SD/report.tex

\documentclass[a4paper,11pt]{article}

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	pdftitle={Relatório de Correção de Regressão de Desempenho em Linux},
	pdfauthor={Leandro Afonso},
	pdfsubject={Análise Técnica},
	pdfkeywords={Linux, Java, Latency, Syscall, Optimization},
	pdfcreator={pdfLaTeX}
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% metadados
\title{\textbf{\color{navyblue}Relatório de Correção de Regressão de Desempenho em Linux}}
\author{Leandro Afonso}
\date{\today}

\begin{document}
	
	\maketitle
	
	\section{Resumo do Problema}
	A simulação distribuída de tráfego demonstrou uma regressão significativa de desempenho em ambiente Linux nativo quando comparada com a execução em Windows/Wine.
	
	A tabela abaixo ilustra a discrepância nas taxas de conclusão de veículos dentro da janela de simulação fixa:
	
	\begin{table}[h]
		\centering
		\begin{tabular}{@{}lc@{}}
			\toprule
			\textbf{Ambiente} & \textbf{Taxa de Conclusão} \\
			\midrule
			Windows / Wine & $\sim 95-100\%$ \\
			Linux (OpenJDK Nativo) & $\sim 44\%$ \\
			Linux (com \texttt{strace}) & $\sim 91\%$ \\
			\bottomrule
		\end{tabular}
		\caption{Comparação de desempenho por ambiente.}
	\end{table}
	
	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}).
	
	\section{Causa Raiz}
	\textbf{O Linux executa demasiado rápido.} 
	
	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.
	
	Em Linux nativo, a execução mais célere provoca uma condição de corrida sistémica:
	\begin{itemize}
		\item A geração de veículos excede a capacidade de processamento imediato dos nós.
		\item As filas de eventos congestionam (\textit{back up}) rapidamente nas interseções.
		\item Veículos gerados tardiamente não dispõem de tempo de CPU suficiente para concluir o percurso antes do fim da simulação.
	\end{itemize}
	
	\section{Solução Implementada}
	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.
	
	\subsection{Alterações no Código}
	
	\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.
	
	\begin{lstlisting}[language=Java, title={SocketConnection.java (Excerto)}]
		// Em sendMessage() após o flush:
		dataOut.flush();
		LockSupport.parkNanos(50000); // 50 us delay
		
		// Em receiveMessage() após readFully:
		dataIn.readFully(data);
		LockSupport.parkNanos(50000); // 50 us delay
	\end{lstlisting}
	
	\textbf{2. Ficheiro: \texttt{CoordinatorProcess.java}} \\
	Adicionado um atraso de 100$\mu$s na geração de veículos para limitar a taxa de produção.
	
	\begin{lstlisting}[language=Java, title={CoordinatorProcess.java (Excerto)}]
		// Em generateAndSendVehicle():
		sendVehicleToIntersection(vehicle, entryIntersection);
		LockSupport.parkNanos(100000); // 100 us delay
	\end{lstlisting}
	
	\textbf{Nota: \textnormal{Em ambos os ficheiros deve ser importado java.util.concurrent.locks.LockSupport.}}
	
	\section{Resultados e Validação}
	
	A aplicação dos atrasos sintéticos restaurou a paridade de desempenho entre os sistemas operativos.
	
	\begin{table}[h]
		\centering
		\begin{tabular}{@{}lcc@{}}
			\toprule
			\textbf{Ambiente} & \textbf{Antes da Correção} & \textbf{Após Correção} \\
			\midrule
			Linux Nativo & $\sim 44\%$ & $\mathbf{\sim 92\%}$ \\
			\bottomrule
		\end{tabular}
	\end{table}
	
	\subsection{Por que funciona?}
	\begin{itemize}
		\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()}.
		\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.
		\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.
	\end{itemize}
	
	\subsection{Verificação}
	Para validar a correção no ambiente de desenvolvimento:
	
	\begin{lstlisting}[language=bash]
		mvn clean compile
		mvn javafx:run
	\end{lstlisting}
	
	\textbf{Resultado Esperado:} Taxa de conclusão superior a 90\%.
	
	\section{Abordagens Alternativas (Falhadas)}
	As seguintes tentativas foram realizadas antes da solução final, sem sucesso:
	\begin{itemize}
		\item \textbf{Thread.sleep(1):} Demasiado impreciso (granularidade mínima de $\sim$1ms em Linux), causando atrasos excessivos.
		\item \textbf{Thread.yield():} Sem efeito prático no agendador CFS do Linux neste contexto.
		\item \textbf{Garbage Collectors:} A alteração entre G1, Parallel e Shenandoah não surtiu efeito.
		\item \textbf{Versão Java:} Testes com Java 17 e 25 mostraram o mesmo comportamento.
		\item \textbf{Prioridade de Threads:} Ajustes de prioridade na JVM foram ignorados pelo SO.
	\end{itemize}
	
\end{document}