Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

Mercury, cadmium, lead and arsenic levels in three pelagic fish species from the Atlantic Ocean: intra- and inter-specific variability and human health risks for consumption

Three commonly consumed and commercially valuable fish species (sardine, chub and horse mackerel) were collected from the Northeast and Eastern Central Atlantic Ocean in Portuguese waters during one year. Mercury, cadmium, lead and arsenic amounts were determined in muscles using graphite furnace and cold vapour atomic absorption spectrometry. Maximum mean levels of mercury (0.1715 ± 0.0857 mg/kg, ww) and arsenic (1.139 ± 0.350 mg/kg, ww) were detected in horse mackerel. The higher mean amounts of cadmium (0.0084 ± 0.0036 mg/kg, ww) and lead (0.0379 ± 0.0303 mg/kg, ww) were determined in chub mackerel and in sardine, respectively. Intra- and inter-specific variability of metals bioaccumulation was statistically assessed and species and length revealed to be the major influencing biometric factors, in particular for mercury and arsenic. Muscles present metal concentrations below the tolerable limits considered by European Commission Regulation and Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization (FAO/WHO). However, estimation of non-carcinogenic and carcinogenic health risks by the target hazard quotient and target carcinogenic risk, established by the US Environmental Protection Agency, suggests that these species must be eaten in moderation due to possible hazard and carcinogenic risks derived from arsenic (in all analyzed species) and mercury ingestion (in horse and chub mackerel species).

Short- and medium-term effects of manual therapy on cervical active range of motion and pressure pain sensitivity in latent myofascial pain of the upper trapezius muscle: a randomized controlled trial

Objective: The purpose of this study was to investigate effects of different manual techniques on cervical ranges of 17 motion and pressure pain sensitivity in subjects with latent trigger point of the upper trapezius muscle. 18 Methods: One hundred seventeen volunteers, with a unilateral latent trigger point on upper trapezius due to computer 19 work, were randomly divided into 5 groups: ischemic compression (IC) group (n = 24); passive stretching group (n = 20 23); muscle energy technique group (n = 23); and 2 control groups, wait-and-see group (n = 25) and placebo group 21 (n = 22). Cervical spine range of movement was measured using a cervical range of motion instrument as well as 22 pressure pain sensitivity by means of an algometer and a visual analog scale. Outcomes were assessed pretreatment, 23 immediately, and 24 hours after the intervention and 1 week later by a blind researcher. A 4 × 5 mixed repeated- 24 measures analysis of variance was used to examine the effects of the intervention and Cohen d coefficient was used. 25 Results: A group-by-time interaction was detected in all variables (P b .01), except contralateral rotation. The 26 immediate effect sizes of the contralateral flexion, ipsilateral rotation, and pressure pain threshold were large for 3 27 experimental groups. Nevertheless, after 24 hours and 1 week, only IC group maintained the effect size. 28 Conclusions: Manual techniques on upper trapezius with latent trigger point seemed to improve the cervical range of 29 motion and the pressure pain sensitivity. These effects persist after 1 week in the IC group. (J Manipulative Physiol 301 Ther 2013;xx:1-10)

Relationship of milk intake and physical activity to abdominal obesity among adolescents

Background: Diet and physical activity (PA) are recognized as important factors to prevent abdominal obesity (AO), which is strongly associated with chronic diseases. Some studies have reported an inverse association between milk consumption and AO. Objective: This study examined the association between milk intake, PA and AO in adolescents. Methods: A cross-sectional study was conducted with 1209 adolescents, aged 15–18 from the Azorean Archipelago, Portugal in 2008. AO was defined by a waist circumference at or above the 90th percentile. Adolescent food intake was measured using a semi-quantitative food frequency questionnaire, and milk intake was categorized as ‘low milk intake’ (<2 servings per day) or ‘high milk intake’ ( 2 servings per day). PA was assessed via a self-report questionnaire, and participants were divided into active (>10 points) and low-active groups ( 10 points) on the basis of their reported PA. They were then divided into four smaller groups, according to milk intake and PA: (i) low milk intake/low active; (ii) low milk intake/active; (iii) high milk intake/low active and (iv) high milk intake/active. The association between milk intake, PA and AO was evaluated using logistic regression analysis, and the results were adjusted for demographic, body mass index, pubertal stage and dietary confounders. Results: In this study, the majority of adolescents consumed semi-skimmed or skimmed milk (92.3%). The group of adolescents with high level of milk intake and active had a lower proportion of AO than did other groups (low milk intake/low active: 34.2%; low milk intake/active: 26.9%; high milk intake/low active: 25.7%; high milk intake/active: 21.9%, P = 0.008). After adjusting for confounders, low-active and active adolescents with high levels of milk intake were less likely to have AO, compared with low-active adolescents with low milk intake (high milk intake/low active, odds ratio [OR] = 0.412, 95% confidence intervals [CI]: 0.201– 0.845; high milk intake/active adolescents, OR = 0.445, 95% CI: 0.235–0.845).Conclusion: High milk intake seems to have a protective effect on AO, regardless of PA level

Growth pressure dependence of Cu2ZnSnSe4 properties

In this work, we show a set of growth conditions, for the two step process, with which the growth of CZTSe is successful and reproducible. The properties of the best CTZSe thin films grown by this method were examined by SEM/EDS, XRD, Raman scattering, AFM/EFM, transmittance and reflectance measurements, photoluminescence (PL) measurements and hot point probe. A broad emission band was observed in the photoluminescence spectrum of the CZTSe thin film. The band gap energy was estimated to be around 1.05 eV at room temperature, using the transmittance and reflectance data, and CZTSe samples show p-type conductivity with the hot point probe. The different characterization techniques show that we could grow single phase CZTSe thin films with our optimized process conditions.

Influence of selenization pressure on the growth of Cu2ZnSnSe4 films from stacked metallic layers

Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) is a p-type semiconductor with a high absorption coefficient, 104 to 105 cm-1, and is being seen as a possible replacement for Cu(In,Ga)Se2 in thin film solar cells. Yet, there are some fundamental properties of CZTSe that are not well known, one of them is its band gap. In order to resolve its correct value it is necessary to improve the growth conditions to ensure that single phase crystalline thin films are obtained. One of the problems encountered when growing CZTSe is the loss of Sn through evaporation of SnSe. Stoichiometric films are then difficult to obtain and usually there are other phases present. One possible way to overcome this problem is to increase the pressure of growth of CZTSe. This can be done by introducing an atmosphere of an inert gas like Ar or N2. In this work we report the results of morphological, structural and optical studies of the properties of CZTSe thin films grown by selenization of DC magnetron sputtered metallic layers under different Ar pressures. The films are analysed by SEM/EDS, Raman scattering and XRD.

Ground reaction forces and plantar pressure distribution during occasional loaded gait

This study compared the ground reaction forces (GRF) and plantar pressures between unloaded and occasional loaded gait. The GRF and plantar pressures of 60 participants were recorded during unloaded gait and occasional loaded gait (wearing a backpack that raised their body mass index to 30); this load criterion was adopted because is considered potentially harmful in permanent loaded gait (obese people). The results indicate an overall increase (absolute values) of GRF and plantar pressures during occasional loaded gait (p < 0.05); also, higher normalized (by total weight) values in the medial midfoot and toes, and lower values in the lateral rearfoot region were observed. During loaded gait the magnitude of the vertical GRF (impact and thrust maximum) decreased and the shear forces increased more than did the proportion of the load (normalized values). These data suggest a different pattern of GRF and plantar pressure distribution during occasional loaded compared to unloaded gait.

Plaster body wrap: effects on abdominal fat

Background Abdominal fat is associated with metabolic disorders, leading to cardiovascular risk factors and numerous diseases. This study aimed to analyze the effect of plaster body wrap in combination with aerobic exercise on abdominal fat. Methods Nineteen female volunteers were randomly divided into intervention group (IG; n = 10) performing aerobic exercise with plaster body wrap, and control group (CG; n = 9) performing only exercise. Subcutaneous and visceral fat were measured using ultrasound; subcutaneous fat was also estimated on analysis of skinfolds and abdominal perimeters. Results At the end of the 10-sessions protocol, the IG demonstrated a significant decrease (p ≤ 0.05) in subcutaneous fat at the left anterior superior iliac spine (ASIS) level and in iliac crest perimeter measurements. A large intervention effect size strength (0.80) was found in subcutaneous fat below the navel and a moderate effect size strength on the vertical abdominal skinfold (0.62) and the perimeter of the most prominent abdominal point (0.57). Comparing the initial and final data of each group, the IG showed a significant decrease in numerous variables including visceral and subcutaneous fat above and below the navel measured by ultrasound (p ≤ 0.05). Conclusion Plaster body wrap in combination with aerobic exercise seems to be effective for abdominal fat reduction.

Online intra-task device scheduling for hard real-time systems

A large part of power dissipation in a system is generated by I/O devices. Increasingly these devices provide power saving mechanisms, inter alia to enhance battery life. While I/O device scheduling has been studied in the past for realtime systems, the use of energy resources by these scheduling algorithms may be improved. These approaches are crafted considering a very large overhead of device transitions. Technology enhancements have allowed the hardware vendors to reduce the device transition overhead and energy consumption. We propose an intra-task device scheduling algorithm for real time systems that allows to shut-down devices while ensuring system schedulability. Our results show an energy gain of up to 90% when compared to the techniques proposed in the state-of-the-art.

Intra-type migrative scheduling of implicit-deadline sporadic tasks on two- type heterogeneous multiprocessor

Consider the problem of scheduling a set of implicit-deadline sporadic tasks to meet all deadlines on a two-type heterogeneous multiprocessor platform. Each processor is either of type-1 or type-2 with each task having different execution time on each processor type. Jobs can migrate between processors of same type (referred to as intra-type migration) but cannot migrate between processors of different types. We present a new scheduling algorithm namely, LP-Relax(THR) which offers a guarantee that if a task set can be scheduled to meet deadlines by an optimal task assignment scheme that allows intra-type migration then LP-Relax(THR) meets deadlines as well with intra-type migration if given processors 1/THR as fast (referred to as speed competitive ratio) where THR <= 2/3.

Analysis of the respiratory dynamics during normal breathing by means of pseudo phase plots and pressure-volume loops

This paper reports on the analysis of tidal breathing patterns measured during noninvasive forced oscillation lung function tests in six individual groups. The three adult groups were healthy, with prediagnosed chronic obstructive pulmonary disease, and with prediagnosed kyphoscoliosis, respectively. The three children groups were healthy, with prediagnosed asthma, and with prediagnosed cystic fibrosis, respectively. The analysis is applied to the pressure–volume curves and the pseudophaseplane loop by means of the box-counting method, which gives a measure of the area within each loop. The objective was to verify if there exists a link between the area of the loops, power-law patterns, and alterations in the respiratory structure with disease. We obtained statistically significant variations between the data sets corresponding to the six groups of patients, showing also the existence of power-law patterns. Our findings support the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry and tissue parameters, leading, in turn, to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Intrinsic fractal dynamics in the respiratory system by means of pressure-volume loops

This contribution presents novel concepts for analysis of pressure–volume curves, which offer information about the time domain dynamics of the respiratory system. The aim is to verify whether a mapping of the respiratory diseases can be obtained, allowing analysis of (dis)similarities between the dynamical pattern in the breathing in children. The groups investigated here are children, diagnosed as healthy, asthmatic, and cystic fibrosis. The pressure–volume curves have been measured by means of the noninvasive forced oscillation technique during breathing at rest. The geometrical fractal dimension is extracted from the pressure–volume curves and a power-law behavior is observed in the data. The power-law model coefficients are identified from the three sets and the results show that significant differences are present between the groups. This conclusion supports the idea that the respiratory system changes with disease in terms of airway geometry, tissue parameters, leading in turn to variations in the fractal dimension of the respiratory tree and its dynamics.

Análise bilateral do timing de ativação dos músculos transverso abdominal/oblíquo interno durante o movimento rápido de flexão de cada membro superior – dominante e não-dominante

Introdução: Por mais de uma década assumiu-se que o transverso abdominal/oblíquo interno (TrA/OI) se comportava como um ventre muscular único, pré-ativando-se bilateralmente de forma simultânea para aumentar a stiffness da coluna lombar, conferindo-lhe estabilidade segmentar durante o movimento de um dos membros superiores. À luz dos estudos atuais sabe-se que tal mecanismo não ocorre, uma vez que o TrA/OI apresenta uma ativação por mecanismo de feedforward predominantemente contralateral ao membro superior movido. Apesar de morfologicamente o TrA/OI do lado não-dominante ser mais hipertrofiado do que o do lado dominante, nada se sabe acerca da influência da dominância nos timings ativação do TrA/OI. Objectivos: Confirmar se o TrA/OI tem um timing de ativação assimétrico durante o movimento rápido de flexão do membro superior (MRMS). Pretende-se ainda avaliar se o timing de ativação do TrA/OI é influenciado pela dominância de lateralidade manual. Métodos: Efectuou-se um estudo observacional descritivo, transversal e duplamente cego com 32 atletas de futebol voluntários com membro superior direito dominante, colocando-os apenas num grupo. Procedeu-se à recolha do sinal eletromiográfico de forma a avaliar os timings de ativação do TrA/OI bilateralmente aquando dos movimentos rápidos de flexão de ambos os membros superiores, à vez. Todos os dados foram tratados estatisticamente com o programa SPSS, versão 20.0 para Mac OS, com um grau de significância de 0,05. Resultados: Verificaram-se diferenças nos timings de ativação dos TrA/OI direito e esquerdo durante os MRMS direito e esquerdo (Teste ANOVA medidas repetidas: F=291,087; p<0,001). O timing de ativação do TrA/OI direito – 29,15(13,15)ms – foi superior ao esquerdo – 4,71(17,32)ms – durante MRMS direito (Teste Post Hoc Bonferroni: p<0,001). O timing de ativação do TrA/OI esquerdo – 31,98(12,50)ms – foi superior ao direito – 12,20(17,40)ms – durante MRMS esquerdo (p<0,001). O timing de ativação do TrA/IO direito aquando do MRMS direito foi superior ao observado durante MRMS esquerdo (p<0,001). O contrário sucedeu em relação ao timing ativação do TrA/IO esquerdo (p<0,001). O timing de ativação do TrA/IO esquerdo no MRMS direito foi inferior ao do TrA/IO direito aquando do movimento com o membro esquerdo (p<0,001). O TrA/IO direito possuiu um timing de ativação no MRMS direito inferior ao do TrA/IO esquerdo aquando do movimento com o membro esquerdo (p<0,001). Conclusão: Através deste estudo pôde-se concluir que o TrA/OI contralateral ao MRMS apresenta um timing de ativação inferior ao ipsilateral e ainda que durante o MRMS dominante o TrA/OI esquerdo e direito apresentam um timing de ativação inferior ao ocorrido durante o MRMS não-dominante.

Experimental assessment of pressure drop in air stripping columns

One important step in the design of air stripping operations for the removal of VOC is the choice of operating conditions, which are based in the phase ratio. This parameter sets on directly the stripping factor and the efficiency of the operation. Its value has an upper limit determined by the flooding regime, which is previewed using empirical correlations, namely the one developed by Eckert. This type of approach is not suitable for the development of algorithms. Using a pilot scale column and a convenient solution, the pressure drop was determined in different operating conditions and the experimental values were compared with the estimations. This particular research will be incorporated in a global model for simulating the dynamics of air stripping using a multi variable distributed parameter system.

Influência do alinhamento do pé nos Ajustes Posturais Antecipatórios em crianças com Paralisia Cerebral

Introdução: A dificuldade na organização dos ajustes posturais antecipatórios (APAs) é frequentemente associada ao défice de controlo postural (CP) em crianças/jovens com um quadro motor de hemiplegia espástica, resultante de paralisia cerebral. As alterações biomecânicas da tibiotársica e do pé são características comummente observadas nestas crianças/jovens e influenciam o CP na sua globalidade. Objectivo(s): descrever o comportamento dos APAs associados ao início da marcha, face à modificação do alinhamento do pé em crianças/jovens com hemiplegia espástica, após 12 semanas de intervenção, segundo o Conceito Bobath-TND e aplicação de uma Ligadura Funcional (LF). Métodos: Foram avaliadas quatro crianças/jovens num momento inicial (M0) e após 12 semanas de intervenção e de aplicação de uma LF (M1). Recorrendo à eletromiografia de superfície, registaram-se os timings de activação dos músculos tibial anterior, solear, recto abdominal e erector da espinha (bilateralmente). O início do movimento foi calculado a partir da alteração do sinal obtido através da plataforma de pressões. Recorreu-se à aplicação da TMFM-88 para avaliar a função motora global e à aplicação da CIF-CJ para classificar a funcionalidade mediante as actividades e a participação. Procedeu-se ao registo de imagem para facilitar a observação/avaliação das componentes de movimento das crianças/jovens em estudo. Resultados: Após o período de intervenção, verificou-se uma modificação nos valores dos timings de ativação dos músculos em análise, que se aproximaram da janela temporal definida como APAs, bem como na distribuição de carga na base de suporte, nos scores da TMFM-88 e nos qualificadores das “Actividades e Participação”, sugestivos de uma melhor organização dos mecanismos de controlo postural. Conclusão: As crianças/jovens em estudo evidenciaram, após uma intervenção de fisioterapia baseada no Conceito Bobath- TND e aplicação de uma LF, uma evolução favorável tanto ao nível do CP da tibiotársica e do pé, apresentando timings de ativação muscular temporalmente mais ajustados à tarefa, com repercussões positivas nas actividades e participação.