Contributions to the deadlock problem in multithreaded software applications observed as Resource Allocation Systems

Desde el punto de vista de la competencia por recursos compartidos sucesivamente reutilizables, se dice que un sistema concurrente compuesto por procesos secuenciales está en situación de bloqueo si existe en él un conjunto de procesos que están indefinidamente esperando la liberación de ciertos recursos retenidos por miembros del mismo conjunto de procesos. En sistemas razonablemente complejos o distribuidos, establecer una política de asignación de recursos que sea libre de bloqueos puede ser un problema muy difícil de resolver de forma eficiente. En este sentido, los modelos formales, y particularmente las redes de Petri, se han ido afianzando como herramientas fructíferas que permiten abstraer el problema de asignación de recursos en este tipo de sistemas, con el fin de abordarlo analíticamente y proveer métodos eficientes para la correcta construcción o corrección de estos sistemas. En particular, la teoría estructural de redes de Petri se postula como un potente aliado para lidiar con el problema de la explosión de estados inherente a aquéllos. En este fértil contexto han florecido una serie de trabajos que defienden una propuesta metodológica de diseño orientada al estudio estructural y la correspondiente corrección física del problema de asignación de recursos en familias de sistemas muy significativas en determinados contextos de aplicación, como el de los Sistemas de Fabricación Flexible. Las clases de modelos de redes de Petri resultantes asumen ciertas restricciones, con significado físico en el contexto de aplicación para el que están destinadas, que alivian en buena medida la complejidad del problema. En la presente tesis, se intenta acercar ese tipo de aproximación metodológica al diseño de aplicaciones software multihilo libres de bloqueos. A tal efecto, se pone de manifiesto cómo aquellas restricciones procedentes del mundo de los Sistemas de Fabricación Flexible se muestran demasiado severas para aprehender la versatilidad inherente a los sistemas software en lo que respecta a la interacción de los procesos con los recursos compartidos. En particular, se han de resaltar dos necesidades de modelado fundamentales que obstaculizan la mera adopción de antiguas aproximaciones surgidas bajo el prisma de otros dominios: (1) la necesidad de soportar el anidamiento de bucles no desplegables en el interior de los procesos, y (2) la posible compartición de recursos no disponibles en el arranque del sistema pero que son creados o declarados por un proceso en ejecución. A resultas, se identifica una serie de requerimientos básicos para la definición de un tipo de modelos orientado al estudio de sistemas software multihilo y se presenta una clase de redes de Petri, llamada PC2R, que cumple dicha lista de requerimientos, manteniéndose a su vez respetuosa con la filosofía de diseño de anteriores subclases enfocadas a otros contextos de aplicación. Junto con la revisión e integración de anteriores resultados en el nuevo marco conceptual, se aborda el estudio de propiedades inherentes a los sistemas resultantes y su relación profunda con otros tipos de modelos, la confección de resultados y algoritmos eficientes para el análisis estructural de vivacidad en la nueva clase, así como la revisión y propuesta de métodos de resolución de los problemas de bloqueo adaptadas a las particularidades físicas del dominio de aplicación. Asimismo, se estudia la complejidad computacional de ciertas vertientes relacionadas con el problema de asignación de recursos en el nuevo contexto, así como la traslación de los resultados anteriormente mencionados sobre el dominio de la ingeniería de software multihilo, donde la nueva clase de redes permite afrontar problemas inabordables considerando el marco teórico y las herramientas suministradas para subclases anteriormente explotadas

Quality embedded intelligent remanufacturing

This thesis is motivated from the four keywords: remanufacturing, quality, multi-agent and intelligence. Recent years' environmental problems caused tightening the regulations and legislations for used products. Therefore remanufacturing is getting more attention. The quality of used products is uncertain and even dynamically changes during the remanufacturing process, and each used product should be individually handled in a different way depending on its quality. Fortunately recent developing wireless technologies like radio frequency identification (RFID) may enable remanufacturing control systems to identify, track, and control each used product and disassembled subassembly/part (PDSP) automatically. The multi-agent approach can be a good solution for the individual control of each PDSP, because a centralized control system is not eligible to managing so many elements in the remanufacturing system. The objective of this thesis is to propose a quality embedded remanufacturing system (QRS) which comprises a multi-agent framework and a scheduling mechanism. First, this thesis discusses the fundamental concepts for the proposed modeling tools and scheduling mechanism: the QRS quality characteristics and the multi-agent framework. As the second step, this thesis proposes QRS modeling tools which support the PDSP/resource quality representation and comprise: intuitive remanufacturing system representation (IRSR) and dynamic token two-level colored Petri-nets (DTPN). The former is designed from the user-side perspective and the latter is from the system-side perspective. The multi-agent framework is constructed based on the model represented with the proposed tools. Last, this thesis proposes a real-time scheduling mechanism for the QRS which enables the constructed framework to execute. The scheduling mechanism embeds a communication protocol among agents and dispatching rules formulated depending on the PDSP/resource quality. A knowledge-based approach is adopted to increase efficiency of the scheduling mechanism, where the knowledge is learned by simulations. A heuristic method is also proposed to reduce the simulation time