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Anais do WoSiDA 2016 Workshop de Sistemas Distribuídos Autonômicos

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Workshop de Sistemas Distribuídos Autonômicos Editora Sociedade Brasileira de Computação (SBC) Organização Sandro Santos Andrade (IFBA) Michele Nogueira Lima (UFPR) Fabíola Gonçalves Pereira Greve (UFBA)
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Workshop de Sistemas Distribuídos Autonômicos Editora Sociedade Brasileira de Computação (SBC) Organização Sandro Santos Andrade (IFBA) Michele Nogueira Lima (UFPR) Fabíola Gonçalves Pereira Greve (UFBA) Allan Edgard Silva Freitas (IFBA) Realização Universidade Federal da Bahia (UFBA) Instituto Federal da Bahia (UFBA) Promoção Sociedade Brasileira de Computação (SBC) Laboratório Nacional de Redes de Computadores (LARC) Copyright c 2016 da Sociedade Brasileira de Computação Todos os direitos reservados Capa: Gilson Rabelo (UFBA) Produção Editorial: Antonio Augusto Teixeira Ribeiro Coutinho (UEFS) Cópias Adicionais: Sociedade Brasileira de Computação (SBC) Av. Bento Gonçalves, Setor 4 - Prédio Sala 219 Bairro Agronomia - CEP Porto Alegre - RS Fone: (51) Workshop de Sistemas Distribuídos Autonômicos (6: 2016: Salvador, BA). Anais / VI Workshop de Sistemas Distribuídos Autonômicos; organizado por Sandro Santos Andrade, Michele Nogueira Lima, Fabíola Gonçalves Pereira Greve, Allan Edgard Silva Freitas - Porto Alegre: SBC, p. il. 21 cm. Vários autores Inclui bibliografias 1. Redes de Computadores. 2. Sistemas Distribuídos. I. Andrade, Sandro Santos II. Lima, Michele Nogueira III. Greve, Fabíola Gonçalves Pereira IV. Freitas, Allan Edgard Silva V. Título. ii Sociedade Brasileira da Computação Presidência Lisandro Zambenedetti Granville (UFRGS), Presidente Thais Vasconcelos Batista (UFRN),Vice-Presidente Diretorias Renata de Matos Galante (UFGRS), Diretora Administrativa Carlos André Guimarães Ferraz (UFPE), Diretor de Finanças Antônio Jorge Gomes Abelém (UFPA), Diretor de Eventos e Comissões Especiais Avelino Francisco Zorzo (PUC RS), Diretor de Educação José Viterbo Filho (UFF), Diretor de Publicações Claudia Lage Rebello da Motta (UFRJ), Diretora de Planejamento e Programas Especiais Marcelo Duduchi Feitosa (CEETEPS), Diretor de Secretarias Regionais Eliana Almeida (UFAL), Diretora de Divulgação e Marketing Diretorias Extraordinárias Roberto da Silva Bigonha (UFMG), Diretor de Relações Profissionais Ricardo de Oliveira Anido (UNICAMP), Diretor de Competições Científicas Raimundo José de Araújo Macêdo (UFBA), Diretor de Cooperação com Sociedades Científicas Sérgio Castelo Branco Soares (UFPE), Diretor de Articulação com Empresas Contato Av. Bento Gonçalves, 9500 Setor 4 - Prédio Sala 219 Bairro Agronomia Porto Alegre RS CNPJ: / iii Laboratório Nacional de Redes de Computadores (LARC) Diretora do Conselho Técnico-Científico Rossana Maria de C. Andrade (UFC) Vice-Diretor do Conselho Técnico-Científico Ronaldo Alves Ferreira (UFMS) Diretor Executivo Paulo André da Silva Gonçalves (UFPE) Vice-Diretor Executivo Elias P. Duarte Jr. (UFPR) Membros Institucionais SESU/MEC, INPE/MCT, UFRGS, UFMG, UFPE, UFCG (ex-ufpb Campus Campina Grande), UFRJ, USP, PUC-Rio, UNICAMP, LNCC, IME, UFSC, UTFPR, UFC, UFF, UFSCar, IFCE (CEFET-CE), UFRN, UFES, UFBA, UNIFACS, UECE, UFPR, UFPA, UFAM, UFABC, PUCPR, UFMS, UnB, PUC-RS, UNIRIO, UFS e UFU. Contato Universidade Federal de Pernambuco - UFPE Centro de Informática - CIn Av. Jornalista Anibal Fernandes, s/n Cidade Universitária Recife - PE iv Organização do SBRC 2016 Coordenadores Gerais Fabíola Gonçalves Pereira Greve (UFBA) Allan Edgard Silva Freitas (IFBA) Romildo Martins Bezerra (IFBA) - In Memoriam Coordenadores do Comitê de Programa Antonio Marinho Pilla Barcellos (UFRGS) Antonio Alfredo Ferreira Loureiro (UFMG) Coordenador de Palestras e Tutoriais Francisco Vilar Brasileiro (UFCG) Coordenador de Painéis e Debates Carlos André Guimarães Ferraz (UFPE) Coordenadores de Minicursos Lau Cheuck Lung (UFSC) Frank Siqueira (UFSC) Coordenadora de Workshops Michele Nogueira Lima (UFPR) Coordenador do Salão de Ferramentas Daniel Macêdo Batista (USP) Comitê de Organização Local Adolfo Duran (UFBA) Allan Freitas (IFBA) Antonio Augusto Teixeira Ribeiro Coutinho (UEFS) Cátia Khouri (UESB) Fabíola Greve (UFBA) Flávia Maristela Nascimento (IFBA) Gustavo Bittencourt (UFBA) Ítalo Valcy (UFBA) Jauberth Abijaude (UESC) Manoel Marques Neto (IFBA) Marco Antônio Ramos (UESB) Marcos Camada (IF BAIANO) Marcos Ennes Barreto (UFBA) Maycon Leone (UFBA) Rafael Reale (IFBA) Renato Novais (IFBA) Ricardo Rios (UFBA) Romildo Bezerra (IFBA) - In Memoriam Sandro Andrade (IFBA) Vinícius Petrucci (UFBA) v Comitê Consultivo Jussara Almeida (UFMG), Coordenadora Elias Procópio Duarte Jr. (UFPR) José Rezende (UFRJ) Jacir Luiz Bordim (UnB) Rafael Timóteo de Sousa Júnior (UnB) William Ferreira Giozza (UnB) Carlos André Guimarães Ferraz (UFPE) José Augusto Suruagy Monteiro (UFPE) vi Mensagem da Coordenadora de Workshops Os workshops são uma parte tradicional e importante do que hoje faz do SBRC o principal evento da área no país, sendo responsáveis por atrair uma parcela cada vez mais expressiva de participantes para o Simpósio. Este ano demos continuidade à chamada aberta de workshops, estimulando a participação da comunidade de Redes e Sistemas Distribuídos a sugerir e fortalecer novas linhas de pesquisa, bem como manter em evidência linhas de pesquisas tradicionais. Em resposta à chamada, recebemos nove propostas de alta qualidade, das quais sete estão sendo de fato organizadas nesta edição do SBRC em Salvador. Dentre as propostas aceitas, quatro reforçaram workshops tradicionais do SBRC, considerados parte do circuito nacional de divulgação científica nas várias subáreas de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos, como o WGRS (Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços), o WTF (Workshop de Testes e Tolerância a Falhas), o WCGA (Workshop em Clouds, Grids e Aplicações) e o WP2P+ (Workshop de Redes P2P, Dinâmicas, Sociais e Orientadas a Conteúdo). Além disso, três propostas apoiam a consolidação de subáreas mais recentes, tais como as propostas de organização do WPEIF (Workshop de Pesquisa Experimental da Internet do Futuro), do WoSiDA (Workshop de Sistemas Distribuídos Autonômicos) e do WoCCES (Workshop de Comunicação de Sistemas Embarcados Críticos). Esperamos que 2016 seja mais um ano de sucesso para os workshops do SBRC, contribuindo como importantes fatores de agregação para os avanços promovidos pela comunidade científica da área de Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos no Brasil. Aproveitamos para agradecer o inestimável apoio recebido de diversos membros da comunidade e, em particular a cada coordenador de workshop, pelo brilhante trabalho, e a Organização Geral do SBRC 2016 pelo profissionalismo e comprometimento. A todos, um excelente SBRC em Salvador! Michele Nogueira Coordenadora de Workshops do SBRC 2016 vii Mensagem do Coordenador do WoSiDA 2016 Os sistemas computacionais atuais têm sido caracterizados pela presença de requisitos cada vez mais rigorosos em relação a escalabilidade, disponibilidade, dependability, suporte a heterogeneidade, eficiência energética, facilidade de integração e extensibilidade, somente para citar alguns. Adicionalmente, garantir que o sistema continue apresentando uma qualidade de serviço aceitável, mesmo quando operando em ambientes dinâmicos e incertos, é um dos principais desafios de pesquisa da atualidade. Nestes cenários, decisões tomadas em tempo de projeto com base em suposições a respeito de cargas de trabalho, características dos dados e da plataforma de computação e comunicação podem não ser mais efetivas devido à grande variabilidade que tais fatores apresentam ao longo da operação do sistema. Uma abordagem promissora é a transferência deste processo de tomada de decisão para o tempo de execução, suportada pela adoção de uma infraestrutura para monitoramento do sistema e do ambiente, análise dos dados coletados, planejamento de adaptações e realização destas adaptações no sistema em execução. É esta a abordagem central presente em iniciativas tais como a computação autonômica, os sistemas self-adaptive e os sistemas self-managed. Ao longo dos anos, os resultados avançaram de simples algoritmos adaptativos e arquiteturas reconfiguráveis para, por exemplo, verificação e validação em tempo de execução, tratamento de incertezas, adaptações descentralizadas em sistemas distribuídos de larga escala e aplicações em áreas tais como sistemas cyber-físicos, cloud computing e Internet das coisas. Diversos aspectos computacionais podem ser alvo de tais adaptações, o que faz com que o assunto vigore nas pautas de pesquisa de áreas tais como robótica, gerência de redes, engenharia de software, computação bio-inspirada, inteligência artificial, sistemas distribuídos e sistemas tolerantes a falhas, dentre outras. O Workshop de Sistemas Distribuídos Autonômicos (WoSiDA) tem como objetivo viabilizar a troca de experiências e interesses de pesquisa relacionados à computação autonômica, com foco na sua utilização como infraestrutura básica para construção de sistemas distribuídos modernos. O WoSiDA acomoda não somente discussões relacionadas a modelos, algoritmos e formalismos para sistemas distribuídos autonômicos, mas também ligadas a plataformas, ferramentas, metodologias e experimentações de areas tais como engenharia de software, sistemas cyber-físicos e sistemas de automação e controle. Dentre os principais tópicos de interesse do WoSiDA, destacam-se: modelos e algoritmos para sistemas distribuídos autonômicos, aspectos de projeto, middleware e programação de sistemas distribuídos autonômicos, verificação e validação, dependability em sistemas distribuídos autonômicos, técnicas para self-organization, abordagens bio-inspiradas para sistemas distribuídos autonômicos e redes autonômicas. Nesta sexta edição do workshop, quatro artigos foram selecionados de um total de seis submissões. Um dos principais objetivos do WoSiDA é catalisar discussões relacionadas à problemática decorrente da demanda conjunta por distribuição e autogerenciamento. Acreditamos que os artigos selecionados atuam como excelentes agentes destas discussões e podem servir como motivação para o fortalecimento dos grupos de pesquisa já existentes e formação de novas colaborações. Sandro Santos Andrade Chair do WoSiDA 2016 viii Comitê de Programa Allan Freitas Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia Alysson Bessani University of Lisbon, Faculty of Sciences Antonio Casimiro Universidade de Lisboa Diego Garcia Universidade Federal de Ouro Preto Edmundo Madeira UNICAMP Fabio Costa Universidade Federal de Goiás Flávio Assis Silva Universidade Federal da Bahia Franz J. Rammig Universitaet Paderborn Heinz Nixdorf Institut Luis Rodrigues INESC-ID/IST Marcos Barreto Universidade Federal da Bahia Raimundo Jose de Araujo Macedo Universidade Federal da Bahia Renato Cerqueira PUC Rio Rui Oliveira Universidade do Minho Sand Correa Universidade Federal de Goiás Sérgio Gorender Universidade Federal da Bahia Tales Heimfarth Universidade Federal de Lavras ix Sumário Sessão Técnica Expandindo uma Arquitetura para HPC em Nuvens Computacionais Utilizando Conceitos de Computação Autonômica Emanuel Coutinho (UFC), Leonardo Moreira (UFC), Gabriel Paillard (UFC) e Ernesto Trajano de Lima (UFC) Representação de Lugares de Fusão em Redes de Petri Coloridas construídas com Componentes Distribuídos Corneli Júnior (IFCE), Luis César Vasconcelos (UFC), José Soares (UFC) e Giovanni Barroso (UFC) Uma Proposta para Roteamento Multisalto entre Clusters com Base na Energia Residual para Redução do Consumo de Energia em Redes de Sensores sem Fio Priscila Solis (UnB) e Paula Lima (UnB) Whistle: Um Detector de Defeitos para Sistema Multiagentes Utilizando a Framework JADE Sérgio Gorender (UFBA), Adailton Cerqueira Jr. (UNEB) e Diego Frias (UESC) x WoSiDA 2016 Sessão Técnica 1 2 Expandindo uma Arquitetura para HPC em Nuvens Computacionais Utilizando Conceitos de Computação Autonômica Emanuel F. Coutinho 1, Gabriel A. L. Paillard 1 Leonardo O. Moreira 1, Ernesto Trajano de Lima 1 1 Instituto Universidade Virtual (UFC Virtual) Universidade Federal do Ceará (UFC) Fortaleza CE Brasil Abstract. High Performance Computing (HPC) has high application in solving complex problems in several areas, usually requiring a lot of processing and bandwidth. Cloud Computing has received much attention from both industry and academia in recent years, due to its dynamic and flexible character. Autonomic Computing mechanisms, such as control loops and rules, can be employed to improve the characteristics of both environments, reducing human intervention and improving quality. The aim of this work is to propose features expansions of an HPC architecture for a Cloud Computing environment using concepts of Autonomic Computing. Resumo. Computação de Alto Desempenho (HPC) tem elevada aplicação na resolução de problemas complexos nas mais diversas áreas, normalmente exigindo muito processamento e largura de banda. Computação em Nuvem tem recebido muita atenção tanto da indústria quanto da academia nos últimos anos, devido ao seu caráter dinâmico e flexível. Mecanismos de Computação Autonômica, como loops de controle e regras, podem ser empregados para melhorar características dos dois ambientes citados, reduzindo a intervenção humana e melhorando a qualidade. O objetivo desse trabalho é propor expansões das funcionalidades de uma arquitetura de HPC proposta sobre um ambiente de Computação em Nuvem utilizando conceitos de Computação Autonômica. 1. Introdução Aplicações de Computação de Alto Desempenho (High Performance Computing - HPC) focam em problemas complexos em ciências, engenharias e negócios [Rodrigo Álvarez et al. 2015]. Tais aplicações são caracterizadas por requererem alta largura de banda, redes complexas e alto poder computacional. Em relação à complexidade da plataforma subjacente, uma infraestrutura de HPC é mais simples que uma nuvem computacional, devido a Computação em Nuvem ser mais genérica e executar uma diversidade de aplicações, diferente do HPC. Além disso, naturalmente aplicações executando em nuvens computacionais possuem diferentes cargas de trabalho se comparadas ao HPC. Em nuvens computacionais, as aplicações possuem características dinâmicas atendidas por características específicas do ambiente, como virtualização e elasticidade. Em 3 contraste, HPC não oferece elasticidade nem adição de recursos virtuais, dificultando o desempenho de aplicações diante de mudanças nas cargas de trabalho. O monitoramento de recursos computacionais, como CPU e memória, se torna essencial tanto para os provedores quanto para usuários de nuvens computacionais. Uma forma de monitorar aplicações em nuvem de modo mais efetivo é por meio da utilização de mecanismos de Computação Autonômica. Um sistema autônomo ou autonômico é composto por um conjunto de elementos autônomos, sendo este o componente responsável pela gestão do seu próprio comportamento em conformidade com políticas e por interagir com outros elementos autônomos, que fornecem ou consomem serviços computacionais [Kephart and Chess 2003]. Mecanismos de Computação Autonômica, como loops de controle e regras, podem ser empregados no monitoramento de uma nuvem computacional, possibilitando a adição ou remoção de recursos do ambiente conforme limiares de uso pré-estabelecidos. O modelo de Computação em Nuvem tem como objetivo dois benefícios: redução de custos e flexibilidade. O primeiro consiste na redução de custos pela aquisição e composição da infraestrutura necessária para o atendimento das necessidades de negócio. Entretanto, empresas não necessitam adquirir uma infraestrutura complexa para hospedar suas aplicações, utilizando infraestruturas terceirizadas com garantia de serviço e pagando apenas pelos recursos utilizados. Além disso, a infraestrutura da nuvem pode ser composta sob demanda e por recursos heterogêneos e de baixo custo, que atenda o segundo benefício do modelo (flexibilidade). Neste sentido, a infraestrutura pode escalar tanto no nível de hardware quanto de software. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho é propor expansões para serem aplicadas como melhorias sobre uma arquitetura para HPC em nuvens computacionais, proposta em [Paillard et al. 2015], utilizando conceitos do auto gerenciamento (self-*). 2. Descrição da Arquitetura A arquitetura proposta em [Paillard et al. 2015] apresenta em alto nível componentes para a execução de aplicações HPC em nuvens computacionais. A Figura 1 exibe seus componentes, seus relacionamentos internos e relacionamentos com demais dispositivos. O componente principal da arquitetura é o HPCaaS (HPC-as-a-Service), responsável pelo provimento de uma interface para a construção e execução de aplicações ou serviços que requerem a criação de uma infraestrutura de cluster para HPC, submissão de jobs, serviços de preempção e alocação em nuvens computacionais. Sua ideia é habilitar uma plataforma como serviço (PaaS) para HPC em nuvens de diferentes tipos. O usuário deve utilizar o componente Interface para a construção e execução de suas aplicações por meio de chamadas aos demais componentes do HPCaaS. O componente Cria Cluster é responsável pela criação e configuração do cluster na nuvem, utilizando como dados de entrada a localização da nuvem (ou nuvens) na qual as máquinas virtuais serão instanciadas. Ele também configura o ambiente e possibilita a implementação de aplicações HPC. O componente Submissão de Jobs é responsável pelo acondicionamento de aplicações (e.g. programas MPI ou qualquer aplicação que utilize um serviço HPC na nuvem) e inicializa a execução da aplicação a ser executada no cluster configurado previamente na nuvem. O componente Preempção executa políticas de escalonamento responsáveis pelas trocas de processos HPC executando na plataforma. Caso a plataforma não atenda às 4 NUVEM PRIVADA BANCO DE DADOS PESSOAL HPCaaS INTERFACE VM 1 VM 2 VM 3... VM n CRIA CLUSTER SUBMISSÃO DE JOB PREEMPÇÃO NUVEM PÚBLICA APLICAÇÃO ALOCADOR VM 1 VM 2 VM 3... VM n NUVEM PRIVADA NUVEM HÍBRIDA NUVEM PÚBLICA VM 1 VM 2 VM 3... VM n VM 1 VM 2 VM 3... VM n Figura 1. Arquitetura genérica para HPC em nuvem [Paillard et al. 2015] demandas dos vários jobs, o componente de preempção habilita o acesso compartilhado dos recursos de maneira justa. O componente Alocador é responsável pela comunicação da plataforma com e entre as nuvens. Também é responsável pelas credenciais, criação e utilização dos usuários, criando máquinas virtuais e implantando os componentes e serviços na nuvem, além da alocação propriamente dita. O Banco de Dados Pessoal é utilizado para armazenar dados das aplicações dos usuários e configurações para posterior ajuste, e dados históricos de utilização do ambiente e da API. Desse modo, também é possível monitorar a utilização dos recursos, auditar e fazer recomendações baseadas no uso. Por fim, a Aplicação pode ser desenvolvida em qualquer plataforma (e.g. mobile, desktop ou web). A única restrição é que a aplicação utilize o componente HPCaaS. Por meio desse componente é possível a construção de aplicações para o usuário (SaaS) para o acesso a aplicações HPC em nuvens computacionais. 3. Elementos do Auto Gerenciamento A essência da Computação Autonômica é o auto gerenciamento, cuja intenção é livrar os administradores de sistemas de detalhes da operação e manutenção, e prover aos usuários recursos (hardware ou software) com desempenho adequado [Kephart and Chess 2003]. Os elementos do auto gerenciamento podem ser utilizados para promover auto configuração, auto reparação, auto otimização e auto proteção em sistemas computacionais, conforme as definições de [Kephart and Chess 2003]. Sistemas autonômicos são grupos interativos de elementos autonômicos (sistemas individuais constituintes que contém recursos e distribuem serviços) [Kephart and Chess 2003]. Elementos autonômicos gerenciam seu comportamento interno e relacionamentos com outros elementos autonômicos conforme políticas estabelecidas. O gerenciamento do próprio sistema resulta em diversas interações através de elementos autonômicos do auto gerenciamento dos elementos autonômicos individuais. A Figura 2 (a) exibe um elemento autonômico tipicamente composto por um ou mais elemen
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