54/54