Evaluation of performance analysis software for Linux computing cluster

Tietokonejärjestelmän osien ja ohjelmistojen suorituskykymittauksista saadaan tietoa,jota voidaan käyttää suorituskyvyn parantamiseen ja laitteistohankintojen päätöksen tukena. Tässä työssä tutustutaan suorituskyvyn mittaamiseen ja mittausohjelmiin eli ns. benchmark-ohjelmistoihin. Työssä etsittiin ja arvioitiin eri tyyppisiä vapaasti saatavilla olevia benchmark-ohjelmia, jotka soveltuvat Linux-laskentaklusterin suorituskyvynanalysointiin. Benchmarkit ryhmiteltiin ja arvioitiin testaamalla niiden ominaisuuksia Linux-klusterissa. Työssä käsitellään myös mittausten tekemisen ja rinnakkaislaskennan haasteita. Benchmarkkeja löytyi moneen tarkoitukseen ja ne osoittautuivat laadultaan ja laajuudeltaan vaihteleviksi. Niitä on myös koottu ohjelmistopaketeiksi, jotta laitteiston suorituskyvystä saisi laajemman kuvan kuin mitä yhdellä ohjelmalla on mahdollista saada. Olennaista on ymmärtää nopeus, jolla dataa saadaan siirretyä prosessorille keskusmuistista, levyjärjestelmistä ja toisista laskentasolmuista. Tyypillinen benchmark-ohjelma sisältää paljon laskentaa tarvitsevan matemaattisen algoritmin, jota käytetään tieteellisissä ohjelmistoissa. Benchmarkista riippuen tulosten ymmärtäminen ja hyödyntäminen voi olla haasteellista.

GTK+ toolkit on mobile Linux devices

Linux -käyttöjärjestelmä on laajasti käytössä palvelin- ja työpöytätietokoneissa. Linux on lisäämässä suosiotaan kuitenkin myös sulautetuissa laitteissa, kuten PDA:issa, kännyköissä sekä erilaisissateollisuusjärjestelmissä. Näytön koko, suorituskyky ja käytettävyys asettavat omia erityisiä tarpeitaan laitteiden graafiselle käyttöliittymälle. Linux -käyttöjärjestelmälle on olemassa useita käyttöliittymäkirjastoja, joista GTK+ on yksi yleisimmin käytetyistä. Tämä diplomityö esittelee sulautetun Linux -käyttöjärjestelmän ja GTK+ käyttöliittymäkirjaston, selvittäen miten hyvin ne soveltuvat mobiileihin päätelaitteisiin. Yksi suurimmista esteistä työpöytäkäyttöön suunnattujen teknologioiden, kuten GTK+, muokkaamisessa mobiileihin päätelaitteisiin on suorituskyky. Osana tätä työtä kehitettiin GtkPerf -niminen työkalu, jolla GTK+:n suorituskykyä eri alustoilla pystytään helposti mittaamaan ja havaitsemaan mahdollisia pullonkauloja. Tämän työn johtopäätöksenä on, että pienillä muokkailuilla ja optimoinneilla GTK+ soveltuu myös mobiileihin päätelaitteisiin. Ensimmäinen kaupallisesti saatavilla oleva GTK+ -pohjainen päätelaite, Nokia 770 Internet Tablet, on tästä osoituksena.

Käyttöliittymä verkonhallintaan sulautetussa Linux-käyttöjärjestelmässä

During the project we get familiar with Linksys WRT54GL wireless router and its network managing methods. Operating system is OpenWRT which is Linux-based distribution for embedded devices. OpenWRT uses two kind of approach for its network administration. The first one is web-based user interface and the second one is command line based. Both methods are working but do not solve all problems that competent network administrator can need for secured network managing. The goal of the project was design an NCurses-based user interface for network administration that can be run from command line. The user interface can be use for example from terminal via SSH which is yet faster and also light to use. The idea is to combine the user friendly of WWW-interface and the advanced options that command line based network managing can offer. Linux-based open source OpenWRT offers good development tools. There exist also a compact development community if there is need for further development of software in future. So far user interface for command line based network administrator is not available.

Multilayer switch hardware support for Linux

VDSL on teknologia, joka mahdollistaa nopeat Internet-yhteydet tavallista puhelinlinjaa käyttäen. Tätä varten käyttäjä tarvitsee VDSL-modeemin ja Internet-operaattori reitittimen, johon VDSL-linjat kytketään. Reitittimen on oltava suorituskykyinen, jotta kaikki VDSL-liikenne voidaan reittittää eteenpäin. Tehokkuutta haetaan tekemällä suuri osa reitityksestä erityisillä reititinpiireillä. Tässä diplomityössä käsitellään reititinpiirien teoriaa ja niiden hallintaa. Lisäksi vertailtiin kolmen suuren valmistajan tuotteita. Tuotteiden tarjoamat ominaisuudet vaikuttivat hyvin yhteneväisiltä. Ominaisuuksien hallinta ja toteutus olivat erilaisia. Työn tavoitteena oli löytää ohjelmistoarkkitehtuuri piirien ohjaamiseen niin, että Linux-käyttöjärjestelmän ytimen palveluja voitaisiin käyttää mahdollisimman hyödyllisesti. Työssä havaittiin, että ohjelmistoarkkitehtuurin voi määritellä monella eri tavalla riippuen siitä, miten piiri on kytketty prosessoriin, mitä piirin ominaisuuksia halutaan käyttää ja miten arkkitehtuuria halutaan jatkossa laajentaa.

Mekatronisten koneiden reaaliaikainen simulointi Linux-ympäristössä

Työn tavoitteena oli selvittää mahdollisuuksia käyttää Linux-ympäristöä mekatronisten koneiden reaaliaikaisessa simuloinnissa. Työssä tutkittiin C-kielellä tehdyn reaaliaikaisen simulointimallin ratkaisua Linux-käyttöjärjestelmässä RTLinux-reaaliaikalaajennuksen avulla. Reaaliaikainen simulointi onnistui RTLinuxin avulla tehokkaasti ja mallinnusmenetelmien rajoissa tarkasti. I/O-toimintojen lisäämistä erillisten I/O-korttien avulla ei tarkasteltu tässä työssä. Reaaliaikaista Linuxia ei ole aikaisemmin käytetty mekatronisten koneiden simulointiin. Tämän vuoksi valmiita työkaluja ei ole olemassa. Linux-ympäristö ei näin ollen sovellu kovin hyvin yleiseen koneensuunnitteluun mallintamisen työläyden vuoksi.

Real-time Linux in electric drive systems

Reaaliaikaisten käyttöjärjestelmien käyttö sulautetuissa järjestelmissä on kasvamassa koko ajan. Sulautettuja tietokoneita käytetään yhä useammassa kohteessa kuten sähkökäyttöjen ohjauksessa. Sähkökäyttöjen ohjaus hoidetaan nykyisin yleensä nopealla digitaalisella signaaliprosessorilla (DSP), jolloin ohjelmointi ja päivittäminen on hidasta ja vaikeaa johtuen käytettävästä matalan tason Assembler-kielestä. Ratkaisuna yleiskäyttöisten prosessorien ja reaaliaikakäyttöjärjestelmien käyttö. Kaupalliset reaaliaikakäyttöjärjestelmät ovat kalliita ja lähdekoodin saaminen omaan käyttöön jopa mahdotonta. Linux on ei-kaupallinen avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmä, joten sen käyttö on ilmaista ja sitä voi muokata vapaasti. Linux:iin on saatavana useita laajennuksia, jotka tekevät siitä reaaliaikaisen käyttöjärjestelmän. Vaihtoehtoina joko kova (hard) tai pehmeä (soft) reaaliaikaisuus. Linux:iin on olemassa valmiita kehitysympäristöjä mutta ne kaipaavat parannusta ennen kuin niitä voidaan käyttää suuressa mittakaavassa teollisuudessa. Reaaliaika Linux ei sovellus nopeisiin ohjauslooppeihin (<100 ms) koska nopeus ei riitä vielä mutta nopeus kasvaa samalla kun prosessorit kehittyvät. Linux soveltuu hyvin rajapinnaksi nopean ohjauksen ja käyttäjän välille ja hitaampaan ohjaukseen.

Introducing Continuous Integration for C and C++ Software Development Projects on Linux Platform

Software integration is a stage in a software development process to assemble separate components to produce a single product. It is important to manage the risks involved and being able to integrate smoothly, because software cannot be released without integrating it first. Furthermore, it has been shown that the integration and testing phase can make up 40 % of the overall project costs. These issues can be mitigated by using a software engineering practice called continuous integration. This thesis work presents how continuous integration is introduced to the author's employer organisation. This includes studying how the continuous integration process works and creating the technical basis to start using the process on future projects. The implemented system supports software written in C and C++ programming languages on Linux platform, but the general concepts can be applied to any programming language and platform by selecting the appropriate tools. The results demonstrate in detail what issues need to be solved when the process is acquired in a corporate environment. Additionally, they provide an implementation and process description suitable to the organisation. The results show that continuous integration can reduce the risks involved in a software process and increase the quality of the product as well.

Functional characterization of proteins required for mitotic progression and the spindle assembly checkpoint

During mitotic cell division, the genetic material packed into chromosomes is divided equally between two daughter cells. Before the separation of the two copies of a chromosome (sister chromatids), each chromosome has to be properly connected with microtubules of the mitotic spindle apparatus and aligned to the centre of the cell. The spindle assembly checkpoint (SAC) monitors connections between microtubules and chromosomes as well as tension applied across the centromere. Microtubules connect to a chromosome via kinetochores, which are proteinaceous organelles assembled onto the centromeric region of the sister chromatids. Improper kinetochore-microtubule attachments activate the SAC and block chromosome segregation until errors are corrected and all chromosomes are connected to the mitotic spindle in a bipolar manner. The purpose of this surveillance mechanism is to prevent loss or gain of chromosomes in daughter cells that according to current understanding contributes to cancer formation. Numerous proteins participate in the regulation of mitotic progression. In this thesis, the mitotic tasks of three kinetochore proteins, Shugoshin 1 (Sgo1), INCENP, and p38 MAP kinase (p38 MAPK), were investigated. Sgo1 is a protector of centromeric cohesion. It is also described in the tension-sensing mechanism of the SAC and in the regulation of kinetochore-microtubule connections. Our results revealed a central role for Sgo1 in a novel branch of kinetochore assembly. INCENP constitutes part of the chromosomal passenger complex (CPC). The other members of the core complex are the Aurora B kinase, Survivin and Borealin. CPC is an important regulatory element of cell division having several roles at various stages of mitosis. Our results indicated that INCENP and Aurora B are highly dynamic proteins at the mitotic centromeres and suggested a new role for CPC in regulation of chromosome movements and spindle structure during late mitosis. The p38 MAPK has been implicated in G1 and G2 checkpoints during the cell cycle. However, its role in mitotic progression and control of SAC signaling has been controversial. In this thesis, we discovered a novel function for p38γ MAPK in chromosome orientation and spindle structure as well as in promotion of viability of mitotic cells.

The spindle assembly checkpoint as a drug target - Novel small-molecule inhibitors of Aurora kinases

Cell division (mitosis) is a fundamental process in the life cycle of a cell. Equal distribution of chromosomes between the daughter cells is essential for the viability and well-being of an organism: loss of fidelity of cell division is a contributing factor in human cancer and also gives rise to miscarriages and genetic birth defects. For maintaining the proper chromosome number, a cell must carefully monitor cell division in order to detect and correct mistakes before they are translated into chromosomal imbalance. For this purpose an evolutionarily conserved mechanism termed the spindle assembly checkpoint (SAC) has evolved. The SAC comprises a complex network of proteins that relay and amplify mitosis-regulating signals created by assemblages called kinetochores (KTs). Importantly, minor defects in SAC signaling can cause loss or gain of individual chromosomes (aneuploidy) which promotes tumorigenesis while complete failure of SAC results in cell death. The latter event has raised interest in discovery of low molecular weight (LMW) compounds targeting the SAC that could be developed into new anti-cancer therapeutics. In this study, we performed a cell-based, phenotypic high-throughput screen (HTS) to identify novel LMW compounds that inhibit SAC function and result in loss of cancer cell viability. Altogether, we screened 65 000 compounds and identified eight that forced the cells prematurely out of mitosis. The flavonoids fisetin and eupatorin, as well as the synthetic compounds termed SACi2 and SACi4, were characterized in more detail utilizing versatile cell-based and biochemical assays. To identify the molecular targets of these SAC-suppressing compounds, we investigated the conditions in which SAC activity became abrogated. Eupatorin, SACi2 and SACi4 preferentially abolished the tensionsensitive arm of the SAC, whereas fisetin lowered also the SAC activity evoked by lack of attachments between microtubules (MTs) and KTs. Consistent with the abrogation of SAC in response to low tension, our data indicate that all four compounds inhibited the activity of Aurora B kinase. This essential mitotic protein is required for correction of erratic MT-KT attachments, normal SAC signaling and execution of cytokinesis. Furthermore, eupatorin, SACi2 and SACi4 also inhibited Aurora A kinase that controls the centrosome maturation and separation and formation of the mitotic spindle apparatus. In line with the established profound mitotic roles of Aurora kinases, these small compounds perturbed SAC function, caused spindle abnormalities, such as multi- and monopolarity and fragmentation of centrosomes, and resulted in polyploidy due to defects in cytokinesis. Moreover, the compounds dramatically reduced viability of cancer cells. Taken together, using a cell-based HTS we were able to identify new LMW compounds targeting the SAC. We demonstrated for the first time a novel function for flavonoids as cellular inhibitors of Aurora kinases. Collectively, our data support the concept that loss of mitotic fidelity due to a non-functional SAC can reduce the viability of cancer cells, a phenomenon that may possess therapeutic value and fuel development of new anti-cancer drugs.

Enhancing Security of Linux OS against Administrators

Inside cyber security threats by system administrators are some of the main concerns of organizations about the security of systems. Since operating systems are controlled and managed by fully trusted administrators, they can negligently or intentionally break the information security and privacy of users and threaten the system integrity. In this thesis, we propose some solutions for enhancing the security of Linux OS by restricting administrators’ access to superuser’s privileges while they can still manage the system. We designed and implemented an interface for administrators in Linux OS called Linux Admins’ User Interface (LAUI) for managing the system in secure ways. LAUI along with other security programs in Linux like sudo protect confidentiality and integrity of users’ data and provide a more secure system against administrators’ mismanagement. In our model, we limit administrators to perform managing tasks in secure manners and also make administrators accountable for their acts. In this thesis we present some scenarios for compromising users’ data and breaking system integrity by system administrators in Linux OS. Then we evaluate how our solutions and methods can secure the system against these administrators’ mismanagement.

Control of a line robot system with Embedded Linux

Many, if not all, aspects of our everyday lives are related to computers and control. Microprocessors and wireless communications are involved in our lives. Embedded systems are an attracting field because they combine three key factors, small size, low power consumption and high computing capabilities. The aim of this thesis is to study how Linux communicates with the hardware, to answer the question if it is possible to use an operating system like Debian for embedded systems and finally, to build a Mechatronic real time application. In the thesis a presentation of Linux and the Xenomai real time patch is given, the bootloader and communication with the hardware is analyzed. BeagleBone the evaluation board is presented along with the application project consisted of a robot cart with a driver circuit, a line sensor reading a black line and two Xbee antennas. It makes use of Xenomai threads, the real time kernel. According to the obtained results, Linux is able to operate as a real time operating system. The issue of future research is the area of embedded Linux is also discussed.