João Lourenço

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Distributed transactional memory (DTM) presents itself as a highly expressive and programmer friendly model for concurrency control in distributed programming. Current DTM systems make use of both data distribution and replication as a way of providing scalability and fault tolerance, but both techniques have advantages and drawbacks. As such, each one is suitable for different target applications, and deployment environments. In this paper we address the support of different data replication models in DTM. To that end we propose ReDstm, a modular and non-intrusive framework for DTM, that supports multiple data replication models in a general purpose programming language (Java). We show its application in the implementation of distributed software transactional memories with different replication models, and evaluate the framework via a set of well-known benchmarks, analysing the impact of the different replication models on memory usage and transaction throughput.

Os protocolos de replicação parcial de dados apresentam um grande potencial de escalabilidade. O SCORe é um protocolo para replicação parcial proposto recentemente que faz uso de controlo de concorrência multi-versão. Neste artigo abordamos um dos problemas principais que afeta o desempenho deste tipo de protocolos: a localidade dos dados, i.e., pode-se dar o caso do nó local não ter uma cópia dos dados a que pretende aceder, e nesse caso é necessário realizar uma ou mais operações de leitura remota. Assim, a não ser que se empreguem técnicas para melhorar a localidade no acesso aos dados, o número de operações de leitura remota aumenta com o tamanho do sistema, acabando por afetar o desempenho do mesmo. Nesse sentido, introduzimos um mecanismo de caching que permite replicar cópias de dados remotos de maneira a que seja poss{\'ı}vel servir localmente dados remotos enquanto que se mantém a consistência dos mesmos e a escalabilidade oferecida pelo protocolo. Avaliamos o mecanismo de caching com um benchmark conhecido da literatura e os resultados experimentais mostram resultados animadores com algum aumento no desempenho do sistema e uma redução considerável da quantidade de operações de leitura remota.

Given the proliferation and enhanced capabilities of mobile devices, their computational and storage resources can now be combined in a wireless cloud of nearby mobile devices, a mobile edge-cloud. These clouds are of particular interest in low connectivity scenarios, e.g., sporting events and disaster scenarios. In these dynamic clouds it is necessary to reliably disseminate and share data, and also to offload data processing computations to other devices in the edge-cloud. We are particularly interested in supporting storage services in these new type of edge-clouds, as a mean to enable data sharing, dissemination and querying, as well as to serve as a distributed file system for offloaded computations. In this Ph.D. thesis, we propose to address these questions by researching on the usage of ad-hoc clouds of mobile devices to develop an efficient storage service capable of providing high availability and reliability.

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Os sistemas de memória transacional distribuída atuais recorrem essencialmente à distribuição ou à replicação total para distribuir os seus dados pelos múltiplos nós do sistema. No entanto, estas estratégias de replicação de dados apresentam limitações. A distribuição não oferece tolerância a falhas e a replicação total limita a capacidade de armazenamento do sistema. Nesse contexto, a replicação parcial de dados surge como uma solução intermédia, que combina o melhor das duas anteriores com o intuito de mitigar as suas desvantagens. Esta estratégia tem sido explorada no contexto das bases de dados distribuídas, mas tem sido pouco abordada no contexto da memória transacional e, tanto quanto sabemos, nunca antes tinha sido incorporada num sistema de memória transacional distribuída para uma linguagem de propósito geral. Assim, neste artigo propomos e avaliamos uma infraestrutura para replicação parcial de dados para programas Java bytecode, que foi desenvolvida com base num sistema já existente de memória transacional distribuída. A modularidade da infraestrutura que apresentamos permite a implementação de múltiplos algoritmos e, por conseguinte, avaliar em que contextos de utilização (workloads, número de nós, etc.) a replicação parcial se apresenta como uma alternativa viável a outras estratégias de replicação de dados.

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A programação concorrente obriga o programador a sincronizar os acessos concorrentes a regiões de memória partilhada, contudo esta abordagem não é suficiente para evitar todas as anomalias que podem ocorrer num cenário concorrente. Executar uma sequência de operações atómicas pode causar violações de atomicidade se existir uma correlação entre essas operações, devendo o programador garantir que toda a sequência de operações é executada atomicamente. Este problema é especialmente comum quando se usam operações de pacotes ou módulos de terceiros, pois o programador pode identificar incorretamente o âmbito das regiões de código que precisam de ser atómicas para garantir o correto comportamento do programa. Para evitar este problema o programador do módulo pode criar um contrato que especifica quais as sequências de operações do módulo que devem ser sempre executadas de forma atómica. Este trabalho apresenta uma análise estática para verificação destes contratos.

Uma das estratégias para tirar partido dos múltiplos processadores disponíveis nos computadores atuais passa por adaptar código legado, inicialmente concebido para ser executado num contexto meramente sequencial, para ser agora executado num contexto multithreading. Nesse processo de adaptação é necessário proteger apropriadamente os dados que são agora partilhados e acedidos por diferentes threads concorrentes. A proteção dos dados com locks usando uma granulosidade grossa inibe a concorrência e opõe-se ao objetivo inicial de explorar o paralelismo suportado por múltiplos processadores. Por outro lado, a utilização de uma granulosidade fina pode levar à ocorrência de anomalias próprias da concorrência, como deadlocks e violações de atomicidade (high-level data races). Este artigo discute o conceito de fecho de um programa e uma metodologia que, quando aplicados em conjunto, permitem adaptar código legado para o tornar thread-safe, garantindo a ausência de violações de atomicidade na versão corrente do software e antecipando algumas violações de atomicidade que poderão ocorrer em versões futuras do mesmo software.

Software developers are expected to protect concurrent accesses to shared regions of memory with some mutual exclusion primitive that ensures atomicity properties to a sequence of program statements. This approach prevents data races but may fail to provide all necessary correctness properties.The composition of correlated atomic operations without further synchronization may cause atomicity violations. Atomic violations may be avoided by grouping the correlated atomic regions in a single larger atomic scope. Concurrent programs are particularly prone to atomicity violations when they use services provided by third party packages or modules, since the programmer may fail to identify which services are correlated. In this paper we propose to use contracts for concurrency, where the developer of a module writes a set of contract terms that specify which methods are correlated and must be executed in the same atomic scope. These contracts are then used to verify the correctness of the main program with respect to the usage of the module(s). If a contract is well defined and complete, and the main program respects it, then the program is safe from atomicity violations with respect to that module. We also propose a static analysis based methodology to verify contracts for concurrency that we applied to some real-world software packages. The bug we found in Tomcat 6.0 was immediately acknowledged and corrected by its development team.