Tolerância a falhas em sistemas de tempo-real distribuídos e embebidos

Este documento descreve um modelo de tolerância a falhas para sistemas de tempo-real distribuídos. A sugestão deste modelo tem como propósito a apresentação de uma solu-ção fiável, flexível e adaptável às necessidades dos sistemas de tempo-real distribuídos. A tolerância a falhas é um aspeto extremamente importante na construção de sistemas de tempo-real e a sua aplicação traz inúmeros benefícios. Um design orientado para a to-lerância a falhas contribui para um melhor desempenho do sistema através do melhora-mento de aspetos chave como a segurança, a confiabilidade e a disponibilidade dos sis-temas. O trabalho desenvolvido centra-se na prevenção, deteção e tolerância a falhas de tipo ló-gicas (software) e físicas (hardware) e assenta numa arquitetura maioritariamente basea-da no tempo, conjugada com técnicas de redundância. O modelo preocupa-se com a efi-ciência e os custos de execução. Para isso utilizam-se também técnicas tradicionais de to-lerância a falhas, como a redundância e a migração, no sentido de não prejudicar o tempo de execução do serviço, ou seja, diminuindo o tempo de recuperação das réplicas, em ca-so de ocorrência de falhas. Neste trabalho são propostas heurísticas de baixa complexida-de para tempo-de-execução, a fim de se determinar para onde replicar os componentes que constituem o software de tempo-real e de negociá-los num mecanismo de coordena-ção por licitações. Este trabalho adapta e estende alguns algoritmos que fornecem solu-ções ainda que interrompidos. Estes algoritmos são referidos em trabalhos de investiga-ção relacionados, e são utilizados para formação de coligações entre nós coadjuvantes. O modelo proposto colmata as falhas através de técnicas de replicação ativa, tanto virtual como física, com blocos de execução concorrentes. Tenta-se melhorar ou manter a sua qualidade produzida, praticamente sem introduzir overhead de informação significativo no sistema. O modelo certifica-se que as máquinas escolhidas, para as quais os agentes migrarão, melhoram iterativamente os níveis de qualidade de serviço fornecida aos com-ponentes, em função das disponibilidades das respetivas máquinas. Caso a nova configu-ração de qualidade seja rentável para a qualidade geral do serviço, é feito um esforço no sentido de receber novos componentes em detrimento da qualidade dos já hospedados localmente. Os nós que cooperam na coligação maximizam o número de execuções para-lelas entre componentes paralelos que compõem o serviço, com o intuito de reduzir atra-sos de execução. O desenvolvimento desta tese conduziu ao modelo proposto e aos resultados apresenta-dos e foi genuinamente suportado por levantamentos bibliográficos de trabalhos de in-vestigação e desenvolvimento, literaturas e preliminares matemáticos. O trabalho tem também como base uma lista de referências bibliográficas.

This document describes a fault-tolerant model for real-time distributed systems. The proposal of this model intends to present a trustworthy, flexible and adaptable solution to meet real-time distributed systems main needs. Fault-tolerance is an extremely important feature in real-time systems design and its im-plementation has countless advantages. A fault-tolerance-oriented design contributes de-cisively to the overall system with the improvement of key-aspects like security, reliability and systems’ availability. The developed work focuses in preventing, detecting as well as tolerating both logical (software) and physical (hardware) faults and has its basis on a majorly time-based archi-tecture, united with redundancy techniques. It also aims at the cost-effectiveness of the execution therefore using several other traditional fault-tolerance techniques like redun-dancy, absent jeopardizing service execution time, and always trying to shorten replica re-covery time, in faulty situations. In this work are proposed low runtime complexity heuris-tics to determine where to replicate components that compose the real-time software and to negotiate them in an auction-based coordination. This work makes progress on some algorithms that provide a valid solution even if they are interrupted. These algo-rithms are referred in related investigations works, in order to accomplish coalition for-mations between mutual supporting nodes. This proposed model fills in possible gaps through virtual and physical active replication techniques, applying parallel execution blocks, in the attempt of improve or maintain the produced quality, quasi without creating significant overhead in the system. The proposed model ensures that the chosen machines, to which agents will migrate, improve progres-sively the quality of service levels provided to the components, according to the respec-tive hosts’ availabilities. It always makes an effort to receive incoming components at the cost of degrading others already hosted locally, if the new quality configuration elevates the service overall quality. The cooperating coalition nodes maximize the number of paral-lel executions between parallel components, in order to reduce execution delays. This thesis development leaded to the proposed model and presented results and was genuinely supported by research and development scientific works, detailed literature survey and mathematical preliminaries. This work is also supported by a list of necessary references.