Sintonización dinámica de aplicaciones MPI

En la actualidad, la computación de altas prestaciones está siendo utilizada en multitud de campos científicos donde los distintos problemas estudiados se resuelven mediante aplicaciones paralelas/distribuidas. Estas aplicaciones requieren gran capacidad de cómputo, bien sea por la complejidad de los problemas o por la necesidad de solventar situaciones en tiempo real. Por lo tanto se debe aprovechar los recursos y altas capacidades computacionales de los sistemas paralelos en los que se ejecutan estas aplicaciones con el fin de obtener un buen rendimiento. Sin embargo, lograr este rendimiento en una aplicación ejecutándose en un sistema es una dura tarea que requiere un alto grado de experiencia, especialmente cuando se trata de aplicaciones que presentan un comportamiento dinámico o cuando se usan sistemas heterogéneos. En estos casos actualmente se plantea realizar una mejora de rendimiento automática y dinámica de las aplicaciones como mejor enfoque para el análisis del rendimiento. El presente trabajo de investigación se sitúa dentro de este ámbito de estudio y su objetivo principal es sintonizar dinámicamente mediante MATE (Monitoring, Analysis and Tuning Environment) una aplicación MPI empleada en computación de altas prestaciones que siga un paradigma Master/Worker. Las técnicas de sintonización integradas en MATE han sido desarrolladas a partir del estudio de un modelo de rendimiento que refleja los cuellos de botella propios de aplicaciones situadas bajo un paradigma Master/Worker: balanceo de carga y número de workers. La ejecución de la aplicación elegida bajo el control dinámico de MATE y de la estrategia de sintonización implementada ha permitido observar la adaptación del comportamiento de dicha aplicación a las condiciones actuales del sistema donde se ejecuta, obteniendo así una mejora de su rendimiento.

Laboratori Assistit per Ordinador mitjançant eines ofimàtiques convencionals

El projecte "Laboratori Asssit per Ordinador Mitjançant Eines Ofimàtiques Convencionals" ha estat realitzat en la facultat de Física de la Universitat de Barcelona durant els anys 2007 i 2008 (projecte biennal). El principal objectiu d’aquest projecte és demostrar la possibilitat d’utilitzar les eines informàtiques més habituals en la realització d’experiències de laboratori assistit per ordinador (LAO). En particular, es proposa la utilització del Excel © juntament amb les seves macros (Visual Basic para Aplicacions, VBA) en pràctiques de laboratori d’assignatures en l’àrea de Física Aplicada. Excel és un full de càlcul molt conegut i usat tant per professors com pels estudiants. En aquest treball mostrem exemples concrets que abasten les diferents tècniques de control i adquisició de dades: programació del port sèrie (RS- 232) i paral·lel, i interfase GPIB. La implementació d’aquestes tècniques es realitza mitjançant macros VBA de Excel. La resta de programació de l’aplicació LAO, la representació gràfica i el tractament de les dades, es realitza de forma molt simple a partir del maneig habitual d’un full de càlcul. La realització del projecte ha demostrat la conveniència d’aquesta metodologia. Actualment pràcticament la totalitat de les pràctiques LAO de les quals és responsable el Departament de Física Aplicada utilitzen la programació a través del full de càlcul. La resposta dels estudiants ha estat molt positiva. La combinació de les característiques d’aquesta eina juntament amb la programació VBA té un enorme potencial i representa, probablement, una forma senzilla d’introduir tant a l’alumne com al professor en el món de la programació.

Projecte per a l'organització de pràctiques professionals en turisme en forrnació virtual

L'objectiu del projecte és possibilitar que els estudiants de la diplomatura de turisme de la UOC puguin realitzar una pràctica laboral rigorosa i realista i que permeti desenvolupar les competències bàsiques en treball en equip i transversals en sostenibilitat aplicada a les destinacions turístiques. La pràctica docent consisteix en una simulació, per a entorn virtual d'aprenentatge que emula les diferents fases del treball de consultoria turística i l’aplicació dels resultats del les tasques col·laboratives a un treball orientat a objecte. Concretament el projecte està orientat a simular un treball de camp i a dissenyar i executar un pla estratègic per a la millora d'una destinació de naturalesa. La metodologia didàctica parteix de l’organització d'un treball en equip, cosa per la qual s'espera que els estudiants puguin cooperar entre si durant les fases del projecte. Amb el projecte es pretén aconseguir dotar als estudiants de mètodes i habilitats en sostenibilitat aplicada al turisme. Així com posar en pràctica els coneixements previs obtinguts en aquesta matèria. La simulació consisteix en la implementació d’estratègies per a millorar l’ús dels recursos turístics en una destinació real espanyola (el parc Natural de la Serra d'Espadà, a la província de Castelló), així com a crear una memòria final basada en la creació d'un pla estratègic per a la implementació d'accions basades en el turisme sostenible en l’àrea d'estudi.

Anàlisi de la qualitat de l'aigua: estudi dels impactes humans sobre la qualitat de l'aigua en pous i basses del Parc del Garraf i rodalies

Amb la finalitat de conèixer l’estat de qualitat de les aigües de les basses i pous del Parc del Garraf, s’analitzen una sèrie de paràmetres fisico-químics en 17 estacions de mostreig prèviament seleccionades, distribuïdes en zones amb diferents tipologies d’ús del sòl. La base de l’anàlisi ha estat la integració d’informació provinent de diferents fonts. Mitjançant l’elaboració de taules i gràfics, la generació de cartografia i el tractament estadístic de les dades, s’ha procedit a la tria de punts de mostreig i s’ha obtingut un inventari que ha permès la interpretació global dels resultats, facilitant la diagnosi. El procés de tractament de dades inclou la confecció d’un índex de qualitat de les aigües (ICA) propi, no vinculant, a partir de fórmules genèriques de normalització i ponderació de valors. Durant la realització de la diagnosi s’han detectat pertorbacions puntuals en determinats paràmetres corresponents a contaminacions locals, en diferents estacions de mostreig. Aquestes pertorbacions s’han relacionat amb la situació dels pous i les basses al Garraf i les tipologies d’ús del sòl de cada zona. El diagnòstic de pertorbacions ha orientat les propostes de millora aplicables que s’han dividit en tres classes segons el nivell d’actuació. Aquestes incideixen principalment, en la millora de la informació disponible, l’aplicació de l’agricultura ecològica, l’explotació sostenible dels aqüífers i la realització d’estudis globals i/o locals, més complets i exhaustius.

Scheduling in virtual infrastructure

For the execution of the scientific applications, different methods have been proposed to dynamically provide execution environments for such applications that hide the complexity of underlying distributed and heterogeneous infrastructures. Recently virtualization has emerged as a promising technology to provide such environments. Virtualization is a technology that abstracts away the details of physical hardware and provides virtualized resources for high-level scientific applications. Virtualization offers a cost-effective and flexible way to use and manage computing resources. Such an abstraction is appealing in Grid computing and Cloud computing for better matching jobs (applications) to computational resources. This work applies the virtualization concept to the Condor dynamic resource management system by using Condor Virtual Universe to harvest the existing virtual computing resources to their maximum utility. It allows existing computing resources to be dynamically provisioned at run-time by users based on application requirements instead of statically at design-time thereby lay the basis for efficient use of the available resources, thus providing way for the efficient use of the available resources.

L’eficàcia rehabilitadora de la pena de treballs en benefici a la comunitat. Avaluació del model d’execució a la província de Barcelona

El present treball aspira a servir com primera aproximació a una avaluació del model actual d'execució de la pena de Treballs en Benefici de la Comunitat en el nostre actual sistema de penes, a partir de la valoració sobre la presència dels elements que la investigació criminològica ha destacat com a rellevants en matèria de rehabilitació amb penats condemnats a penes de treball comunitari. D’aquesta manera, hem optat per realitzar una investigació qualitativa mitjançant entrevistes a una mostra de penats que van finalitzar el compliment d'una pena de TBC a la província de Barcelona entre el mes d'octubre de 2008 i el de gener de 2009 per tal de conèixer la seva percepció sobre la presència d’aquests elements.

La eficacia rehabilitadora de la pena de trabajos en beneficio de la comunidad. Evaluación del modelo de ejecución en la provincia de Barcelona

Se presenta una evaluación del modelo actual de funcionamiento en la ejecución penal de la pena de trabajos en beneficio a la comunidad. Para ello, junto con el análisis internacional del uso de este tipo de medida en otros países y contextos penales, se han analizado una muestra de penados que finalizaron esta medida entre el mes de octubre de 2008 hasta enero de 2009 en la provincia de Barcelona y se ha entrevistado a algunos de ellos con el objetivo de conocer su percepción sobre el funcionamiento y resultado de las intervenciones.

Salut mental i execució penal

La recerca vol complimentar l’encàrrec de la Secretaria de Serveis Penitenciaris, Rehabilitació i Justícia juvenil, feta al Centre d’Estudis Jurídics i Formació Especialitzada respecte al coneixement de la problemàtica de les persones sotmeses a sancions penals que pateixen algun tipus de trastorn mental. L’interès de la recerca es centra en conèixer l’abast del fenomen de la salut mental en l’execució penal a nivell quantitatiu i conèixer més a fons les característiques i particularitats del col•lectiu afectat, per tal de poder millorar la seva atenció des dels serveis d’execució penal i la seva derivació un cop finalitzat el compliment de la pena o mesura. En la primera part de l’estudi s’aproxima al col•lectiu de persones afectades de trastorns mentals que es troben complint una pena de presó o una mesura de seguretat a Catalunya durant un període determinat de temps. Concretament la mostra la composen els interns penitenciaris de les presons ubicades a les comarques de Barcelona que durant l’any 2005 van passar com a mínim un dia per una unitat de psiquiatria dels centres penitenciaris: CP Homes Barcelona, CP Quatre Camins, CP Brians 1 i la Unitat Hospitalària Penal Penitenciària. També formen part de l’estudi les persones sotmeses a mesures de seguretat de les comarques de Barcelona que estaven d’alta durant l’any 2005. S’analitzen nombroses variables que descriuen aquest col•lectiu i la manera en que s’adapten al compliment de la pena. També es compara aquest grup de persones amb altres col•lectius de penats sense problemes mentals declarats. La segona part de l’estudi recull mitjançant la tècnica Delphi, l’opinió de professionals i experts vinculats al tema de la salut mental i l’execució de penes, a qui s’ha preguntat sobre diverses qüestions clau. Concretament se’ls ha preguntat pel diagnòstic de les persones penades amb trastorns mentals, el seu tractament, les propostes de derivació i les perspectives de futur en aquest tema. S’ha posat especial èmfasi en les previsions i estimacions que fan eles experts sobre les possibilitats futures de la sanitat penitenciària i les propostes de solució i millora dels principals problemes detectats per ells mateixos.

Salud mental y ejecución penal

La investigación recoge la situación de las personas que sufren algún tipo de trastorno mental y se encuentran cumpliendo una medida de ejecución penal, ya sea internamiento en prisión o bien una medida de seguridad. La muestra del estudio la componen las personas que en el año 2005 pasaron como mínimo un día por las unidades psiquiátricas de los centros penitenciarios, o que cumplieron alguna medida de seguridad (en el ámbito territorial de las comarcas de Barcelona). En la segunda parte del estudio, más de un centenar de profesionales y expertos opinan sobre las principales necesidades presentes y futuras de la intervención en salud mental en el mundo de la ejecución penal.

An efficient use of virtualization in grid/cloud environments

Grid is a hardware and software infrastructure that provides dependable, consistent, pervasive, and inexpensive access to high-end computational resources. Grid enables access to the resources but it does not guarantee any quality of service. Moreover, Grid does not provide performance isolation; job of one user can influence the performance of other user’s job. The other problem with Grid is that the users of Grid belong to scientific community and the jobs require specific and customized software environment. Providing the perfect environment to the user is very difficult in Grid for its dispersed and heterogeneous nature. Though, Cloud computing provide full customization and control, but there is no simple procedure available to submit user jobs as in Grid. The Grid computing can provide customized resources and performance to the user using virtualization. A virtual machine can join the Grid as an execution node. The virtual machine can also be submitted as a job with user jobs inside. Where the first method gives quality of service and performance isolation, the second method also provides customization and administration in addition. In this thesis, a solution is proposed to enable virtual machine reuse which will provide performance isolation with customization and administration. The same virtual machine can be used for several jobs. In the proposed solution customized virtual machines join the Grid pool on user request. Proposed solution describes two scenarios to achieve this goal. In first scenario, user submits their customized virtual machine as a job. The virtual machine joins the Grid pool when it is powered on. In the second scenario, user customized virtual machines are preconfigured in the execution system. These virtual machines join the Grid pool on user request. Condor and VMware server is used to deploy and test the scenarios. Condor supports virtual machine jobs. The scenario 1 is deployed using Condor VM universe. The second scenario uses VMware-VIX API for scripting powering on and powering off of the remote virtual machines. The experimental results shows that as scenario 2 does not need to transfer the virtual machine image, the virtual machine image becomes live on pool more faster. In scenario 1, the virtual machine runs as a condor job, so it easy to administrate the virtual machine. The only pitfall in scenario 1 is the network traffic.

Avaluació de la tecnologia de les GPUs

En el projecte s’ha dut a terme un estudi sobre la tecnologia que aporten les targetes gràfiques (GPU) dins l’àmbit de programació d’aplicacions que tradicionalment eren executades en la CPU o altrament conegut com a GPGPU. S’ha fet una anàlisi profunda del marc tecnològic actual explicant part del maquinari de les targetes gràfiques i de què tracta el GPGPU. També s’han estudiat les diferents opcions que existeixen per poder realitzar els tests de rendiment que permetran avaluar el programari, quin programari està dissenyat per ser executat amb aquesta tecnologia i quin és el procediment a seguir per poder utilitzar-los. S’han efectuat diverses proves per avaluar el rendiment de programari dissenyat o compatible d’executar en la GPU, realitzant taules comparatives amb els temps de còmput. Un cop finalitzades les diferents proves del programari, es pot concloure que no tota aplicació processada en la GPU aporta un benefici. Per poder veure millores és necessari que l’aplicació reuneixi una sèrie de requisits com que disposi d’un elevat nombre d’operacions que es puguin realitzar en paral lel, que no existeixin condicionants per a l’execució de les operacions i que sigui un procés amb càlcul aritmètic intensiu.

RADIC: un middleware de tolerancia a fallos que preserva el rendimiento

La tolerancia a fallos es una línea de investigación que ha adquirido una importancia relevante con el aumento de la capacidad de cómputo de los súper-computadores actuales. Esto es debido a que con el aumento del poder de procesamiento viene un aumento en la cantidad de componentes que trae consigo una mayor cantidad de fallos. Las estrategias de tolerancia a fallos actuales en su mayoría son centralizadas y estas no escalan cuando se utiliza una gran cantidad de procesos, dado que se requiere sincronización entre todos ellos para realizar las tareas de tolerancia a fallos. Además la necesidad de mantener las prestaciones en programas paralelos es crucial, tanto en presencia como en ausencia de fallos. Teniendo en cuenta lo citado, este trabajo se ha centrado en una arquitectura tolerante a fallos descentralizada (RADIC – Redundant Array of Distributed and Independant Controllers) que busca mantener las prestaciones iniciales y garantizar la menor sobrecarga posible para reconfigurar el sistema en caso de fallos. La implementación de esta arquitectura se ha llevado a cabo en la librería de paso de mensajes denominada Open MPI, la misma es actualmente una de las más utilizadas en el mundo científico para la ejecución de programas paralelos que utilizan una plataforma de paso de mensajes. Las pruebas iniciales demuestran que el sistema introduce mínima sobrecarga para llevar a cabo las tareas correspondientes a la tolerancia a fallos. MPI es un estándar por defecto fail-stop, y en determinadas implementaciones que añaden cierto nivel de tolerancia, las estrategias más utilizadas son coordinadas. En RADIC cuando ocurre un fallo el proceso se recupera en otro nodo volviendo a un estado anterior que ha sido almacenado previamente mediante la utilización de checkpoints no coordinados y la relectura de mensajes desde el log de eventos. Durante la recuperación, las comunicaciones con el proceso en cuestión deben ser retrasadas y redirigidas hacia la nueva ubicación del proceso. Restaurar procesos en un lugar donde ya existen procesos sobrecarga la ejecución disminuyendo las prestaciones, por lo cual en este trabajo se propone la utilización de nodos spare para la recuperar en ellos a los procesos que fallan, evitando de esta forma la sobrecarga en nodos que ya tienen trabajo. En este trabajo se muestra un diseño propuesto para gestionar de un modo automático y descentralizado la recuperación en nodos spare en un entorno Open MPI y se presenta un análisis del impacto en las prestaciones que tiene este diseño. Resultados iniciales muestran una degradación significativa cuando a lo largo de la ejecución ocurren varios fallos y no se utilizan spares y sin embargo utilizándolos se restablece la configuración inicial y se mantienen las prestaciones.

Generación de interfaces para aplicaciones por línea de comandos

Generación dinámica de interfaces web basadas en ficheros descriptivos XML para el control de la parametrización compleja y ejecución de programas por línea de comandos. La necesidad surge con la aplicación mlcoalsim, utilizada por investigadores de la UAB, cuya parametrización requiere la edición manual de un fichero de texto la sintaxis del cual es complicada y pesada. Con la generación de interfaces web se pretende ayudar a los usuarios en la correcta parametrización y ejecución de aplicaciones como mlcoalsim.

Including the workload effect in the parallel program signature

Performance prediction and application behavior modeling have been the subject of exten- sive research that aim to estimate applications performance with an acceptable precision. A novel approach to predict the performance of parallel applications is based in the con- cept of Parallel Application Signatures that consists in extract an application most relevant parts (phases) and the number of times they repeat (weights). Executing these phases in a target machine and multiplying its exeuction time by its weight an estimation of the application total execution time can be made. One of the problems is that the performance of an application depends on the program workload. Every type of workload affects differently how an application performs in a given system and so affects the signature execution time. Since the workloads used in most scientific parallel applications have dimensions and data ranges well known and the behavior of these applications are mostly deterministic, a model of how the programs workload affect its performance can be obtained. We create a new methodology to model how a program’s workload affect the parallel application signature. Using regression analysis we are able to generalize each phase time execution and weight function to predict an application performance in a target system for any type of workload within predefined range. We validate our methodology using a synthetic program, benchmarks applications and well known real scientific applications.

Dependencia de los algoritmos con el consumo de energía en sistemas HPC

El consumo energético es un aspecto cada vez más importante en el diseño de microprocesadores. Este trabajo experimenta con una técnica de control del consumo, el escalado dinámico de tensión y frecuencia (DVFS, siglas en inglés), para determinar cuan efectiva es la misma en la ejecución de programas con diferentes cargas de trabajo, intensivas en cómputo o memoria. Además, se ha extendido la experimentación a varios núcleos de ejecución, permitiendo comprobar en que medida las características de la ejecución en una arquitectura multicore afecta al desempeño de dicha técnica.