módulo ara::per — Persistency

O módulo da Adaptive Persistency (ara::per) fornece uma camada de abstração independente de hardware para o armazenamento não volátil de dados, que abrange tanto o armazenamento chave-valor estruturado (KeyValueStorage) como o acesso baseado em ficheiros (FileStorage) (EXP_SWArchitecture p. 43). As modificações em pares chave-valor estão sujeitas a um buffering em memória e requerem uma chamada de sincronização explícita (SyncToStorage) para serem gravadas de forma permanente ([SWS_PER_00049]). Além de mecanismos de integridade e recuperação de dados, o módulo também regula processos de atualização e migração em atualizações de software ([SWS_PER_00357]).

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O cluster funcional Persistency (ara::per) fornece para a AUTOSAR Adaptive Platform uma camada de abstração padronizada para o armazenamento não volátil de dados (EXP_SWArchitecture p. 43). Disponibiliza dois modelos de acesso fundamentais: o armazenamento baseado em chave KeyValueStorage para parâmetros estruturados, bem como o armazenamento baseado em ficheiros FileStorage para fluxos de dados de carga útil não estruturados (SWS_Persistency p. 219). Tanto as Adaptive Applications como os daemons centrais da plataforma, tais como State Management, Diagnostic Management ou Update and Configuration Management, utilizam estas interfaces para guardar os seus estados de forma persistente e independente dos controladores físicos de sistema de ficheiros ou flash (EXP_SWArchitecture p. 93).

Diagrama de contexto: integração do cluster Persistency na Adaptive Platform com consumidores de aplicações e da plataforma, bem como o sistema operativo subjacente. Fontes: EXP_SWArchitecture p. 93, EXP_SWArchitecture p. 43.

As operações de escrita em KeyValueStorage seguem uma semântica transacional estrita em memória ([SWS_PER_00046]). As modificações em pares chave-valor permanecem inicialmente em buffer volátil e só são gravadas de forma permanente no suporte de armazenamento através da chamada síncrona SyncToStorage ([SWS_PER_00049]), enquanto DiscardPendingChanges descarta os estados não gravados ([SWS_PER_00365]). Em FileStorage, o acesso é efetuado através de acessores tipificados especializados (ReadAccessor, WriteAccessor, ReadWriteAccessor), que são geridos exclusivamente através de UniqueHandle ([SWS_PER_00113], [SWS_PER_00114], [SWS_PER_00115]).

Diagrama de sequência: sequência de escrita e sincronização de um armazenamento chave-valor com buffering em memória e flush físico. Fontes: [SWS_PER_00046], [SWS_PER_00049], [SWS_PER_00365], EXP_SWArchitecture p. 230.

Além disso, o módulo integra mecanismos abrangentes para o ciclo de vida e tolerância a falhas: as mudanças de configuração durante o tempo de execução são processadas através de CheckForManifestUpdate e ReloadPersistencyManifest ([SWS_PER_00576], [SWS_PER_00577]), enquanto as migrações de dados específicas da aplicação são realizadas através de callbacks de atualização ([SWS_PER_00356], [SWS_PER_00357]). Se as verificações de redundância ou integridade baseadas em manifesto falharem, os callbacks informam sobre o estado de corrupção ([SWS_PER_00433]), após o que os dados corrompidos podem ser reparados mediante RecoverKeyValueStorage, RecoverFile ou através de operações de reposição ([SWS_PER_00333], [SWS_PER_00337], [SWS_PER_00334]).

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Limites do sistema e integração da arquitetura de ara::per

O cluster funcional Persistency (ara::per) fornece mecanismos de abstração padronizados para o armazenamento não volátil de dados na AUTOSAR Adaptive Platform (EXP_SWArchitecture p. 43). Desacopla tanto as aplicações definidas pelo utilizador como os serviços funcionais da plataforma de sistemas de ficheiros específicos do sistema operativo, estruturas de partições e controladores de flash ou NVRAM (EXP_SWArchitecture p. 93). O fornecimento abrange dois paradigmas primários de armazenamento distintos: o acesso a dados baseado em chaves através de KeyValueStorage e o armazenamento hierárquico de ficheiros através de FileStorage (SWS_Persistency p. 219). Serviços da plataforma como Diagnostic Management (EXP_SWArchitecture p. 176), State Management (EXP_SWArchitecture p. 55), Update and Configuration Management (SWS_UpdateAndConfigurationManagement p. 18) e Remote Persistency (SWS_RemotePersistency p. 9) utilizam estas interfaces como interfaces de porta padronizadas ([SWS_PER_00052], [SWS_PER_00116]).

Além de fornecer abstrações de armazenamento local, ara::per integra primitivas criptográficas e verificações de redundância diretamente na interface com o sistema operativo anfitrião (EXP_SWArchitecture p. 230). A configuração funcional de um armazenamento de persistência é modelada declarativamente no manifesto AUTOSAR e vincula especificações de quotas, hashes de integridade, procedimentos CRC e caminhos de encriptação criptográfica a instâncias concretas (SWS_Persistency p. 104). Componentes de biblioteca de outros clusters funcionais integram a persistência diretamente através de configurações de destino próprias, enquanto processos de daemon acedem a unidades de armazenamento através de especificadores de instância, de forma semelhante a aplicações regulares (SWS_Persistency p. 35).

Diagrama de contexto: integração do cluster Persistency na Adaptive Platform com consumidores de aplicações e da plataforma, bem como o sistema operativo subjacente. Fontes: EXP_SWArchitecture p. 93, EXP_SWArchitecture p. 43.

Armazenamento chave-valor: instanciação, semântica transacional e mecanismos de flush

O acesso a parâmetros estruturados ocorre através da classe ara::per::KeyValueStorage, que é aberta através da chamada ara::per::OpenKeyValueStorage especificando um ara::core::InstanceSpecifier ([SWS_PER_00052]). O SharedHandle<KeyValueStorage> retornado encapsula a área de memória com segurança de tipos e evita a duplicação descontrolada através de construtores de movimento e cópia eliminados dos contentores base ([SWS_PER_00322], [SWS_PER_00324], [SWS_PER_00367]). Através de SetValue ([SWS_PER_00046]) e GetValue ([SWS_PER_00044], [SWS_PER_00332]), os pares chave-valor são modificados ou consultados; ao mesmo tempo, KeyExists ([SWS_PER_00043]) fornece a verificação de existência e GetAllKeys ([SWS_PER_00042]) a listagem completa de todas as chaves ativas.

As operações de escrita e eliminação estão sujeitas a uma semântica transacional estrita em memória: as alterações realizadas por SetValue, RemoveKey ([SWS_PER_00047]) ou RemoveAllKeys ([SWS_PER_00048]) permanecem inicialmente no buffer volátil do processo (EXP_SWArchitecture p. 230). Apenas a chamada explícita de SyncToStorage grava todas as modificações pendentes de forma atómica e permanente no suporte físico de dados ([SWS_PER_00049]). Se etapas transacionais ainda não gravadas tiverem de ser descartadas, DiscardPendingChanges repõe o estado para a versão do último SyncToStorage ou da abertura ([SWS_PER_00365]). As necessidades de armazenamento podem ser monitorizadas através de GetCurrentValueSize ([SWS_PER_00554]) para valores individuais, bem como de forma agregada, incluindo redundância e metadados, através de GetCurrentKeyValueStorageSize ([SWS_PER_00405]) (EXP_SWArchitecture p. 231).

Diagrama de sequência: sequência de escrita e sincronização de um armazenamento chave-valor com buffering em memória e flush físico. Fontes: [SWS_PER_00046], [SWS_PER_00049], [SWS_PER_00365], EXP_SWArchitecture p. 230.

Acesso a ficheiros baseado em armazenamento e hierarquias de acessores tipificados

Para fluxos de dados não estruturados, blocos binários ou ficheiros de registo, utiliza-se a classe ara::per::FileStorage, que é inicializada através de ara::per::OpenFileStorage ([SWS_PER_00116]). Dentro de um contentor FileStorage, os ficheiros existentes podem ser listados através de GetAllFileNames ([SWS_PER_00110]), a sua existência pode ser verificada via FileExists ([SWS_PER_00112]) ou os ficheiros podem ser removidos através de DeleteFile ([SWS_PER_00111]). As quotas de tamanho são determinadas através de GetCurrentFileSize ([SWS_PER_00407]) e GetCurrentFileStorageSize ([SWS_PER_00406]) (EXP_SWArchitecture p. 231).

O próprio acesso a ficheiros segue o princípio de segregação de interface através de classes de acessores especializadas (EXP_SWArchitecture p. 88). Dependendo do modo requerido (OpenMode, [SWS_PER_00147], combináveis através de operadores bitwise [SWS_PER_00144], [SWS_PER_00434]), os métodos de fábrica produzem instâncias exclusivas de UniqueHandle ([SWS_PER_00371], [SWS_PER_00569]):

• OpenFileReadOnly ([SWS_PER_00114], [SWS_PER_00376], [SWS_PER_00430]): fornece um UniqueHandle<ReadAccessor> para operações de leitura como ReadText ([SWS_PER_00165], [SWS_PER_00420]), ReadLine ([SWS_PER_00119]), GetChar ([SWS_PER_00168]), PeekChar ([SWS_PER_00167]), ReadBinary ([SWS_PER_00421], [SWS_PER_00422]), GetByte ([SWS_PER_00419]) e PeekByte ([SWS_PER_00418]).
• OpenFileWriteOnly ([SWS_PER_00115], [SWS_PER_00377], [SWS_PER_00431]): fornece um UniqueHandle<WriteAccessor> para operações de escrita via WriteText ([SWS_PER_00166]), WriteBinary ([SWS_PER_00423]), operadores de fluxo de conveniência ([SWS_PER_00125]), truncamento de ficheiros via SetFileSize ([SWS_PER_00428]), bem como o esvaziamento físico através de SyncToFile ([SWS_PER_00122]).
• OpenFileReadWrite ([SWS_PER_00113], [SWS_PER_00375], [SWS_PER_00429]): combina capacidades de leitura e escrita num UniqueHandle<ReadWriteAccessor>.

Operações comuns de posicionamento e dimensionamento, tais como GetPosition ([SWS_PER_00162]), SetPosition ([SWS_PER_00163]), navegação relativa através de MovePosition e enumeração Origin ([SWS_PER_00146], [SWS_PER_00164]), GetSize ([SWS_PER_00424]), bem como a verificação de fim de ficheiro IsEof ([SWS_PER_00107]), estão consolidadas na classe base comum FileAccessor. Metadados de ficheiro alargados, tais como carimbos de data/hora e motivos de criação, são lidos através de GetFileInfo e da estrutura FileInfo ([SWS_PER_00435], [SWS_PER_00436], [SWS_PER_00438], [SWS_PER_00441], [SWS_PER_00442], [SWS_PER_00443], [SWS_PER_00444], [SWS_PER_00445]). Interpretação: a separação estrita em instâncias de acessor não copiáveis deve servir principalmente, além da segurança de tipos, para evitar de forma determinística conflitos de escrita concorrentes ao nível do sistema operativo. Pergunta Q-a990a7aa44326447 (aberta)

Diagrama estrutural: hierarquia de interfaces e classes das classes de acesso a ficheiros e identificadores de acessor. Fontes: [SWS_PER_00113], [SWS_PER_00114], [SWS_PER_00115], EXP_SWArchitecture p. 88.

Gestão do ciclo de vida, processos de atualização e sincronização de manifesto

Para atualizações de software e novas instalações através do Update and Configuration Management (UCM), a Persistency oferece operações dedicadas de ciclo de vida (EXP_SWArchitecture p. 92). Se uma configuração de destino atualizada for aplicada durante o tempo de execução de uma aplicação, a aplicação pode determinar mediante CheckForManifestUpdate se existem alterações de configuração ([SWS_PER_00576]). Com ReloadPersistencyManifest, ara::per relê a configuração atualizada, após o que as definições de armazenamento alteradas se tornam ativas após o fecho e a reabertura seguintes ([SWS_PER_00577]).

Para a migração de dados de aplicação existentes, é registada uma função de callback através de RegisterApplicationDataUpdateCallback, a qual é acionada por ara::per sempre que uma migração de dados for necessária com base em versões divergentes de contratos ([SWS_PER_00356]). Alterações pontuais de elementos individuais podem ser monitorizadas através de RegisterDataUpdateIndication ([SWS_PER_00578]). O processo global de atualização da persistência é iniciado durante a fase de verificação por UpdatePersistency ([SWS_PER_00357]). Após a atualização bem-sucedida, CleanUpPersistency remove dados obsoletos de backup e migração ([SWS_PER_00567]), enquanto ResetPersistency esvazia completamente as áreas de memória, de modo a que sejam recriadas de raiz a partir do manifesto na próxima abertura ([SWS_PER_00358]).

Diagrama de sequência: sequência de uma atualização de persistência com verificação de configuração, migração por callback e limpeza. Fontes: [SWS_PER_00356], [SWS_PER_00357], [SWS_PER_00567], [SWS_PER_00576], [SWS_PER_00577], EXP_SWArchitecture p. 92.

Monitorização da integridade, tratamento de redundância e recuperação

Para intercetar conjuntos de dados corrompidos, os armazenamentos chave-valor e de ficheiros suportam cópias de redundância configuráveis e mecanismos de integridade (CRC, hash, autenticação MAC e encriptação) (SWS_Persistency p. 104, EXP_SWArchitecture p. 230). Se as verificações internas de redundância falharem, as aplicações relevantes para a segurança podem ser informadas através de RegisterRecoveryReportCallback ([SWS_PER_00433]). O callback transmite o RecoveryReportKind (por ex., kKeyValueStorageRecoveryFailed), bem como as instâncias e chaves/nomes de ficheiro afetados ([SWS_PER_00432], EXP_SWArchitecture p. 91).

Para a recuperação direcionada de dados danificados, estão disponíveis métodos granulares de reparação e de reposição:

• Recuperação: ao nível do armazenamento, RecoverKeyValueStorage ([SWS_PER_00333]) e RecoverAllFiles ([SWS_PER_00335]) permitem a reparação de contentores fechados; ao nível dos elementos, RecoverKey ([SWS_PER_00427]) e RecoverFile ([SWS_PER_00337]) recuperam entradas individuais danificadas através de um procedimento de melhor esforço.
• Reposição para valores de fábrica: através de ResetKeyValueStorage ([SWS_PER_00334]) e ResetAllFiles ([SWS_PER_00336]), os contentores podem ser repostos para o estado de entrega inicial; de forma análoga, ResetKey ([SWS_PER_00426]) ou ResetFile ([SWS_PER_00338]) colocam elementos individuais no respetivo estado inicial configurado.

Diagrama de atividades: caminho de decisão em caso de corrupção de dados, desde a verificação de redundância, passando por callbacks, até à recuperação ou reset. Fontes: [SWS_PER_00333], [SWS_PER_00334], [SWS_PER_00432], [SWS_PER_00433].

Comportamento em caso de erro

Os estados de erro em ara::per não são propagados através de exceções C++ descontroladas, mas sim mapeados de forma determinística através do tipo de retorno ara::core::Result ([SWS_PER_00044], [SWS_PER_00113]). O módulo define um domínio de erro próprio através de GetPerDomain ([SWS_PER_00352]), implementado por PerErrorDomain com resolução de erro padronizada através de Name ([SWS_PER_00314]) e Message ([SWS_PER_00315]), bem como da enumeração PerErrc ou do alias de tipo Errc ([SWS_PER_00311], [SWS_PER_00411]). Para ambientes com exceções ativadas, estão disponíveis PerException ([SWS_PER_00355], [SWS_PER_00412]) e ThrowAsException ([SWS_PER_00350]), enquanto MakeErrorCode encapsula a criação de códigos de erro em conformidade com a plataforma ([SWS_PER_00351]).

Os códigos de erro típicos abrangem conflitos relacionados a recursos e concorrência: operações como OpenKeyValueStorage ([SWS_PER_00052]), OpenFileStorage ([SWS_PER_00116]), DeleteFile ([SWS_PER_00111]) ou RecoverKeyValueStorage ([SWS_PER_00333]) falham com kResourceBusy se o elemento de armazenamento em questão já estiver aberto ou for modificado em paralelo por operações de manutenção como UpdatePersistency. Ao atribuir tipos incompatíveis, SetValue relata o erro kDataTypeMismatch ([SWS_PER_00046]). Em erros físicos de hardware (PerErrc::kPhysical), diferencia-se se há uma semântica de rollback (por exemplo, em operações de leitura e posicionamento como [SWS_PER_00167], [SWS_PER_00168], onde os ponteiros permanecem inalterados) ou se pode ocorrer corrupção de dados sem garantia de rollback (por exemplo, em [SWS_PER_00122], [SWS_PER_00166], [SWS_PER_00423]).

Para o diagnóstico de erros de sincronização e acesso, o módulo gera mensagens padronizadas de log DLT (SWS_Persistency p. 110). Nesse contexto, mensagens como SyncToStorage (Message-ID 0x80008037), SyncToFile (0x80008036) e DiscardPendingChanges (0x80008038) registram detalhadamente os conjuntos de chaves afetados e as ocupações de memória, de modo que o estado permaneça reconstruível mesmo em caso de desligamento incompleto (por exemplo, via ara::core::Deinitialize) (SWS_Persistency p. 110).

Evidências mais detalhadas

A arquitetura e a interação do cluster de persistência baseiam-se nos seguintes requisitos normativos e passagens de documentos:

• Interfaces arquiteturais e acoplamento de cluster: a disponibilização de KeyValueStorage e FileStorage para daemons de plataforma de nível superior está ancorada em EXP_SWArchitecture p. 90, EXP_SWArchitecture p. 87, EXP_SWArchitecture p. 55 (State Management), EXP_SWArchitecture p. 145 (VUCM), EXP_SWArchitecture p. 176 (DM) e SWS_RemotePersistency p. 9.
• Cálculo de armazenamento e controle de cotas: a determinação dos tamanhos alocados no nível de contêiner e de arquivo baseia-se em [SWS_PER_00405], [SWS_PER_00406], [SWS_PER_00407] bem como nos cenários de interação associados em EXP_SWArchitecture p. 231 e EXP_SWArchitecture p. 231.
• Integridade transacional e conexão criptográfica: o fluxo de commit em duas fases via gerenciamento em memória e a proteção por meio da Cryptography Stack baseiam-se em [SWS_PER_00049], [SWS_PER_00365] e EXP_SWArchitecture p. 230.
• Framework de atualização e migração: a coordenação de atualizações de software e recarregamentos de manifestos é especificada por meio de [SWS_PER_00356], [SWS_PER_00357], [SWS_PER_00567], [SWS_PER_00576], [SWS_PER_00577] e EXP_SWArchitecture p. 92.