Thesis approved in public session to obtain the PhD Degree in Information Systems and Computer Engineering

Bibliografia: pp. 199-207.

Resumo: No desenvolvimento de aplicações empresariais, a tendência tem sido relaxar os critérios de consistência oferecidos pelo middleware transacional, procurando melhorar a escalabilidade e o desempenho desses sistemas. Tal decisâo coloca novos desafios aos programadores de software: Estes têm de ter presente esta consistência fraca ao programar a lógica aplicacional, o que tipicamente conduz a um esforço extra de desenvolvimento para lidar com possíveis
inconsistências resultantes de execuções concorrentes, o que não é trivial e propícia erros nos programas.
Nesta dissertação, eu proponho o desenho de um novo sistema de middleware que fornece transações com consistência forte e, ao mesmo tempo, melhora o desempenho das aplicações
empresariais cujas operações são predominantemente de leitura. Este desenho baseia-se na mudan¸ca do controlo transacional da base de dados para o código da aplicação. Para isso usa a tecnologia de Memória Transacional de Software para garantir a consistência forte e estende a MTS com as capacidades de operar com dados persistentes e funcionar em ambiente distribuído. Eu apresento duas implementações complementares do sistema de middleware: Primeiro uma alternativa mais simples baseada no uso de trincos - mais adequada para aplicações de um só servidor - e depois uma alternativa que usa sincronização não bloqueante baseada na primeira MTS multiversão completamente livre de bloqueios, que também é proposta nesta dissertação.
Os resultados experimentais obtidos com as duas implementações mostram que este desenho melhora consistentemente o desempenho das aplicações empresariais típicas - em at´e cem vezes nalgumas configurações - garantindo ainda transações com consistência forte.

Abstract: The trend in the development of enterprise applications has been to relax the consistency guarantees provided by the transactional middleware, with the goal of improving the resulting systems’ scalability and performance. Such decision, however, poses new challenges to software developers: They must now take into account this weaker semantics when programming application logic, which typically leads to additional, nontrivial and errorprone development effort, to cope with possible inconsistencies produced by concurrent executions.
In this dissertation, I propose a new middleware design that provides transactions with strong consistency and, at the same time, improves the performance of the typical readdominated
workloads observed in enterprise applications. This design is based on seamlessly shifting transaction control from the database into the application code. It does so using Software Transactional Memory to ensure strong consistency, and then extending the STM with additional capabilities to handle persistent data and to operate in a clustered environment.
I present two complementary middleware implementations based on the same principle: First, a simpler lockbased
alternative - best suited for single-node applications - and then a nonblocking alternative based on the first entirely lockfree
multiversion STM, which is also proposed in this dissertation.
The experimental results obtained with the implementations of this middleware design confirm that it consistently improves the performance of the typical workloads - by as much
as a hundredfold in some configurations - while executing strongly consistent transactions.

Referências bibliográficas: Fernandes, Sérgio Miguel Martinho. Strongly consistent transactions for enterprise applications. Using software transactional memory to improve consistency and performance of read-dominated workloads. Lisboa:Universidade de Lisboa,Instituto Superior Técnico.2014. Tese de doutoramento.

Inglês.