Parallel implementation of vertex component analysis for hyperspectral endmember extraction

International Conference with Peer Review 2012 IEEE International Conference in Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 22-27 July 2012, Munich, Germany

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.

The effect of long-chain polyunsaturated fatty acids intake during pregnancy on adiposity of healthy full-term offspring at birth

Objective - The adjusted effect of long-chain polyunsaturated fatty acid (LCPUFA) intake during pregnancy on adiposity at birth of healthy full-term appropriate-for-gestational age neonates was evaluated. Study Design - In a cross-sectional convenience sample of 100 mother and infant dyads, LCPUFA intake during pregnancy was assessed by food frequency questionnaire with nutrient intake calculated using Food Processor Plus. Linear regression models for neonatal body composition measurements, assessed by air displacement plethysmography and anthropometry, were adjusted for maternal LCPUFA intakes, energy and macronutrient intakes, prepregnancy body mass index and gestational weight gain. Result - Positive associations between maternal docosahexaenoic acid intake and ponderal index in male offspring (β=0.165; 95% confidence interval (CI): 0.031–0.299; P=0.017), and between n-6:n-3 LCPUFA ratio intake and fat mass (β=0.021; 95% CI: 0.002–0.041; P=0.034) and percentage of fat mass (β=0.636; 95% CI: 0.125–1.147; P=0.016) in female offspring were found. Conclusion - Using a reliable validated method to assess body composition, adjusted positive associations between maternal docosahexaenoic acid intake and birth size in male offspring and between n-6:n-3 LCPUFA ratio intake and adiposity in female offspring were found, suggesting that maternal LCPUFA intake strongly influences fetal body composition.

Organização e tratamento de dados recolhidos nas rotinas das crianças na sala dos quatro anos

Dissertação apresentada à escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Educação Matemática na Educação Pré-Escolar e nos 1º e 2º Ciclos do Ensino Básico

Gestão de manutenção de uma empresa gráfica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Análise e implementação de filtros e controladores num sistema de processamento digital de sinal

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Red light (Processo contra-ordenacional em meio urbano)

Devido ao acréscimo significativo de viaturas e peões nas grandes cidades foi necessário recorrer aos mecanismos existentes para coordenar o tráfego. Nesta perspectiva surge a implementação de semáforos com o objectivo de ordenar o tráfego nas vias rodoviárias. A gestão de tráfego, tem sido sujeita a inovações tanto ao nível dos equipamentos, do software usado, gestão centralizada, monitorização das vias e na sincronização semafórica, sendo possível a criação de programas ajustados às diferentes exigências de tráfego verificadas durante as vinte e quatro horas para pontos distintos da cidade. Conceptualmente foram elaborados estudos, com o objectivo de identificar a relação entre a velocidade o fluxo e o intervalo num determinado intervalo de tempo, bem como a relação entre a velocidade e a sinistralidade. Até 1995 Portugal era um dos países com maior número de sinistros rodoviários Na sequência desta evolução foram instalados radares de controlo de velocidade no final de 2006 com o objectivo de obrigar ao cumprimento dos limites de velocidade impostos pelo código da estrada e reduzir a sinistralidade automóvel na cidade de Lisboa. Passados alguns anos sobre o investimento realizadoanteriormente, constatamos que existe a necessidade de implementar novas tecnologias na detecção das infracções, sejam estas de excesso de velocidade ou violação do semáforo vermelho (VSV), optimizar a informação disponibilizada aos automobilistas e aos peões, coordenar a interacção entre os veículos prioritários e os restantes presentes na via, dinamizar a gestão interna das contra ordenações, agilizar os procedimentos informatizar a recolha deinformação de modo a tornar os processos mais céleres.

Assigning real-time tasks on heterogeneous multiprocessors with two unrelated types of processors

A preliminary version of this paper appeared in Proceedings of the 31st IEEE Real-Time Systems Symposium, 2010, pp. 239–248.

Laxity dynamics and LLF schedulability analysis on multiprocessor platforms

LLF (Least Laxity First) scheduling, which assigns a higher priority to a task with a smaller laxity, has been known as an optimal preemptive scheduling algorithm on a single processor platform. However, little work has been made to illuminate its characteristics upon multiprocessor platforms. In this paper, we identify the dynamics of laxity from the system’s viewpoint and translate the dynamics into LLF multiprocessor schedulability analysis. More specifically, we first characterize laxity properties under LLF scheduling, focusing on laxity dynamics associated with a deadline miss. These laxity dynamics describe a lower bound, which leads to the deadline miss, on the number of tasks of certain laxity values at certain time instants. This lower bound is significant because it represents invariants for highly dynamic system parameters (laxity values). Since the laxity of a task is dependent of the amount of interference of higher-priority tasks, we can then derive a set of conditions to check whether a given task system can go into the laxity dynamics towards a deadline miss. This way, to the author’s best knowledge, we propose the first LLF multiprocessor schedulability test based on its own laxity properties. We also develop an improved schedulability test that exploits slack values. We mathematically prove that the proposed LLF tests dominate the state-of-the-art EDZL tests. We also present simulation results to evaluate schedulability performance of both the original and improved LLF tests in a quantitative manner.

A PTAS for assigning sporadic tasks on two-type heterogeneous multiprocessors

Consider the problem of determining a task-toprocessor assignment for a given collection of implicit-deadline sporadic tasks upon a multiprocessor platform in which there are two distinct kinds of processors. We propose a polynomialtime approximation scheme (PTAS) for this problem. It offers the following guarantee: for a given task set and a given platform, if there exists a feasible task-to-processor assignment, then given an input parameter, ϵ, our PTAS succeeds, in polynomial time, in finding such a feasible task-to-processor assignment on a platform in which each processor is 1+3ϵ times faster. In the simulations, our PTAS outperforms the state-of-the-art PTAS [1] and also for the vast majority of task sets, it requires significantly smaller processor speedup than (its upper bound of) 1+3ϵ for successfully determining a feasible task-to-processor assignment.

Real-time scheduling of parallel tasks in the Linux Kernel

This paper proposes a global multiprocessor scheduling algorithm for the Linux kernel that combines the global EDF scheduler with a priority-aware work-stealing load balancing scheme, enabling parallel real-time tasks to be executed on more than one processor at a given time instant. We state that some priority inversion may actually be acceptable, provided it helps reduce contention, communication, synchronisation and coordination between parallel threads, while still guaranteeing the expected system’s predictability. Experimental results demonstrate the low scheduling overhead of the proposed approach comparatively to an existing real-time deadline-oriented scheduling class for the Linux kernel.

Supporting real-time parallel task models with work-stealing

Dynamic parallel scheduling using work-stealing has gained popularity in academia and industry for its good performance, ease of implementation and theoretical bounds on space and time. Cores treat their own double-ended queues (deques) as a stack, pushing and popping threads from the bottom, but treat the deque of another randomly selected busy core as a queue, stealing threads only from the top, whenever they are idle. However, this standard approach cannot be directly applied to real-time systems, where the importance of parallelising tasks is increasing due to the limitations of multiprocessor scheduling theory regarding parallelism. Using one deque per core is obviously a source of priority inversion since high priority tasks may eventually be enqueued after lower priority tasks, possibly leading to deadline misses as in this case the lower priority tasks are the candidates when a stealing operation occurs. Our proposal is to replace the single non-priority deque of work-stealing with ordered per-processor priority deques of ready threads. The scheduling algorithm starts with a single deque per-core, but unlike traditional work-stealing, the total number of deques in the system may now exceed the number of processors. Instead of stealing randomly, cores steal from the highest priority deque.

Task assignment algorithms for two-type heterogeneous multiprocessors

Consider the problem of assigning real-time tasks on a heterogeneous multiprocessor platform comprising two different types of processors — such a platform is referred to as two-type platform. We present two linearithmic timecomplexity algorithms, SA and SA-P, each providing the follow- ing guarantee. For a given two-type platform and a given task set, if there exists a feasible task-to-processor-type assignment such that tasks can be scheduled to meet deadlines by allowing them to migrate only between processors of the same type, then (i) using SA, it is guaranteed to find such a feasible task-to- processor-type assignment where the same restriction on task migration applies but given a platform in which processors are 1+α/2 times faster and (ii) SA-P succeeds in finding 2 a feasible task-to-processor assignment where tasks are not allowed to migrate between processors but given a platform in which processors are 1+α/times faster, where 0<α≤1. The parameter α is a property of the task set — it is the maximum utilization of any task which is less than or equal to 1.

Makespan computation for GPU threads running on a single streaming multiprocessor

Graphics processors were originally developed for rendering graphics but have recently evolved towards being an architecture for general-purpose computations. They are also expected to become important parts of embedded systems hardware -- not just for graphics. However, this necessitates the development of appropriate timing analysis techniques which would be required because techniques developed for CPU scheduling are not applicable. The reason is that we are not interested in how long it takes for any given GPU thread to complete, but rather how long it takes for all of them to complete. We therefore develop a simple method for finding an upper bound on the makespan of a group of GPU threads executing the same program and competing for the resources of a single streaming multiprocessor (whose architecture is based on NVIDIA Fermi, with some simplifying assunptions). We then build upon this method to formulate the derivation of the exact worst-case makespan (and corresponding schedule) as an optimization problem. Addressing the issue of tractability, we also present a technique for efficiently computing a safe estimate of the worstcase makespan with minimal pessimism, which may be used when finding an exact value would take too long.

Dynamic global scheduling of parallel real-time tasks

High-level parallel languages offer a simple way for application programmers to specify parallelism in a form that easily scales with problem size, leaving the scheduling of the tasks onto processors to be performed at runtime. Therefore, if the underlying system cannot efficiently execute those applications on the available cores, the benefits will be lost. In this paper, we consider how to schedule highly heterogenous parallel applications that require real-time performance guarantees on multicore processors. The paper proposes a novel scheduling approach that combines the global Earliest Deadline First (EDF) scheduler with a priority-aware work-stealing load balancing scheme, which enables parallel realtime tasks to be executed on more than one processor at a given time instant. Experimental results demonstrate the better scalability and lower scheduling overhead of the proposed approach comparatively to an existing real-time deadline-oriented scheduling class for the Linux kernel.