Message-oriented Middleware per Routing Acceleration basato su eBPF/XDP in Contesto Serverless

Negli ultimi anni la necessità di processare e mantenere dati di qualsiasi natura è aumentata considerevolmente, in aggiunta a questo, l’obsolescenza del modello centralizzato ha contribuito alla sempre più frequente adozione del modello distribuito. Inevitabile dunque l’aumento di traffico che attraversa i nodi appartenenti alle infrastrutture, un traffico sempre più in aumento e che con l’avvento dell’IoT, dei Big Data, del Cloud Computing, del Serverless Computing etc., ha raggiunto picchi elevatissimi. Basti pensare che se prima i dati erano contenuti in loco, oggi non è assurdo pensare che l’archiviazione dei propri dati sia completamente affidata a terzi. Così come cresce, quindi, il traffico che attraversa i nodi facenti parte di un’infrastruttura, cresce la necessità che questo traffico sia filtrato e gestito dai nodi stessi. L’obbiettivo di questa tesi è quello di estendere un Message-oriented Middleware, in grado di garantire diverse qualità di servizio per la consegna di messaggi, in modo da accelerarne la fase di routing verso i nodi destinazione. L’estensione consiste nell’aggiungere al Message-oriented Middleware, precedentemente implementato, la funzione di intercettare i pacchetti in arrivo (che nel caso del middleware in questione possono rappresentare la propagazione di eventi) e redirigerli verso un nuovo nodo in base ad alcuni parametri. Il Message-oriented Middleware oggetto di tesi sarà considerato il message broker di un modello pub/sub, pertanto la redirezione deve avvenire con tempi molto bassi di latenza e, a tal proposito, deve avvenire senza l’uscita dal kernel space del sistema operativo. Per questo motivo si è deciso di utilizzare eBPF, in particolare il modulo XDP, che permette di scrivere programmi che eseguono all’interno del kernel.

Applicazione ROS 2 di un robot antropomorfo in esecuzione su container VxWorks in architettura IMA

L’elaborato di tesi discute del progetto di integrazione tra ROS 2, framework open-source per lo sviluppo di applicazioni robotiche, e VxWorks, sistema operativo in tempo reale (RTOS), attraverso l’utilizzo di container OCI compliant su VxWorks. L’integrazione è stata svolta all’interno dello stack software di IMA (Industria Macchine Automatiche). Il progetto ha dunque integrato ROS 2 Humble e VxWorks 7 permettendo l’utilizzo di costrutti software di ROS 2 su dei container in esecuzione a livello User su VxWorks. Successivamente è stata creata una applicazione di pick and place con un robot antropomorfo (Universal Robots Ur5e) avvalendosi di ROS 2 Control, framework per l’introduzione e gestione di hardware e controllori, e MoveIt 2, framework per incorporare algoritmi di motion-planning, cinematica, controllo e navigazione. Una volta progettata l’applicazione, il sistema è stato integrato all’interno dell’architettura di controllo di IMA. L’architettura a container VxWorks di IMA è stata estesa per il caso ROS 2, la comunicazione tra campo e applicazione ROS 2 è passata tramite il master EtherCAT e il modulo WebServer presenti nell’architettura IMA. Una volta eseguito il container ROS 2 posizione e velocità dei servo motori sono stati inviati tramite al WebServer di IMA sfruttando la comunicazione VLAN interna. Una volta ricevuto il messaggio, il WebServer si è occupato di trasferirlo al master EtherCAT che in aggiunta si è occupato anche di ottenere le informazioni sullo stato attuale del robot. L’intero progetto è stato sviluppato in prima battuta in ambiente di simulazione per validarne l’architettura. Successivamente si è passati all’installazione in ambiente embedded grazie all’ausilio di IPC sui quali è stato testato l’effettivo funzionamento dell’integrazione all’interno dell’architettura IMA.

VMWare e tecniche di virtualizzazione: un caso di studio

Il lavoro svolto da Fabrizio Amici ha suscitato immediatamente il mio interesse in primo luogo perché quando si parla di virtualizzazione con vari fornitori e commerciali, questi la indicano come una soluzione che possa coprire a 360 gradi le esigenze di un Datacenter. Questo è vero nella misura in cui il progetto di virtualizzazione e consolidamento dei Server sia svolto sotto certi criteri progettuali. Per esperienza personale non ho trovato in letteratura lavori che potessero fornire indicazioni approfondite sui parametri da considerare per una corretta progettazione di sistemi di virtualizzazione, spesso ci si avvale di vari fornitori che accennano ad eventuali criticità. Un lavoro come quello proposto da Fabrizio va esattamente nella direzione di rispondere a quelle domande che nascono quando si affronta la tematica della virtualizzazione e soprattutto cerca di capire quali siano i limiti intrinseci della virtualizzazione. In particolare nei vari confronti che, con piacere, ho avuto con Fabrizio, il mio suggerimento è stato quello di esasperare il sistema che aveva assemblato, caricando i test sino ad osservarne i limiti. Dai vari test sono emerse sia conferme, sia inaspettati comportamenti del sistema che rendono ancora più chiaro che solo una prova sperimentale può essere il banco di prova di un sistema complesso. L'elemento che colpisce maggiormente analizzando i risultati è il diverso comportamento in funzione delle CPU utilizzate. I risultati indicano chiaramente che le prestazioni sono fortemente influenzate da come si distribuiscono i core nelle macchine virtuali. Dalla lettura dei risultati viene confermato che i sistemi virtualizzati devono essere progettati per non raggiungere il 70-80% della componente più critica (RAM, CPU) ma anche che sono fortemente sensibili alle disponibilità prestazionali dei sistemi al contorno (Rete, SAN/Dischi). L'approccio metodico sperimentale ed i risultati forniscono una serie di elementi che permettono di affrontare la tematica della virtualizzazione in un quadro generale più solido, offrendo fra l'altro spunti di ricerca ulteriori anche in previsione di nuove soluzioni che vari costruttori, sviluppatori e system integrator proporranno nei prossimi anni. Ing. Massimiliano Casali Esperto di Gestione ICT, Pubblica Amministrazione,Repubblica di San Marino

Realizzazione di uno strumento per la ripartizione dei fondi europei nell'ambito del programma operativo regionale

La costituzione dell’Unione Europea nel 1993 pose la questione del dover aiutare le regioni svantaggiate in essa contenute, allo scopo di promuovere i principi di eguaglianza appena stipulati. Allo stesso tempo si dovette cercare uno strumento per facilitare la collaborazione fra le regioni appartenenti all’Unione stessa. Tale strumento sono i Fondi Strutturali Europei, un sistema di autofinanziamento utilizzato per promuovere progetti lavorativi, di cultura o di ricerca in tutta Europa. La distribuzione dei fondi avviene secondo delle regole specifiche e spesso i temi verso cui i fondi vengono rivolti sono scelti di comune accordo tra i Paesi membri. Le amministrazioni regionali hanno quindi la possibilità di usufruire di una notevole quantità di denaro, giustificando in modo appropriato la destinazione d’uso dei fondi e stilando dei piani che ne descrivano la loro suddivisione nei vari progetti. In seguito all’evoluzione tecnologica degli anni ’60 e ’70 nacquero nuovi strumenti a favore delle aziende: i DSS (Decision Support System), descritti come “sistemi informatici a supporto del processo decisionale”. L’uso di questa nuova tecnologia permise una facilitazione dei compiti decisionali, oltre ad un miglioramento delle prestazioni negli ambiti di applicazione. Da tali premesse nascono diversi progetti che puntano ad utilizzare strumenti di supporto alle decisioni nei campi più diversi: amministrativo, medico, politico, culturale. In particolare, l’area d’applicazione politica vive un grande fermento negli ultimi anni, grazie a strumenti in grado di aiutare la classe politica in decisioni su più livelli di scelta e su una grosse mole di dati. Un esempio fra gli altri è la redazione del Programma Operativo Regionale, il quale fa affidamento sui finanziamenti dei Fondi Strutturali Europei per potersi sostentare. Negli ultimi anni la Regione Emilia-Romagna ha puntato molto sull’uso di strumenti informatici e automatizzati come aiuto nella compilazione di progetti, piani operativi e preventivi di spesa, sviluppando delle collaborazioni con diversi Enti ed Università, tra le quali l’Università degli Studi di Bologna. L’ultimo progetto realizzato in collaborazione con la Regione, e qui esposto, riguarda la realizzazione di uno strumento di supporto alle decisioni politiche per la ripartizione dei Fondi Europei, in particolare quelli destinati al Programma Operativo Regionale (POR).

Studio, analisi, progettazione e sviluppo di una cartella infermieristica informatizzata in un sistema informativo di reparto

La Cartella Clinica Elettronica è lo strumento d’eccellenza per la condivisione e il recupero dei dati clinici e per la gestione organica e strutturata dei dati riferiti alla storia clinica di un paziente. Garantisce il supporto dei processi clinici (diagnostico-terapeutici) e d’assistenza nei singoli episodi di cura e favorisce la continuità di cura. In questo nuovo scenario acquista rilevanza il contributo degli infermieri ai processi sanitari e al percorso diagnostico-terapeutico di competenza medica, nonché l’affermarsi del processo assistenziale di specifica competenza infermieristica. Nasce l’esigenza di progettare e sviluppare un valido sistema informativo, indispensabile per documentare sistematicamente ogni attività infermieristica, ottenere informazioni utili per la pianificazione, la gestione e la valutazione dei percorsi assistenziali e per migliorare l’assistenza. Il seguente progetto di tesi sperimentale ha come obiettivo la digitalizzazione delle documentazione infermieristica,in accordo con le esigenze del personale clinico in un ambito realmente operativo di reparto ospedaliero, al fine di realizzare uno strumento informativo semplice ma efficace, in grado di rendere agevole la registrazione dell’attività clinica quotidiana. Per iniziare la trattazione, sono forniti elementi introduttivi e propedeutici ad una comprensione più esaustiva del sistema che verrà integrato con le schede infermieristiche digitali. Si procede con la descrizione delle fasi di sviluppo che hanno portato all’informatizzazione delle schede infermieristiche, analizzando sia gli studi preliminari che gli strumenti utilizzati per la loro realizzazione. Il lavoro si conclude con la presentazione e discussione di un prototipo al personale infermieristico referente, così da mostrare al cliente l’effettiva funzionalità della cartella infermieristica e il flusso di utilizzo per avere un riscontro preliminare su leggibilità ed organicità dei documenti.