Sistemas Auto-Distribuídos: Implantação em infraestruturas de computação de borda e nuvem

Abstract

O desenvolvimento de aplicações para o continuum computacional de borda e nuvem enfrenta desafios para atender requisitos rigorosos de latência e flexibilidade, especialmente ao lidar com aplicações monolíticas ou com estado. O paradigma dos Sistemas Auto-Distribuídos (SDS) surge como uma solução para essa problemática, permitindo que componentes de software sejam dinamicamente movidos ou replicados pela infraestrutura em tempo de execução. No entanto, a aplicação prática desse conceito carece de integração com ambientes de implantação modernos. Este trabalho preenche essa lacuna ao apresentar a concepção, o desenvolvimento e a avaliação da SDS_SWARM, uma arquitetura que integra o paradigma SDS às infraestruturas reais de computação em borda e nuvem. O objetivo consiste em ampliar a flexibilidade de implantação e a escalabilidade desse modelo, por meio da sua integração com tecnologias modernas de conteinerização e orquestração. Esta pesquisa seguiu a Design Science Research Methodology (DSRM), envolvendo as etapas de identificação do problema, definição dos objetivos, concepção do artefato, implementação e avaliação. A arquitetura proposta foi desenvolvida em Java com o framework Spring Boot, empregando contêineres Docker e o orquestrador Docker Swarm para gerenciar de forma programática e flexível a execução e a distribuição dos componentes. A comunicação entre os ambientes de borda e nuvem ocorreu por meio de uma rede privada virtual criada com Tailscale. Para validar o funcionamento da arquitetura, este trabalho utilizou uma aplicação desenvolvida na linguagem Dana, cuja capacidade de reconfiguração dinâmica e substituição de componentes em tempo de execução (hot-swap) permitiu explorar o comportamento auto-distribuível do sistema. A partir dessa aplicação, a pesquisa conduziu experimentos para mensurar o tempo de resposta e analisar o desempenho da distribuição entre diferentes camadas da infraestrutura. Os resultados demonstraram que a integração de Sistemas Auto-Distribuídos com tecnologias de conteinerização e orquestração promove maior flexibilidade, portabilidade e adaptabilidade das aplicações em ambientes heterogêneos. Este trabalho conclui que a arquitetura SDS_SWARM aproxima o paradigma dos Sistemas Auto-Distribuídos das práticas contemporâneas de implantação, contribuindo para o avanço das pesquisas em sistemas distribuídos e para o aprimoramento das estratégias de gerenciamento em computação em borda e nuvem.