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.

On AUV control architecture

This paper surveys control architectures proposed in the literature and describes a control architecture that is being developed for a semi-autonomous underwater vehicle for intervention missions (SAUVIM) at the University of Hawaii. Conceived as hybrid, this architecture has been organized in three layers: planning, control and execution. The mission is planned with a sequence of subgoals. Each subgoal has a related task supervisor responsible for arranging a set of pre-programmed task modules in order to achieve the subgoal. Task modules are the key concept of the architecture. They are the main building blocks and can be dynamically re-arranged by the task supervisor. In our architecture, deliberation takes place at the planning layer while reaction is dealt through the parallel execution of the task modules. Hence, the system presents both a hierarchical and an heterarchical decomposition, being able to show a predictable response while keeping rapid reactivity to the dynamic environment

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.

User-friendly parallel computations with econometric examples

This paper shows how a high level matrix programming language may be used to perform Monte Carlo simulation, bootstrapping, estimation by maximum likelihood and GMM, and kernel regression in parallel on symmetric multiprocessor computers or clusters of workstations. The implementation of parallelization is done in a way such that an investigator may use the programs without any knowledge of parallel programming. A bootable CD that allows rapid creation of a cluster for parallel computing is introduced. Examples show that parallelization can lead to important reductions in computational time. Detailed discussion of how the Monte Carlo problem was parallelized is included as an example for learning to write parallel programs for Octave.

ParallelKnoppix - Rapid deployment of a linux cluster for MPI parallel processing using non-dedicated computers

This note describes ParallelKnoppix, a bootable CD that allows creation of a Linux cluster in very little time. An experienced user can create a cluster ready to execute MPI programs in less than 10 minutes. The computers used may be heterogeneous machines, of the IA-32 architecture. When the cluster is shut down, all machines except one are in their original state, and the last can be returned to its original state by deleting a directory. The system thus provides a means of using non-dedicated computers to create a cluster. An example session is documented.

Aplicaciones Single Program Multiple Data (SPMD) en ambientes distribuidos

Un reto al ejecutar las aplicaciones en un cluster es lograr mejorar las prestaciones utilizando los recursos de manera eficiente, y este reto es mayor al utilizar un ambiente distribuido. Teniendo en cuenta este reto, se proponen un conjunto de reglas para realizar el cómputo en cada uno de los nodos, basado en el análisis de cómputo y comunicaciones de las aplicaciones, se analiza un esquema de mapping de celdas y un método para planificar el orden de ejecución, tomando en consideración la ejecución por prioridad, donde las celdas de fronteras tienen una mayor prioridad con respecto a las celdas internas. En la experimentación se muestra el solapamiento del computo interno con las comunicaciones de las celdas fronteras, obteniendo resultados donde el Speedup aumenta y los niveles de eficiencia se mantienen por encima de un 85%, finalmente se obtiene ganancias de los tiempos de ejecución, concluyendo que si se puede diseñar un esquemas de solapamiento que permita que la ejecución de las aplicaciones SPMD en un cluster se hagan de forma eficiente.

Manejo de históricos en clusters

CISNE es un sistema de cómputo en paralelo del Departamento de Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos (DACSO). Para poder implementar políticas de ordenacción de colas y selección de trabajos, este sistema necesita predecir el tiempo de ejecución de las aplicaciones. Con este trabajo se pretende proveer al sistema CISNE de un método para predecir el tiempo de ejecución basado en un histórico donde se almacenarán todos los datos sobre las ejecuciones.

Análisis y sintonización de aplicaciones paralelas/distribuidas de bioinformática: caso de estudio mpiBLAST

En termes de temps d'execució i ús de dades, les aplicacions paral·leles/distribuïdes poden tenir execucions variables, fins i tot quan s'empra el mateix conjunt de dades d'entrada. Existeixen certs aspectes de rendiment relacionats amb l'entorn que poden afectar dinàmicament el comportament de l'aplicació, tals com: la capacitat de la memòria, latència de la xarxa, el nombre de nodes, l'heterogeneïtat dels nodes, entre d'altres. És important considerar que l'aplicació pot executar-se en diferents configuracions de maquinari i el desenvolupador d'aplicacions no port garantir que els ajustaments de rendiment per a un sistema en particular continuïn essent vàlids per a d'altres configuracions. L'anàlisi dinàmica de les aplicacions ha demostrat ser el millor enfocament per a l'anàlisi del rendiment per dues raons principals. En primer lloc, ofereix una solució molt còmoda des del punt de vista dels desenvolupadors mentre que aquests dissenyen i evaluen les seves aplicacions paral·leles. En segon lloc, perquè s'adapta millor a l'aplicació durant l'execució. Aquest enfocament no requereix la intervenció de desenvolupadors o fins i tot l'accés al codi font de l'aplicació. S'analitza l'aplicació en temps real d'execució i es considra i analitza la recerca dels possibles colls d'ampolla i optimitzacions. Per a optimitzar l'execució de l'aplicació bioinformàtica mpiBLAST, vam analitzar el seu comportament per a identificar els paràmetres que intervenen en el rendiment d'ella, com ara: l'ús de la memòria, l'ús de la xarxa, patrons d'E/S, el sistema de fitxers emprat, l'arquitectura del processador, la grandària de la base de dades biològica, la grandària de la seqüència de consulta, la distribució de les seqüències dintre d'elles, el nombre de fragments de la base de dades i/o la granularitat dels treballs assignats a cada procés. El nostre objectiu és determinar quins d'aquests paràmetres tenen major impacte en el rendiment de les aplicacions i com ajustar-los dinàmicament per a millorar el rendiment de l'aplicació. Analitzant el rendiment de l'aplicació mpiBLAST hem trobat un conjunt de dades que identifiquen cert nivell de serial·lització dintre l'execució. Reconeixent l'impacte de la caracterització de les seqüències dintre de les diferents bases de dades i una relació entre la capacitat dels workers i la granularitat de la càrrega de treball actual, aquestes podrien ser sintonitzades dinàmicament. Altres millores també inclouen optimitzacions relacionades amb el sistema de fitxers paral·lel i la possibilitat d'execució en múltiples multinucli. La grandària de gra de treball està influenciat per factors com el tipus de base de dades, la grandària de la base de dades, i la relació entre grandària de la càrrega de treball i la capacitat dels treballadors.

Parallel spinors on pseudo-riemannian spin(q) manifolds

We study simply-connected irreducible non-locally symmetric pseudo-Riemannian Spin(q) manifolds admitting parallel quaternionic spinors.

Gestión de recursos en nodos multi-core de memoria compartida

La gestión de recursos en los procesadores multi-core ha ganado importancia con la evolución de las aplicaciones y arquitecturas. Pero esta gestión es muy compleja. Por ejemplo, una misma aplicación paralela ejecutada múltiples veces con los mismos datos de entrada, en un único nodo multi-core, puede tener tiempos de ejecución muy variables. Hay múltiples factores hardware y software que afectan al rendimiento. La forma en que los recursos hardware (cómputo y memoria) se asignan a los procesos o threads, posiblemente de varias aplicaciones que compiten entre sí, es fundamental para determinar este rendimiento. La diferencia entre hacer la asignación de recursos sin conocer la verdadera necesidad de la aplicación, frente a asignación con una meta específica es cada vez mayor. La mejor manera de realizar esta asignación és automáticamente, con una mínima intervención del programador. Es importante destacar, que la forma en que la aplicación se ejecuta en una arquitectura no necesariamente es la más adecuada, y esta situación puede mejorarse a través de la gestión adecuada de los recursos disponibles. Una apropiada gestión de recursos puede ofrecer ventajas tanto al desarrollador de las aplicaciones, como al entorno informático donde ésta se ejecuta, permitiendo un mayor número de aplicaciones en ejecución con la misma cantidad de recursos. Así mismo, esta gestión de recursos no requeriría introducir cambios a la aplicación, o a su estrategia operativa. A fin de proponer políticas para la gestión de los recursos, se analizó el comportamiento de aplicaciones intensivas de cómputo e intensivas de memoria. Este análisis se llevó a cabo a través del estudio de los parámetros de ubicación entre los cores, la necesidad de usar la memoria compartida, el tamaño de la carga de entrada, la distribución de los datos dentro del procesador y la granularidad de trabajo. Nuestro objetivo es identificar cómo estos parámetros influyen en la eficiencia de la ejecución, identificar cuellos de botella y proponer posibles mejoras. Otra propuesta es adaptar las estrategias ya utilizadas por el Scheduler con el fin de obtener mejores resultados.

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.

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.

Proposal of a parallel architecture for a motion detection algorithm

This paper proposes a parallel architecture for estimation of the motion of an underwater robot. It is well known that image processing requires a huge amount of computation, mainly at low-level processing where the algorithms are dealing with a great number of data. In a motion estimation algorithm, correspondences between two images have to be solved at the low level. In the underwater imaging, normalised correlation can be a solution in the presence of non-uniform illumination. Due to its regular processing scheme, parallel implementation of the correspondence problem can be an adequate approach to reduce the computation time. Taking into consideration the complexity of the normalised correlation criteria, a new approach using parallel organisation of every processor from the architecture is proposed

Viri, Remote execution of Python scripts

Viri is a system for automatic distribution and execution of Python code on remote machines. This is especially useful when dealing with a large group of hosts.With Viri, Sysadmins can write their own scripts, and easily distribute and execute them on any number of remote machines. Depending on the number of computers to administrate, Viri can save thousands of hours, that Sysadmins would spend transferring files, logging into remote hosts, and waiting for the scripts to finish. Viri automates the whole process.Viri can also be useful for remotely managing host settings. It should work together with an application where the information about hosts would be maintained. This information can include cron tasks, firewall rules, backup settings,... After a simple Integration of this application with your Viri infrastructure, you can change any settings in the application, and see how it gets applied on the target host automatically.