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https://github.com/davidalves04/Trabalho-Pratico-SD.git
synced 2025-12-12 22:28:05 +00:00
fix: add micro-throttle for Linux performance parity
Linux runs too fast compared to Windows/Wine, causing vehicle queue backup (~44% completion vs 95% on Windows). Adding microsecond delays via LockSupport.parkNanos() achieves 92% completion. - 50μs delay in SocketConnection send/receive - 100μs delay in CoordinatorProcess vehicle generation
This commit is contained in:
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.gitignore
vendored
4
.gitignore
vendored
@@ -8,6 +8,9 @@ logs
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*.md
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*.tex
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!README.md
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report.aux
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report.synctex.gz
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!report.tex
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# BlueJ files
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*.ctxt
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@@ -53,6 +56,7 @@ build/
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# Other
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*.swp
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*.pdf
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!report.pdf
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# JAR built pom file
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dependency-reduced-pom.xml
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@@ -3,6 +3,7 @@ package sd.coordinator;
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import java.io.IOException;
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import java.util.HashMap;
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import java.util.Map;
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import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
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import sd.config.SimulationConfig;
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import sd.dashboard.DashboardStatistics;
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@@ -375,6 +376,7 @@ public class CoordinatorProcess {
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||||
String entryIntersection = vehicle.getRoute().get(0);
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||||
sendVehicleToIntersection(vehicle, entryIntersection);
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LockSupport.parkNanos(100000); // 100us
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}
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/**
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@@ -11,6 +11,7 @@ import java.net.Socket;
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import java.net.SocketTimeoutException;
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import java.net.UnknownHostException;
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import java.util.concurrent.TimeUnit;
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import java.util.concurrent.locks.LockSupport;
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import sd.serialization.MessageSerializer;
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import sd.serialization.SerializationException;
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@@ -167,7 +168,8 @@ public class SocketConnection implements Closeable {
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DataOutputStream dataOut = new DataOutputStream(outputStream);
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dataOut.writeInt(data.length);
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dataOut.write(data);
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dataOut.flush(); // Force transmission immediately
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||||
dataOut.flush();
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LockSupport.parkNanos(50000); // 50us
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} catch (SerializationException e) {
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throw new IOException("Failed to serialize message", e);
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@@ -202,6 +204,7 @@ public class SocketConnection implements Closeable {
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// Ler dados exatos da mensagem
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byte[] data = new byte[length];
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dataIn.readFully(data);
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LockSupport.parkNanos(50000); // 50us
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// Deserialize do JSON - força o tipo concreto Message
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||||
return serializer.deserialize(data, sd.model.Message.class);
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||||
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BIN
report.pdf
Normal file
BIN
report.pdf
Normal file
Binary file not shown.
176
report.tex
Normal file
176
report.tex
Normal file
@@ -0,0 +1,176 @@
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\documentclass[a4paper,11pt]{article}
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% codificação
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\usepackage[utf8]{inputenc}
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\usepackage[T1]{fontenc}
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% layout
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\usepackage[top=2.5cm, bottom=2.5cm, left=2.5cm, right=2.5cm]{geometry}
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\usepackage{parskip} % Espaçamento entre parágrafos sem indentação
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||||
\usepackage{titlesec} % Personalização de títulos
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% cor/estilo
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\usepackage{xcolor}
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\definecolor{navyblue}{RGB}{0, 40, 85}
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||||
\definecolor{codegray}{rgb}{0.95,0.95,0.95}
|
||||
\definecolor{accent}{RGB}{0, 100, 180}
|
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||||
% data
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\renewcommand{\today}{%
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\number\day\ de %
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\ifcase\month\or
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Janeiro\or Fevereiro\or Março\or Abril\or Maio\or Junho\or
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||||
Julho\or Agosto\or Setembro\or Outubro\or Novembro\or Dezembro%
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||||
\fi
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\ de \number\year%
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}
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% tabelas
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\usepackage{booktabs}
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\usepackage{array}
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% conf
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\usepackage{listings}
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\lstset{
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backgroundcolor=\color{codegray},
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basicstyle=\ttfamily\small,
|
||||
breakatwhitespace=false,
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||||
breaklines=true,
|
||||
captionpos=b,
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||||
commentstyle=\color{green!50!black},
|
||||
keywordstyle=\color{blue},
|
||||
stringstyle=\color{red},
|
||||
frame=single,
|
||||
rulecolor=\color{black!20},
|
||||
numbers=left,
|
||||
numberstyle=\tiny\color{gray},
|
||||
stepnumber=1,
|
||||
tabsize=4,
|
||||
showstringspaces=false
|
||||
extendedchars=true,
|
||||
literate={á}{{\'a}}1 {ã}{{\~a}}1 {é}{{\'e}}1 {ç}{{\c{c}}}1 {í}{{\'i}}1 {ó}{{\'o}}1 {õ}{{\~o}}1 {ú}{{\'u}}1 {µ}{{\ensuremath{\mu}}}1 {€}{{\euro}}1,
|
||||
}
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||||
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||||
% seccões
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\titleformat{\section}
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{\color{navyblue}\normalfont\Large\bfseries}
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{\thesection}{1em}{}
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\titleformat{\subsection}
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{\color{navyblue}\normalfont\large\bfseries}
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||||
{\thesubsection}{1em}{}
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% metadados
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||||
\title{\textbf{\color{navyblue}Relatório de Correção de Regressão de Desempenho em Linux}}
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\author{Leandro Afonso}
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\date{\today}
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\begin{document}
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\maketitle
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\section{Resumo do Problema}
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||||
A simulação distribuída de tráfego demonstrou uma regressão significativa de desempenho em ambiente Linux nativo quando comparada com a execução em Windows/Wine.
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||||
A tabela abaixo ilustra a discrepância nas taxas de conclusão de veículos dentro da janela de simulação fixa:
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\begin{table}[h]
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\centering
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\begin{tabular}{@{}lc@{}}
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||||
\toprule
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||||
\textbf{Ambiente} & \textbf{Taxa de Conclusão} \\
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||||
\midrule
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||||
Windows / Wine & $\sim 95-100\%$ \\
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||||
Linux (OpenJDK Nativo) & $\sim 44\%$ \\
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||||
Linux (com \texttt{strace}) & $\sim 91\%$ \\
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||||
\bottomrule
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||||
\end{tabular}
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||||
\caption{Comparação de desempenho por ambiente.}
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||||
\end{table}
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||||
O \textit{insight} crucial surgiu ao descobrir que a execução sob \texttt{strace} recuperava a taxa de conclusão para 91\%. O \texttt{strace} introduz \textit{overhead} em cada \textit{syscall}, o que, paradoxalmente, estabilizou o sistema ao forçar um abrandamento natural (\textit{throttling}).
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||||
\section{Causa Raiz}
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||||
\textbf{O Linux executa demasiado rápido.}
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||||
O Coordenador gera veículos a uma velocidade superior à capacidade de processamento das interseções distribuídas e da pilha de rede. Em Windows/Wine, o \textit{overhead} inerente à emulação e ao agendador do SO limita naturalmente a taxa de transferência do sistema.
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||||
|
||||
Em Linux nativo, a execução mais célere provoca uma condição de corrida sistémica:
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||||
\begin{itemize}
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||||
\item A geração de veículos excede a capacidade de processamento imediato dos nós.
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||||
\item As filas de eventos congestionam (\textit{back up}) rapidamente nas interseções.
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||||
\item Veículos gerados tardiamente não dispõem de tempo de CPU suficiente para concluir o percurso antes do fim da simulação.
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||||
\end{itemize}
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||||
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||||
\section{Solução Implementada}
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||||
A correção consistiu na introdução de micro-atrasos (\textit{micro-throttles}) utilizando \texttt{LockSupport.parkNanos()}. Esta abordagem simula o \textit{overhead} natural presente no ambiente Windows, permitindo o escoamento das filas de E/S.
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||||
|
||||
\subsection{Alterações no Código}
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||||
\textbf{1. Ficheiro: \texttt{SocketConnection.java}} \\
|
||||
Adicionado um atraso de 50$\mu$s após operações de E/S para permitir o processamento da pilha TCP.
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||||
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||||
\begin{lstlisting}[language=Java, title={SocketConnection.java (Excerto)}]
|
||||
// Em sendMessage() após o flush:
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||||
dataOut.flush();
|
||||
LockSupport.parkNanos(50000); // 50 us delay
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||||
|
||||
// Em receiveMessage() após readFully:
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||||
dataIn.readFully(data);
|
||||
LockSupport.parkNanos(50000); // 50 us delay
|
||||
\end{lstlisting}
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||||
|
||||
\textbf{2. Ficheiro: \texttt{CoordinatorProcess.java}} \\
|
||||
Adicionado um atraso de 100$\mu$s na geração de veículos para limitar a taxa de produção.
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||||
|
||||
\begin{lstlisting}[language=Java, title={CoordinatorProcess.java (Excerto)}]
|
||||
// Em generateAndSendVehicle():
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||||
sendVehicleToIntersection(vehicle, entryIntersection);
|
||||
LockSupport.parkNanos(100000); // 100 us delay
|
||||
\end{lstlisting}
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||||
\textbf{Nota: \textnormal{Em ambos os ficheiros deve ser importado java.util.concurrent.locks.LockSupport.}}
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||||
\section{Resultados e Validação}
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||||
A aplicação dos atrasos sintéticos restaurou a paridade de desempenho entre os sistemas operativos.
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||||
\begin{table}[h]
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||||
\centering
|
||||
\begin{tabular}{@{}lcc@{}}
|
||||
\toprule
|
||||
\textbf{Ambiente} & \textbf{Antes da Correção} & \textbf{Após Correção} \\
|
||||
\midrule
|
||||
Linux Nativo & $\sim 44\%$ & $\mathbf{\sim 92\%}$ \\
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||||
\bottomrule
|
||||
\end{tabular}
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||||
\end{table}
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\subsection{Por que funciona?}
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\begin{itemize}
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||||
\item \textbf{Precisão:} \texttt{LockSupport.parkNanos()} oferece um atraso preciso e não bloqueante, com impacto mínimo no agendador do SO, ao contrário de \texttt{Thread.sleep()}.
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||||
\item \textbf{Ritmo de E/S (50$\mu$s):} Abranda a comunicação via \textit{socket} o suficiente para evitar a saturação dos \textit{buffers} de receção das interseções.
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||||
\item \textbf{Controlo de Fluxo (100$\mu$s):} Limita a produção do Coordenador, garantindo que o sistema a jusante consegue processar os eventos em tempo útil.
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\end{itemize}
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\subsection{Verificação}
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Para validar a correção no ambiente de desenvolvimento:
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\begin{lstlisting}[language=bash]
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mvn clean compile
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mvn javafx:run
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\end{lstlisting}
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\textbf{Resultado Esperado:} Taxa de conclusão superior a 90\%.
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\section{Abordagens Alternativas (Falhadas)}
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As seguintes tentativas foram realizadas antes da solução final, sem sucesso:
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\begin{itemize}
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\item \textbf{Thread.sleep(1):} Demasiado impreciso (granularidade mínima de $\sim$1ms em Linux), causando atrasos excessivos.
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||||
\item \textbf{Thread.yield():} Sem efeito prático no agendador CFS do Linux neste contexto.
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||||
\item \textbf{Garbage Collectors:} A alteração entre G1, Parallel e Shenandoah não surtiu efeito.
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\item \textbf{Versão Java:} Testes com Java 17 e 25 mostraram o mesmo comportamento.
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||||
\item \textbf{Prioridade de Threads:} Ajustes de prioridade na JVM foram ignorados pelo SO.
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\end{itemize}
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\end{document}
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