Validação experimental de sistemas de arquivos baseados em journaling para o sistema operacional Linux

Alta disponibilidade (muitas vezes referenciada como HA, de High Availability) é uma característica de sistemas computacionais que são projetados para evitar ao máximo as interrupções, planejadas ou não, na prestação de serviços. Em alta disponibilidade, o ideal é haver poucas falhas e, mesmo quando estas acontecerem, que o seu tempo médio de reparo (ou MTTR, de Mean Time To Repair) seja tão pequeno quanto possível. Sistemas operacionais têm um papel importante em alta disponibilidade, sendo preferível o uso daqueles que possuam sistemas de arquivos seguros e relativamente independentes de ações por agentes humanos para a recuperação. Uma das abordagens para auxiliar a obter-se uma alta disponibilidade em sistemas de arquivos é a do tipo journaling, ou meta-data logging. Existe uma série de sistemas de arquivos para o sistema operacional Linux baseando-se nela, tais como ext3, JFS, ReiserFS e XFS. Este trabalho tem por objetivo propor uma metodologia de validação experimental para avaliar a eficiência do mecanismo para recuperação de sistemas de arquivos baseados em journaling, na ocorrência de falhas. Para isso, a técnica de validação empregada é a da injeção de falhas e o sistema sob teste é uma implementação do XFS. Foram utilizados os recursos de depuração do sistema operacional Linux (que permitem a utilização de métodos para interceptação e manipulação de chamadas de sistema) para a implementação de um injetor de falhas específico para sistemas de arquivos baseados em journaling, o qual foi chamado de FIJI (Fault Injector for Journaling fIlesystems). Manipular os parâmetros de chamadas de sistema (ou system calls) através do FIJI equivale a alterar as requisições feitas ao sistema operacional. A eficiência do mecanismo de journaling é medida injetando-se falhas e medindose o MTTR e a cobertura de falhas. Basicamente, o que procura-se fazer através do injetor de falhas FIJI é ignorar os logs do journaling e manipular uma quantidade de informações diferente daquela que foi solicitada originalmente.

ComFIRM - Injeção de falhas de comunicação através da alteração de recursos do sistema operacional

Este trabalho trata da técnica de validação experimental de protocolos de comunicação confiável, através da injeção de falhas de comunicação. São estudadas inicialmente as técnicas de injeção de falhas, por hardware, software e simulação, e então são aprofundados os conceitos de injeção de falhas de comunicação, modelos de falha e especificação de experimentos de injeção de falhas. Em um segundo momento, são estudadas as formas de implementação de injetores de falhas em software, em suas duas formas mais comuns: no nível da aplicação e no nível do sistema operacional. São comentados os impactos da implementação de injetores no código da aplicação, por processos concorrentes à aplicação, em código utilizado pela aplicação e no meta-nível. Por fim, são estudados também que influências sofre a implementação de um injetor de falhas em um sistema operacional, e mais especificamente a de injetores de falhas de comunicação. O objetivo específico deste trabalho é implementar um injetor de falhas de comunicação bastante abrangente e flexível, situado dentro do núcleo do Sistema Operacional Linux. Para viabilizar esta implementação foi estudada também a arquitetura do Sistema Operacional Linux, sua decomposição em subsistemas e a interação entre estes. Foram estudadas também as várias técnicas de programação e mecanismos que o Sistema Operacional Linux fornece aos seus subsistemas. Estando completas a revisão bibliográfica a respeito de injeção de falhas e o estudo do código do Sistema Operacional Linux, são apresentadas a proposta e a implementação da ferramenta ComFIRM—Communication Fault Injection through Operating System Resource Modification, suas características e sua inserção dentro do núcleo do Sistema Operacional Linux. Finalizando este trabalho, são apresentados uma pequena série de testes de funcionamento e experimentos realizados com a ferramenta ComFIRM, visando demonstrar a correção de seu funcionamento, o cumprimento de seus objetivos e também sua praticidade e flexibilidade de uso. São apresentadas as conclusões deste trabalho, propostas de melhorias à ferramenta apresentada, bem como possibilidades de trabalhos futuros.

Firmament : um módulo de injeção de falhas de comunicação para linux

A execução de testes é um passo essencial na adoção de novos protocolos de comunicação e sistemas distribuídos. A forma com que estes se comportam na presença de falhas, tão comuns em ambientes geograficamente distribuídos, deve ser conhecida e considerada. Testes sob condições de falha devem ser realizados e as implementações devem trabalhar dentro de sua especificação nestas condições, garantindo explicitamente o funcionamento dos seus mecanismos de detecção e recuperação de erros. Para a realização de tais testes, uma técnica poderosa é a injeção de falhas. Ferramentas de injeção de falhas permitem ao projetista ou engenheiro de testes medir a eficiência dos mecanismos de um sistema antes que o mesmo seja colocado em operação efetiva. Este trabalho apresenta o projeto, desenvolvimento e teste do injetor de falhas FIRMAMENT. Esta ferramenta executa, dentro do núcleo do sistema operacional, microprogramas, ou faultlets, sobre cada mensagem processada para a emulação de situações de falha de comunicação, utilizando uma abordagem de scripts. A ferramenta é implementada como um módulo de núcleo do sistema operacional Linux, tendo acesso total aos fluxos de entrada e saída de pacotes de forma limpa e não intrusiva, permitindo o teste de sistemas baseados nos protocolos IPv4 e IPv6. Seu desempenho é significativo, já que a ferramenta evita que os mecanismos de injeção de falhas sejam invocados nos fluxos que não sejam de interesse aos testes, bem como dispensa a cópia de dados dos pacotes de comunicação a serem inspecionados e manipulados. A aplicabilidade da ferramenta, dada pela sua facilidade de integração a um ambiente de produção, é conseqüência de sua disponibilidade como um módulo de núcleo, podendo ser carregada como um plugin em um núcleo não modificado. As instruções por FIRMAMENT suportadas lhe dão alto poder de expressão dos cenários de falhas. Estas instruções permitem a inspeção e seleção de mensagens de forma determinística ou estatística. Além disso, fornecem diversas ações a serem realizadas sobre os pacotes de comunicação e sobre as variáveis internas do injetor, fazendo-o imitar o comportamento de falhas reais, como descarte e duplicação de mensagens, atraso na sua entrega e modificação de seu conteúdo. Estas características tornam a ferramenta apropriada para a realização de experimentos sobre protocolos e sistemas distribuídos.