A distributed architecture of reactive microservices orchestrated by kubernetes case study on load balancing in local cloud (2025)
- Authors:
- Autor USP: FREIRE, GUSTAVO MOTA - ICMC
- Unidade: ICMC
- Sigla do Departamento: SSC
- DOI: 10.11606/D.55.2025.tde-09092025-191832
- Subjects: SISTEMAS DISTRIBUÍDOS; COMPUTAÇÃO EM NUVEM; INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL; ARQUITETURA E ORGANIZAÇÃO DE COMPUTADORES; ARQUITETURA ORIENTADA A SERVIÇOS; ARQUITETURA DE SOFTWARE
- Keywords: AI-driven load distribution; Arquitetura reativa; Cloud-native microservices; Distribuição de carga orientada por IA; Distributed systems; Kubernetes orchestration; Microsserviços nativos em nuvem; Orquestração com kubernetes; Reactive architecture
- Language: Inglês
- Abstract: Arquiteturas reativas representam um paradigma de design centrado em responsividade, resiliência, elasticidade e comunicação orientada a mensagensqualidades essenciais para lidar com alta concorrência em sistemas distribuídos modernos. Este trabalho abordou o design, a implementação e a avaliação de uma arquitetura de software distribuída e reativa voltada para cenários de alta concorrência, combinando microsserviços, orquestração de contêineres com Kubernetes, padrões de design em nuvem e fluxos de eventos assíncronos. Implantada em um datacenter de nuvem local (LaSDPC/ICMC/USP), a arquitetura utilizou padrões de projeto consagrados (por exemplo, Singleton, Bulkhead, Circuit Breaker) e explorou topologias otimizadas para suportar cargas de leitura intensiva em escala. Para superar limitações inerentes a abordagens não reativas, múltiplos algoritmos de balanceamento de carga foram testados, e um serviço de observabilidade baseado em IA foi desenvolvido para aprimorar a visibilidade da orquestração em tempo real. As principais contribuições deste trabalho são quatro: (i) uma análise aprofundada de cenários de resiliência e elasticidade, nos quais o orquestrador expande ou reduz dinamicamente os recursos de infraestrutura, demonstrando maior reatividade, tempo de inatividade mínimo e recuperação mais rápida tanto no subsistema de mensagens quanto nos nós de serviço; (ii) uma avaliação sistemática de desempenho de diversas estratégias de balanceamento de carga (por exemplo,Round Robin, EWMA) sob cargas intensas de até 50.000 requisições concorrentes, quantificando como os princípios do design reativo mantêm baixa latência e alto throughput; (iii) um framework otimizado para leitura intensiva, composto por réplicas de leitura de banco de dados, pooling de conexões e camadas distribuídas de rede e serviços, capaz de sustentar grandes volumes de operações de leitura sem aumento linear de demanda por hardware; e (iv) um serviço especializado de observabilidade com IA, que integra análises de logs e telemetria para sugerir ajustes em tempo real na distribuição de carga. As conclusões ressaltaram a robustez e a escalabilidade da arquitetura, destacando o papel fundamental das estratégias de balanceamento de carga. De forma geral, este trabalho ofereceu uma base concreta para a construção de sistemas distribuídos modernos e altamente flexíveis, alinhados aos princípios reativos e aprimorados por observabilidade inteligente para atender às crescentes demandas operacionais.
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2025
- Data da defesa: 12.06.2025
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo NÃO é de acesso aberto
-
ABNT
FREIRE, Gustavo Mota. A distributed architecture of reactive microservices orchestrated by kubernetes case study on load balancing in local cloud. 2025. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-09092025-191832/. Acesso em: 28 fev. 2026. -
APA
Freire, G. M. (2025). A distributed architecture of reactive microservices orchestrated by kubernetes case study on load balancing in local cloud (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-09092025-191832/ -
NLM
Freire GM. A distributed architecture of reactive microservices orchestrated by kubernetes case study on load balancing in local cloud [Internet]. 2025 ;[citado 2026 fev. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-09092025-191832/ -
Vancouver
Freire GM. A distributed architecture of reactive microservices orchestrated by kubernetes case study on load balancing in local cloud [Internet]. 2025 ;[citado 2026 fev. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-09092025-191832/
Informações sobre o DOI: 10.11606/D.55.2025.tde-09092025-191832 (Fonte: oaDOI API)
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
