A Novel Runtime Monitoring Architecture

Poster presented in 28th GI/ITG International Conference on Architecture of Computing Systems (ARCS 2015). 25 to 28, Mar, 2015, Poster Session. Porto, Portugal.

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

Article in Press, Corrected Proof

Non-preemptive and SRP-based fullypreemptive scheduling of real-time Software Transactional Memory

Recent embedded processor architectures containing multiple heterogeneous cores and non-coherent caches renewed attention to the use of Software Transactional Memory (STM) as a building block for developing parallel applications. STM promises to ease concurrent and parallel software development, but relies on the possibility of abort conflicting transactions to maintain data consistency, which in turns affects the execution time of tasks carrying transactions. Because of this fact the timing behaviour of the task set may not be predictable, thus it is crucial to limit the execution time overheads resulting from aborts. In this paper we formalise a FIFO-based algorithm to order the sequence of commits of concurrent transactions. Then, we propose and evaluate two non-preemptive and one SRP-based fully-preemptive scheduling strategies, in order to avoid transaction starvation.

Architecture to Support Quality of Service in Arrowhead Systems

Presented at INForum - Simpósio de Informática (INFORUM 2015). 7 to 8, Sep, 2015. Covilhã, Portugal.

Real-time Parallel Applications on Many-core Architectures

Presented at INForum - Simpósio de Informática (INFORUM 2015). 7 to 8, Sep, 2015. Portugal.

Run-time Monitoring Architecture for RealTime Systems

Presented at INForum - Simpósio de Informática (INFORUM 2015). 7 to 8, Sep, 2015. Portugal.

Parallel Software framework for time-critical many-core systems

The recent technological advancements and market trends are causing an interesting phenomenon towards the convergence of High-Performance Computing (HPC) and Embedded Computing (EC) domains. On one side, new kinds of HPC applications are being required by markets needing huge amounts of information to be processed within a bounded amount of time. On the other side, EC systems are increasingly concerned with providing higher performance in real-time, challenging the performance capabilities of current architectures. The advent of next-generation many-core embedded platforms has the chance of intercepting this converging need for predictable high-performance, allowing HPC and EC applications to be executed on efficient and powerful heterogeneous architectures integrating general-purpose processors with many-core computing fabrics. To this end, it is of paramount importance to develop new techniques for exploiting the massively parallel computation capabilities of such platforms in a predictable way. P-SOCRATES will tackle this important challenge by merging leading research groups from the HPC and EC communities. The time-criticality and parallelisation challenges common to both areas will be addressed by proposing an integrated framework for executing workload-intensive applications with real-time requirements on top of next-generation commercial-off-the-shelf (COTS) platforms based on many-core accelerated architectures. The project will investigate new HPC techniques that fulfil real-time requirements. The main sources of indeterminism will be identified, proposing efficient mapping and scheduling algorithms, along with the associated timing and schedulability analysis, to guarantee the real-time and performance requirements of the applications.

A framework for scientific computing with GPUs

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Crowdsourcing innovation: a proposal for a brokering architecture focused in the innovation needs of SMEs

Crowdsourcing is evolving into powerful outsourcing options for organizations by providing access to the intellectual capital within a vast knowledge community. Innovation brokering services have emerged to facilitate crowdsourcing projects by connecting up companies with potential solution providers within the wider ‘crowd’. Most existing innovation brokering services are primarily aimed at larger organizations, however, Small and Medium Enterprises (SMEs) offer considerable potential for crowdsourcing activity since they are typically the innovation and employment engines in society; they are typically more nimble and responsive to the business environment than the larger companies. SMEs have very different challenges and needs to larger organizations since they have fewer resources, a more limited knowledge and skill base, and immature management practices. Consequently, innovation brokering for SMEs require considerably more support than for larger organizations. This paper identifies the crowdsourcing innovation brokerage facilities needed by SMEs, and presents an architecture that encourages knowledge sharing, development of community, support in mixing and matching capabilities, and management of stakeholders’ risks. Innovation brokering is emerging as a novel business model that is challenging concepts of the traditional value chain and organizational boundaries.

Parallel run-time for CO-OPN

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Multicore Scheduling of Real-Time Irregular Parallel Algorithms in Linux

Face à estagnação da tecnologia uniprocessador registada na passada década, 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 aplicações acompanhar os ganhos de performance conferidos por cada nova geração de processadores sequenciais, mas `a medida que a capacidade de processamento escala em função do número de processadores, a computação sequencial tem de ser decomposta em várias partes concorrentes que possam executar em paralelo, para que possam utilizar as unidades de processamento adicionais e completar mais rapidamente. A programação paralela implica um paradigma completamente distinto da programação sequencial. Ao contrário dos computadores sequenciais tipificados no modelo de Von Neumann, a heterogeneidade de arquiteturas paralelas requer modelos de programação paralela que abstraiam os programadores dos detalhes da arquitectura e simplifiquem o desenvolvimento de aplicações concorrentes. Os modelos de programação paralela mais populares incitam os programadores a identificar instruções concorrentes na sua lógica de programação, e a especificá-las sob a forma de tarefas que possam ser atribuídas a processadores distintos para executarem em simultâneo. Estas tarefas são tipicamente lançadas durante a execução, e atribuídas aos processadores pelo motor de execução subjacente. Como os requisitos de processamento costumam ser variáveis, e não são conhecidos a priori, o mapeamento de tarefas para processadores tem de ser determinado dinamicamente, em resposta a alterações imprevisíveis dos requisitos de execução. `A medida que o volume da computação cresce, torna-se cada vez menos viável garantir as suas restrições temporais em plataformas uniprocessador. Enquanto os sistemas de tempo real se começam a adaptar ao paradigma de computação paralela, há uma crescente aposta em integrar execuções de tempo real com aplicações interativas no mesmo hardware, num mundo em que a tecnologia se torna cada vez mais pequena, leve, ubíqua, e portável. Esta integração requer soluções de escalonamento que simultaneamente garantam os requisitos temporais das tarefas de tempo real e mantenham um nível aceitável de QoS para as restantes execuções. Para tal, torna-se imperativo que as aplicações de tempo real paralelizem, de forma a minimizar os seus tempos de resposta e maximizar a utilização dos recursos de processamento. Isto introduz uma nova dimensão ao problema do escalonamento, que tem de responder de forma correcta a novos requisitos de execução imprevisíveis e rapidamente conjeturar o mapeamento de tarefas que melhor beneficie os critérios de performance do sistema. A técnica de escalonamento baseado em servidores permite reservar uma fração da capacidade de processamento para a execução de tarefas de tempo real, e assegurar que os efeitos de latência na sua execução não afectam as reservas estipuladas para outras execuções. No caso de tarefas escalonadas pelo tempo de execução máximo, ou tarefas com tempos de execução variáveis, torna-se provável que a largura de banda estipulada não seja consumida por completo. Para melhorar a utilização do sistema, os algoritmos de partilha de largura de banda (capacity-sharing) doam a capacidade não utilizada para a execução de outras tarefas, mantendo as garantias de isolamento entre servidores. Com eficiência comprovada em termos de espaço, tempo, e comunicação, o mecanismo de work-stealing tem vindo a ganhar popularidade como metodologia para o escalonamento de tarefas com paralelismo dinâmico 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 interferências a nível dos atrasos, uma nova política de work-stealing que opera sobre o mecanismo de capacity-sharing aplica uma exploração de paralelismo que melhora os tempos de resposta das aplicações e melhora a utilização do sistema. Esta tese propõe uma implementação do algoritmo p-CSWS para o Linux. Em concordância com a estrutura modular do escalonador do Linux, ´e definida uma nova classe de escalonamento que visa avaliar a aplicabilidade da heurística p-CSWS em circunstâncias reais. Ultrapassados os obstáculos intrínsecos `a programação da kernel do Linux, os extensos testes experimentais provam que o p-CSWS ´e mais do que um conceito teórico atrativo, e que a exploração heurística de paralelismo proposta pelo algoritmo beneficia os tempos de resposta das aplicações de tempo real, bem como a performance e eficiência da plataforma multiprocessador.

An agent based architecture for material handling systems

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Service-oriented architecture for device lifecycle support in industrial automation

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Especialidade: Robótica e Manufactura Integrada

The stone and the cross. Indo-Portuguese Jesuit Architecture in Ethiopia. 1603-33

A fundação de uma missão jesuita no Norte da Etiópia em 1603, na província do Tigré, pelo enérgico Pe. Pero Pais, S. J. teólogo, construtor e historiador vindo de Goa, tomou um forte impulso com a aliança pretendida com os Portugueses pelo imperador Susénios (1619-20) para o apoio militar contra os muçulmanos; e, sobretudo, após a sua conversão oficial à Igreja Católica Romana, em 1626. Uma dúzia de inovadores edifícios foram então construídos pelos Jesuítas na região paradisíaca em torno do Lago Tana: basílicas, igrejas, palácios e jardins, complexos palatinos e eclesiásticos, colégios, etc. A tipologia em cruz latina e ornatos incisos é deliberadamente diferente das igrejas ortodoxas etíopes, circulares e em madeira. A técnica de construção em pedra e cal, ignorada na Etiópia, significou uma revolução. No presente texto procura-se determinar a quem deve ser atribuído este inédito surto construtivo, deixando de lado as teorias tradicionais de pedreiros vindos de Portugal ou de construtores locais. Com base na evidência estilística e em referências de textos da época, atribui-se a inovação a padres e “irmãos” jesuitas com experiência de arquitectos na Índia portuguesa e a construtores de Goa e de Diu, definindo a arte portuguesa na Etiópia como uma província da arquitectura indo-portuguesa na Índia, prosseguida após a expulsão dos Jesuítas (1633) com os “castelos portugueses”, ou paços acastelados da nova capital, Gondar.

Towards an algorithmic skeleton framework for programming the Intel R Xeon PhiTM processor

The Intel R Xeon PhiTM is the first processor based on Intel’s MIC (Many Integrated Cores) architecture. It is a co-processor specially tailored for data-parallel computations, whose basic architectural design is similar to the ones of GPUs (Graphics Processing Units), leveraging the use of many integrated low computational cores to perform parallel computations. The main novelty of the MIC architecture, relatively to GPUs, is its compatibility with the Intel x86 architecture. This enables the use of many of the tools commonly available for the parallel programming of x86-based architectures, which may lead to a smaller learning curve. However, programming the Xeon Phi still entails aspects intrinsic to accelerator-based computing, in general, and to the MIC architecture, in particular. In this thesis we advocate the use of algorithmic skeletons for programming the Xeon Phi. Algorithmic skeletons abstract the complexity inherent to parallel programming, hiding details such as resource management, parallel decomposition, inter-execution flow communication, thus removing these concerns from the programmer’s mind. In this context, the goal of the thesis is to lay the foundations for the development of a simple but powerful and efficient skeleton framework for the programming of the Xeon Phi processor. For this purpose we build upon Marrow, an existing framework for the orchestration of OpenCLTM computations in multi-GPU and CPU environments. We extend Marrow to execute both OpenCL and C++ parallel computations on the Xeon Phi. We evaluate the newly developed framework, several well-known benchmarks, like Saxpy and N-Body, will be used to compare, not only its performance to the existing framework when executing on the co-processor, but also to assess the performance on the Xeon Phi versus a multi-GPU environment.