Support to run-time adaptation by a publish-subscribe based middleware for MPSOC architectures

Abstract

As aplicações embarcadas têm migrado de sistemas baseados em um único processador para uma comunicação de dados intensiva que exige sistemas multiprocessados. O desempenho exigido por estas aplicações motivam o uso de arquiteturas multiprocessadas em um único chip (MPSoCs). Mudanças em tempo de execução na qualidade do serviço prestada pela plataforma MPSoC para as aplicações motivam a implementação de plataformas MPSoCs auto-adaptativas. As plataformas MPSoCs auto-adaptativas empregam sistemas compostos por arquiteturas ricas em sensores-atuadores que observam as mudanças no ambiente de execução e adaptam o sistema balanceando dinamicamente múltiplos objetivos em vários níveis de arquitetura. Esses sistemas auto-adaptativos requerem modelos de comunicação/programação bem adaptados à característica distribuída do ambiente para coordenar a comunicação entre os elementos que o compõem. Esta Tese investiga os atuais modelos de programação/comunicação em MPSoC e outros domínios correlatos com relação ao acoplamento entre os elementos comunicantes e a infraestrutura de hardware e software adjacente. A hipótese levantada é que é necessário usar um modelo que, além de abstrair a complexidade da comunicação, também forneça um acoplamento mais flexível entre os elementos comunicantes do sistema auto-adaptativo. Adicionalmente, nós argumentamos que as abordagens atualmente utilizadas para incorporar sistemas auto-adaptativos em plataformas MPSoCs seguem uma metodologia de desenvolvimento não sistematizada, o que impacta na qualidade de software relacionada ao reuso de código e manutenabilidade. Sendo assim, esta Tese propõe aplicar o modelo publish-subscribe em uma abordagem de desenvolvimento baseada em middleware visando melhorar a qualidade do software de sistemas auto-adaptativos enquanto minimiza impactos indesejados da abordagem proposta sobre o sistema. A Tese é suportada através de um estudo de caso em que implementamos um sistema auto-adaptativo utilizando a abordagem proposta e comparamos os resultados com um sistema auto-adaptativo base, de acordo com métricas de desempenho, energia e qualidade do software. Os resultados mostram que o modelo empregado em uma abordagem de desenvolvimento baseada em middleware melhorou a qualidade do software do sistema autoadaptativo de 33% até 47.8%, dependendo da métrica avaliada, com um reduzido overhead em relação à métricas de desempenho (4.5%) e energia (5.9%). Mostramos também que os requisitos para o middleware são adequados para plataformas MPSoCs caracterizadas por restrições de uso de memória.