A parallel programming model for ada

Over the last three decades, computer architects have been able to achieve an increase in performance for single processors by, e.g., increasing clock speed, introducing cache memories and using instruction level parallelism. However, because of power consumption and heat dissipation constraints, this trend is going to cease. In recent times, hardware engineers have instead moved to new chip architectures with multiple processor cores on a single chip. With multi-core processors, applications can complete more total work than with one core alone. To take advantage of multi-core processors, parallel programming models are proposed as promising solutions for more effectively using multi-core processors. This paper discusses some of the existent models and frameworks for parallel programming, leading to outline a draft parallel programming model for Ada.

P-SOCRATES: A parallel software framework for time-critical many-core systems

Article in Press, Corrected Proof

Orchestration of e-learning services for automatic evaluation of programming exercises

Managing programming exercises require several heterogeneous systems such as evaluation engines, learning objects repositories and exercise resolution environments. The coordination of networks of such disparate systems is rather complex. These tools would be too specific to incorporate in an e-Learning platform. Even if they could be provided as pluggable components, the burden of maintaining them would be prohibitive to institutions with few courses in those domains. This work presents a standard based approach for the coordination of a network of e-Learning systems participating on the automatic evaluation of programming exercises. The proposed approach uses a pivot component to orchestrate the interaction among all the systems using communication standards. This approach was validated through its effective use on classroom and we present some preliminary results.

Programming exercises evaluation systems: an interoperability survey

Learning computer programming requires solving programming exercises. In computer programming courses teachers need to assess and give feedback to a large number of exercises. These tasks are time consuming and error-prone since there are many aspects relating to good programming that should be considered. In this context automatic assessment tools can play an important role helping teachers in grading tasks as well to assist students with automatic feedback. In spite of its usefulness, these tools lack integration mechanisms with other eLearning systems such as Learning Management Systems, Learning Objects Repositories or Integrated Development Environments. In this paper we provide a survey on programming evaluation systems. The survey gathers information on interoperability features of these systems, categorizing and comparing them regarding content and communication standardization. This work may prove useful to instructors and computer science educators when they have to choose an assessment system to be integrated in their e-Learning environment.

Multicore Scheduling of Real-Time Irregular Parallel Algorithms in Linux

Face �� estagna����o da tecnologia uniprocessador registada na passada d��cada, aos principais fabricantes de microprocessadores encontraram na tecnologia multi-core a resposta `as crescentes necessidades de processamento do mercado. Durante anos, os desenvolvedores de software viram as suas aplica����es acompanhar os ganhos de performance conferidos por cada nova gera����o de processadores sequenciais, mas `a medida que a capacidade de processamento escala em fun����o do n��mero de processadores, a computa����o sequencial tem de ser decomposta em v��rias partes concorrentes que possam executar em paralelo, para que possam utilizar as unidades de processamento adicionais e completar mais rapidamente. A programa����o paralela implica um paradigma completamente distinto da programa����o sequencial. Ao contr��rio dos computadores sequenciais tipificados no modelo de Von Neumann, a heterogeneidade de arquiteturas paralelas requer modelos de programa����o paralela que abstraiam os programadores dos detalhes da arquitectura e simplifiquem o desenvolvimento de aplica����es concorrentes. Os modelos de programa����o paralela mais populares incitam os programadores a identificar instru����es concorrentes na sua l��gica de programa����o, e a especific��-las sob a forma de tarefas que possam ser atribu��das a processadores distintos para executarem em simult��neo. Estas tarefas s��o tipicamente lan��adas durante a execu����o, e atribu��das aos processadores pelo motor de execu����o subjacente. Como os requisitos de processamento costumam ser vari��veis, e n��o s��o conhecidos a priori, o mapeamento de tarefas para processadores tem de ser determinado dinamicamente, em resposta a altera����es imprevis��veis dos requisitos de execu����o. `A medida que o volume da computa����o cresce, torna-se cada vez menos vi��vel garantir as suas restri����es temporais em plataformas uniprocessador. Enquanto os sistemas de tempo real se come��am a adaptar ao paradigma de computa����o paralela, h�� uma crescente aposta em integrar execu����es de tempo real com aplica����es interativas no mesmo hardware, num mundo em que a tecnologia se torna cada vez mais pequena, leve, ub��qua, e port��vel. Esta integra����o requer solu����es de escalonamento que simultaneamente garantam os requisitos temporais das tarefas de tempo real e mantenham um n��vel aceit��vel de QoS para as restantes execu����es. Para tal, torna-se imperativo que as aplica����es de tempo real paralelizem, de forma a minimizar os seus tempos de resposta e maximizar a utiliza����o dos recursos de processamento. Isto introduz uma nova dimens��o ao problema do escalonamento, que tem de responder de forma correcta a novos requisitos de execu����o imprevis��veis e rapidamente conjeturar o mapeamento de tarefas que melhor beneficie os crit��rios de performance do sistema. A t��cnica de escalonamento baseado em servidores permite reservar uma fra����o da capacidade de processamento para a execu����o de tarefas de tempo real, e assegurar que os efeitos de lat��ncia na sua execu����o n��o afectam as reservas estipuladas para outras execu����es. No caso de tarefas escalonadas pelo tempo de execu����o m��ximo, ou tarefas com tempos de execu����o vari��veis, torna-se prov��vel que a largura de banda estipulada n��o seja consumida por completo. Para melhorar a utiliza����o do sistema, os algoritmos de partilha de largura de banda (capacity-sharing) doam a capacidade n��o utilizada para a execu����o de outras tarefas, mantendo as garantias de isolamento entre servidores. Com efici��ncia comprovada em termos de espa��o, tempo, e comunica����o, o mecanismo de work-stealing tem vindo a ganhar popularidade como metodologia para o escalonamento de tarefas com paralelismo din��mico e irregular. O algoritmo p-CSWS combina escalonamento baseado em servidores com capacity-sharing e work-stealing para cobrir as necessidades de escalonamento dos sistemas abertos de tempo real. Enquanto o escalonamento em servidores permite partilhar os recursos de processamento sem interfer��ncias a n��vel dos atrasos, uma nova pol��tica de work-stealing que opera sobre o mecanismo de capacity-sharing aplica uma explora����o de paralelismo que melhora os tempos de resposta das aplica����es e melhora a utiliza����o do sistema. Esta tese prop��e uma implementa����o do algoritmo p-CSWS para o Linux. Em concord��ncia com a estrutura modular do escalonador do Linux, ��e definida uma nova classe de escalonamento que visa avaliar a aplicabilidade da heur��stica p-CSWS em circunst��ncias reais. Ultrapassados os obst��culos intr��nsecos `a programa����o da kernel do Linux, os extensos testes experimentais provam que o p-CSWS ��e mais do que um conceito te��rico atrativo, e que a explora����o heur��stica de paralelismo proposta pelo algoritmo beneficia os tempos de resposta das aplica����es de tempo real, bem como a performance e efici��ncia da plataforma multiprocessador.

Comparison between deterministic and meta-heuristic methods applied to ancillary services dispatch

This paper proposes two meta-heuristics (Genetic Algorithm and Evolutionary Particle Swarm Optimization) for solving a 15 bid-based case of Ancillary Services Dispatch in an Electricity Market. A Linear Programming approach is also included for comparison purposes. A test case based on the dispatch of Regulation Down, Regulation Up, Spinning Reserve and Non-Spinning Reserve services is used to demonstrate that the use of meta-heuristics is suitable for solving this kind of optimization problem. Faster execution times and lower computational resources requirements are the most relevant advantages of the used meta-heuristics when compared with the Linear Programming approach.

Derivative-free nonlinear optimization filter simplex

The filter method is a technique for solving nonlinear programming problems. The filter algorithm has two phases in each iteration. The first one reduces a measure of infeasibility, while in the second the objective function value is reduced. In real optimization problems, usually the objective function is not differentiable or its derivatives are unknown. In these cases it becomes essential to use optimization methods where the calculation of the derivatives or the verification of their existence is not necessary: direct search methods or derivative-free methods are examples of such techniques. In this work we present a new direct search method, based on simplex methods, for general constrained optimization that combines the features of simplex and filter methods. This method neither computes nor approximates derivatives, penalty constants or Lagrange multipliers.

Ensemble: an e-learning framework

E-Learning frameworks are conceptual tools to organize networks of elearning services. Most frameworks cover areas that go beyond the scope of e-learning, from course to financial management, and neglects the typical activities in everyday life of teachers and students at schools such as the creation, delivery, resolution and evaluation of assignments. This paper presents the Ensemble framework - an e-learning framework exclusively focused on the teaching-learning process through the coordination of pedagogical services. The framework presents an abstract data, integration and evaluation model based on content and communications specifications. These specifications must base the implementation of networks in specialized domains with complex evaluations. In this paper we specialize the framework for two domains with complex evaluation: computer programming and computer-aided design (CAD). For each domain we highlight two Ensemble hotspots: data and evaluations procedures. In the former we formally describe the exercise and present possible extensions. In the latter, we describe the automatic evaluation procedures.

From task scheduling in single processor environments to message scheduling in a PROFIBUS fieldbus network

In this paper we survey the most relevant results for the prioritybased schedulability analysis of real-time tasks, both for the fixed and dynamic priority assignment schemes. We give emphasis to the worst-case response time analysis in non-preemptive contexts, which is fundamental for the communication schedulability analysis. We define an architecture to support priority-based scheduling of messages at the application process level of a specific fieldbus communication network, the PROFIBUS. The proposed architecture improves the worst-case messages��� response time, overcoming the limitation of the first-come-first-served (FCFS) PROFIBUS queue implementations.

Server-based scheduling of parallel real-time tasks

Multicore platforms have transformed parallelism into a main concern. Parallel programming models are being put forward to provide a better approach for application programmers to expose the opportunities for parallelism by pointing out potentially parallel regions within tasks, leaving the actual and dynamic scheduling of these regions onto processors to be performed at runtime, exploiting the maximum amount of parallelism. It is in this context that this paper proposes a scheduling approach that combines the constant-bandwidth server abstraction with a priority-aware work-stealing load balancing scheme which, while ensuring isolation among tasks, enables parallel tasks to be executed on more than one processor at a given time instant.

Application of computational intelligence to engineering

Computational Intelligence (CI) includes four main areas: Evolutionary Computation (genetic algorithms and genetic programming), Swarm Intelligence, Fuzzy Systems and Neural Networks. This article shows how CI techniques overpass the strict limits of Artificial Intelligence field and can help solving real problems from distinct engineering areas: Mechanical, Computer Science and Electrical Engineering.

Suporte �� computa����o paralela e distribu��da em Java: distribui����o e execu����o de trabalho

Nos ��ltimos anos come��aram a ser vulgares os computadores dotados de multiprocessadores e multi-cores. De modo a aproveitar eficientemente as novas caracter��sticas desse hardware come��aram a surgir ferramentas para facilitar o desenvolvimento de software paralelo, atrav��s de linguagens e frameworks, adaptadas a diferentes linguagens. Com a grande difus��o de redes de alta velocidade, tal como Gigabit Ethernet e a ��ltima gera����o de redes Wi-Fi, abre-se a oportunidade de, al��m de paralelizar o processamento entre processadores e cores, poder em simult��neo paraleliz��-lo entre m��quinas diferentes. Ao modelo que permite paralelizar processamento localmente e em simult��neo distribu��-lo para m��quinas que tamb��m t��m capacidade de o paralelizar, chamou-se ���modelo paralelo distribu��do���. Nesta disserta����o foram analisadas t��cnicas e ferramentas utilizadas para fazer programa����o paralela e o trabalho que est�� feito dentro da ��rea de programa����o paralela e distribu��da. Tendo estes dois factores em considera����o foi proposta uma framework que tenta aplicar a simplicidade da programa����o paralela ao conceito paralelo distribu��do. A proposta baseia-se na disponibiliza����o de uma framework em Java com uma interface de programa����o simples, de f��cil aprendizagem e legibilidade que, de forma transparente, �� capaz de paralelizar e distribuir o processamento. Apesar de simples, existiu um esfor��o para a tornar configur��vel de forma a adaptar-se ao m��ximo de situa����es poss��vel. Nesta disserta����o ser��o exploradas especialmente as quest��es relativas �� execu����o e distribui����o de trabalho, e a forma como o c��digo �� enviado de forma autom��tica pela rede, para outros n��s cooperantes, evitando assim a instala����o manual das aplica����es em todos os n��s da rede. Para confirmar a validade deste conceito e das ideias defendidas nesta disserta����o foi implementada esta framework �� qual se chamou DPF4j (Distributed Parallel Framework for JAVA) e foram feitos testes e retiradas m��tricas para verificar a exist��ncia de ganhos de performance em rela����o ��s solu����es j�� existentes.

Integrated Management of IaaS Resources

This paper proposes and reports the development of an open source solution for the integrated management of Infrastructure as a Service (IaaS) cloud computing resources, through the use of a common API taxonomy, to incorporate open source and proprietary platforms. This research included two surveys on open source IaaS platforms (OpenNebula, OpenStack and CloudStack) and a proprietary platform (Parallels Automation for Cloud Infrastructure - PACI) as well as on IaaS abstraction solutions (jClouds, Libcloud and Deltacloud), followed by a thorough comparison to determine the best approach. The adopted implementation reuses the Apache Deltacloud open source abstraction framework, which relies on the development of software driver modules to interface with different IaaS platforms, and involved the development of a new Deltacloud driver for PACI. The resulting interoperable solution successfully incorporates OpenNebula, OpenStack (reuses pre-existing drivers) and PACI (includes the developed Deltacloud PACI driver) nodes and provides a Web dashboard and a Representational State Transfer (REST) interface library. The results of the exchanged data payload and time response tests performed are presented and discussed. The conclusions show that open source abstraction tools like Deltacloud allow the modular and integrated management of IaaS platforms (open source and proprietary), introduce relevant time and negligible data overheads and, as a result, can be adopted by Small and Medium-sized Enterprise (SME) cloud providers to circumvent the vendor lock-in problem whenever service response time is not critical.

Criador autom��tico de aplica����es nativas Android e iOS

Nos ��ltimos anos tem-se verificado um acentuado aumento na utiliza����o de dispositivos moveis a n��vel internacional, pelo que as aplica����es desenvolvidas para este tipo espec��fico de dispositivos, conhecidas por apps, tem vindo a ganhar uma enorme popularidade. S��o cada vez mais as empresas que procuram estar presentes nos mais diversos sistemas operativos m��veis, com o objectivo de suportar e desenvolver o seu neg��cio, alargando o seu leque de poss��veis consumidores. Neste sentido surgiram diversas ferramentas com a fun����o de facilitar o desenvolvimento de aplica����es m��veis, denominadas frameworks multi-plataforma. Estas frameworks conduziram ao aparecimento de plataformas web, que permitem criar aplica����es multi-plataforma sem ser obrigat��rio ter conhecimentos em programa����o. Assim, e a partir da an��lise de v��rios criadores online de aplica����es m��veis identificados e das diferentes estrat��gias de desenvolvimento de aplica����es m��veis existentes, foi proposta a implementa����o de uma plataforma web capaz de criar aplica����es nativas Android e iOS, dois dos sistemas operativos mais utilizados na actualidade. Apos desenvolvida a plataforma web, designada MobileAppBuilder, foi avaliada a sua Qualidade e as aplica����es criadas pela mesma, atrav��s do preenchimento de um question��rio por parte de 10 indiv��duos com forma����o em Engenharia Inform��tica, resultando numa classifica����o geral de ���excelente���. De modo a analisar o desempenho das aplica����es produzidas pela plataforma desenvolvida, foram realizados testes comparativos entre uma aplica����o da MobileAppBuilder e duas homologas de dois dos criadores online estudados, nomeadamente Andromo e Como. Os resultados destes testes revelaram que a MobileAppBuilder gera aplica����es menos pesadas, mais r��pidas e mais eficientes em alguns aspetos, nomeadamente no arranque.

Estado da Arte da Computa����o Evolutiva Aplicada �� Eletr��nica

A Computa����o Evolutiva enquadra-se na ��rea da Intelig��ncia Artificial e �� um ramo das ci��ncias da computa����o que tem vindo a ser aplicado na resolu����o de problemas em diversas ��reas da Engenharia. Este trabalho apresenta o estado da arte da Computa����o Evolutiva, assim como algumas das suas aplica����es no ramo da eletr��nica, denominada Eletr��nica Evolutiva (ou Hardware Evolutivo), enfatizando a s��ntese de circuitos digitais combinat��rios. Em primeiro lugar apresenta-se a Intelig��ncia Artificial, passando �� Computa����o Evolutiva, nas suas principais vertentes: os Algoritmos Evolutivos baseados no processo da evolu����o das esp��cies de Charles Darwin e a Intelig��ncia dos Enxames baseada no comportamento coletivo de alguns animais. No que diz respeito aos Algoritmos Evolutivos, descrevem-se as estrat��gias evolutivas, a programa����o gen��tica, a programa����o evolutiva e com maior ��nfase, os Algoritmos Gen��ticos. Em rela����o �� Intelig��ncia dos Enxames, descreve-se a otimiza����o por col��nia de formigas e a otimiza����o por enxame de part��culas. Em simult��neo realizou-se tamb��m um estudo da Eletr��nica Evolutiva, explicando sucintamente algumas das ��reas de aplica����o, entre elas: a rob��tica, as FPGA, o roteamento de placas de circuito impresso, a s��ntese de circuitos digitais e anal��gicos, as telecomunica����es e os controladores. A t��tulo de concretizar o estudo efetuado, apresenta-se um caso de estudo da aplica����o dos algoritmos gen��ticos na s��ntese de circuitos digitais combinat��rios, com base na an��lise e compara����o de tr��s refer��ncias de autores distintos. Com este estudo foi poss��vel comparar, n��o s�� os resultados obtidos por cada um dos autores, mas tamb��m a forma como os algoritmos gen��ticos foram implementados, nomeadamente no que diz respeito aos par��metros, operadores gen��ticos utilizados, fun����o de avalia����o, implementa����o em hardware e tipo de codifica����o do circuito.