Real-time Task-Splitting scheduling algorithms framework

Nos dias de hoje, os sistemas de tempo real crescem em importância e complexidade. Mediante a passagem do ambiente uniprocessador para multiprocessador, o trabalho realizado no primeiro não é completamente aplicável no segundo, dado que o nível de complexidade difere, principalmente devido à existência de múltiplos processadores no sistema. Cedo percebeu-se, que a complexidade do problema não cresce linearmente com a adição destes. Na verdade, esta complexidade apresenta-se como uma barreira ao avanço científico nesta área que, para já, se mantém desconhecida, e isto testemunha-se, essencialmente no caso de escalonamento de tarefas. A passagem para este novo ambiente, quer se trate de sistemas de tempo real ou não, promete gerar a oportunidade de realizar trabalho que no primeiro caso nunca seria possível, criando assim, novas garantias de desempenho, menos gastos monetários e menores consumos de energia. Este último fator, apresentou-se desde cedo, como, talvez, a maior barreira de desenvolvimento de novos processadores na área uniprocessador, dado que, à medida que novos eram lançados para o mercado, ao mesmo tempo que ofereciam maior performance, foram levando ao conhecimento de um limite de geração de calor que obrigou ao surgimento da área multiprocessador. No futuro, espera-se que o número de processadores num determinado chip venha a aumentar, e como é óbvio, novas técnicas de exploração das suas inerentes vantagens têm de ser desenvolvidas, e a área relacionada com os algoritmos de escalonamento não é exceção. Ao longo dos anos, diferentes categorias de algoritmos multiprocessador para dar resposta a este problema têm vindo a ser desenvolvidos, destacando-se principalmente estes: globais, particionados e semi-particionados. A perspectiva global, supõe a existência de uma fila global que é acessível por todos os processadores disponíveis. Este fato torna disponível a migração de tarefas, isto é, é possível parar a execução de uma tarefa e resumir a sua execução num processador distinto. Num dado instante, num grupo de tarefas, m, as tarefas de maior prioridade são selecionadas para execução. Este tipo promete limites de utilização altos, a custo elevado de preempções/migrações de tarefas. Em contraste, os algoritmos particionados, colocam as tarefas em partições, e estas, são atribuídas a um dos processadores disponíveis, isto é, para cada processador, é atribuída uma partição. Por essa razão, a migração de tarefas não é possível, acabando por fazer com que o limite de utilização não seja tão alto quando comparado com o caso anterior, mas o número de preempções de tarefas decresce significativamente. O esquema semi-particionado, é uma resposta de caráter hibrido entre os casos anteriores, pois existem tarefas que são particionadas, para serem executadas exclusivamente por um grupo de processadores, e outras que são atribuídas a apenas um processador. Com isto, resulta uma solução que é capaz de distribuir o trabalho a ser realizado de uma forma mais eficiente e balanceada. Infelizmente, para todos estes casos, existe uma discrepância entre a teoria e a prática, pois acaba-se por se assumir conceitos que não são aplicáveis na vida real. Para dar resposta a este problema, é necessário implementar estes algoritmos de escalonamento em sistemas operativos reais e averiguar a sua aplicabilidade, para caso isso não aconteça, as alterações necessárias sejam feitas, quer a nível teórico quer a nível prá

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.

A framework for real time MMO game content generation

Com o aumento de plataformas móveis disponíveis no mercado e com o constante incremento na sua capacidade computacional, a possibilidade de executar aplicações e em especial jogos com elevados requisitos de desempenho aumentou consideravelmente. O mercado dos videojogos tem assim um cada vez maior número de potenciais clientes. Em especial, o mercado de jogos massive multiplayer online (MMO) tem-se tornado muito atractivo para as empresas de desenvolvimento de jogos. Estes jogos suportam uma elevada quantidade de jogadores em simultâneo que podem estar a executar o jogo em diferentes plataformas e distribuídos por um "mundo" de jogo extenso. Para incentivar a exploração desse "mundo", distribuem-se de forma inteligente pontos de interesse que podem ser explorados pelo jogador. Esta abordagem leva a um esforço substancial no planeamento e construção desses mundos, gastando tempo e recursos durante a fase de desenvolvimento. Isto representa um problema para as empresas de desenvolvimento de jogos, e em alguns casos, e impraticável suportar tais custos para equipas indie. Nesta tese e apresentada uma abordagem para a criação de mundos para jogos MMO. Estudam-se vários jogos MMO que são casos de sucesso de modo a identificar propriedades comuns nos seus mundos. O objectivo e criar uma framework flexível capaz de gerar mundos com estruturas que respeitam conjuntos de regras definidas por game designers. Para que seja possível usar a abordagem aqui apresentada em v arias aplicações diferentes, foram desenvolvidos dois módulos principais. O primeiro, chamado rule-based-map-generator, contem a lógica e operações necessárias para a criação de mundos. O segundo, chamado blocker, e um wrapper à volta do módulo rule-based-map-generator que gere as comunicações entre servidor e clientes. De uma forma resumida, o objectivo geral e disponibilizar uma framework para facilitar a geração de mundos para jogos MMO, o que normalmente e um processo bastante demorado e aumenta significativamente o custo de produção, através de uma abordagem semi-automática combinando os benefícios de procedural content generation (PCG) com conteúdo gráfico gerado manualmente.

ARTiVIS Arts, real-time video and interactivity for sustainability

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Media Digitais

Real-time labview assessment on adsorption systems

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

Evaluation of the use of real-time PCR for human T cell lymphotropic virus 1 and 2 as a confirmatory test in screening for blood donors

INTRODUCTION: HTLV-1/2 screening among blood donors commonly utilizes an enzyme-linked immunosorbent assay (EIA), followed by a confirmatory method such as Western blot (WB) if the EIA is positive. However, this algorithm yields a high rate of inconclusive results, and is expensive. METHODS: Two qualitative real-time PCR assays were developed to detect HTLV-1 and 2, and a total of 318 samples were tested (152 blood donors, 108 asymptomatic carriers, 26 HAM/TSP patients and 30 seronegative individuals). RESULTS: The sensitivity and specificity of PCR in comparison with WB results were 99.4% and 98.5%, respectively. PCR tests were more efficient for identifying the virus type, detecting HTLV-2 infection and defining inconclusive cases. CONCLUSIONS: Because real-time PCR is sensitive and practical and costs much less than WB, this technique can be used as a confirmatory test for HTLV in blood banks, as a replacement for WB.

Real-time collaborative editing of OutSystems DSL models

Real-time collaborative editing systems are common nowadays, and their advantages are widely recognized. Examples of such systems include Google Docs, ShareLaTeX, among others. This thesis aims to adopt this paradigm in a software development environment. The OutSystems visual language lends itself very appropriate to this kind of collaboration, since the visual code enables a natural flow of knowledge between developers regarding the developed code. Furthermore, communication and coordination are simplified. This proposal explores the field of collaboration on a very structured and rigid model, where collaboration is made through the copy-modify-merge paradigm, in which a developer gets its own private copy from the shared repository, modifies it in isolation and later uploads his changes to be merged with modifications concurrently produced by other developers. To this end, we designed and implemented an extension to the OutSystems Platform, in order to enable real-time collaborative editing. The solution guarantees consistency among the artefacts distributed across several developers working on the same project. We believe that it is possible to achieve a much more intense collaboration over the same models with a low negative impact on the individual productivity of each developer.

Rapid detection of Van genes in rectal swabs by real time PCR in Southern Brazil

INTRODUCTION: Laboratory-based surveillance is an important component in the control of vancomycin resistant enterococci (VRE). METHODS: The study aimed to evaluate real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) (genes vanA-vanB) for VRE detection on 115 swabs from patients included in a surveillance program. RESULTS: Sensitivity of RT-PCR was similar to primary culture (75% and 79.5%, respectively) when compared to broth enriched culture, whereas specificity was 83.1%. CONCLUSIONS: RT-PCR provides same day results, however it showed low sensitivity for VRE detection.

Methodology for real-time adaptation of tunnels support using the observational method

The observational method in tunnel engineering allows the evaluation in real time of the actual conditions of the ground and to take measures if its behavior deviates considerably from predictions. However, it lacks a consistent and structured methodology to use the monitoring data to adapt the support system in real time. The definition of limit criteria above which adaptation is required are not defined and complex inverse analysis procedures (Rechea et al. 2008, Levasseur et al. 2010, Zentar et al. 2001, Lecampion et al. 2002, Finno and Calvello 2005, Goh 1999, Cui and Pan 2012, Deng et al. 2010, Mathew and Lehane 2013, Sharifzadeh et al. 2012, 2013) may be needed to consistently analyze the problem. In this paper a methodology for the real time adaptation of the support systems during tunneling is presented. In a first step limit criteria for displacements and stresses are proposed. The methodology uses graphics that are constructed during the project stage based on parametric calculations to assist in the process and when these graphics are not available, since it is not possible to predict every possible scenario, inverse analysis calculations are carried out. The methodology is applied to the “Bois de Peu” tunnel which is composed by two tubes with over 500 m long. High uncertainty levels existed concerning the heterogeneity of the soil and consequently in the geomechanical design parameters. The methodology was applied in four sections and the results focus on two of them. It is shown that the methodology has potential to be applied in real cases contributing for a consistent approach of a real time adaptation of the support system and highlight the importance of the existence of good quality and specific monitoring data to improve the inverse analysis procedure.

Real-time monitoring of progression towards renal failure in primary care patients

First published online: December 16, 2014.

Real-Time models to predict the use of vasopressors in monitored patients

The needs of reducing human error has been growing in every field of study, and medicine is one of those. Through the implementation of technologies is possible to help in the decision making process of clinics, therefore to reduce the difficulties that are typically faced. This study focuses on easing some of those difficulties by presenting real-time data mining models capable of predicting if a monitored patient, typically admitted in intensive care, will need to take vasopressors. Data Mining models were induced using clinical variables such as vital signs, laboratory analysis, among others. The best model presented a sensitivity of 94.94%. With this model it is possible reducing the misuse of vasopressors acting as prevention. At same time it is offered a better care to patients by anticipating their treatment with vasopressors.

Real-Time decision support using data mining to predict blood pressure critical events in intensive medicine patients

Patient blood pressure is an important vital signal to the physicians take a decision and to better understand the patient condition. In Intensive Care Units is possible monitoring the blood pressure due the fact of the patient being in continuous monitoring through bedside monitors and the use of sensors. The intensivist only have access to vital signs values when they look to the monitor or consult the values hourly collected. Most important is the sequence of the values collected, i.e., a set of highest or lowest values can signify a critical event and bring future complications to a patient as is Hypotension or Hypertension. This complications can leverage a set of dangerous diseases and side-effects. The main goal of this work is to predict the probability of a patient has a blood pressure critical event in the next hours by combining a set of patient data collected in real-time and using Data Mining classification techniques. As output the models indicate the probability (%) of a patient has a Blood Pressure Critical Event in the next hour. The achieved results showed to be very promising, presenting sensitivity around of 95%.

A Real-Time intelligent system for tracking patient condition

Hospitals have multiple data sources, such as embedded systems, monitors and sensors. The number of data available is increasing and the information are used not only to care the patient but also to assist the decision processes. The introduction of intelligent environments in health care institutions has been adopted due their ability to provide useful information for health professionals, either in helping to identify prognosis or also to understand patient condition. Behind of this concept arises this Intelligent System to track patient condition (e.g. critic events) in health care. This system has the great advantage of being adaptable to the environment and user needs. The system is focused in identifying critic events from data streaming (e.g. vital signs and ventilation) which is particularly valuable for understanding the patient’s condition. This work aims to demonstrate the process of creating an intelligent system capable of operating in a real environment using streaming data provided by ventilators and vital signs monitors. Its development is important to the physician because becomes possible crossing multiple variables in real-time by analyzing if a value is critic or not and if their variation has or not clinical importance.

Evaluation of the determinism of the actuator sensor interface (ASI) on programmable logic controllers (PLC), personal computers (PC) and real-time operating systems (RTOS)

The purpose of this study was to evaluate the determinism of the AS-lnterface network and the 3 main families of control systems, which may use it, namely PLC, PC and RTOS. During the course of this study the PROFIBUS and Ethernet field level networks were also considered in order to ensure that they would not introduce unacceptable latencies into the overall control system. This research demonstrated that an incorrectly configured Ethernet network introduces unacceptable variable duration latencies into the control system, thus care must be exercised if the determinism of a control system is not to be compromised. This study introduces a new concept of using statistics and process capability metrics in the form of CPk values, to specify how suitable a control system is for a given control task. The PLC systems, which were tested, demonstrated extremely deterministic responses, but when a large number of iterations were introduced in the user program, the mean control system latency was much too great for an AS-I network. Thus the PLC was found to be unsuitable for an AS-I network if a large, complex user program Is required. The PC systems, which were tested were non-deterministic and had latencies of variable duration. These latencies became extremely exaggerated when a graphing ActiveX was included in the control application. These PC systems also exhibited a non-normal frequency distribution of control system latencies, and as such are unsuitable for implementation with an AS-I network. The RTOS system, which was tested, overcame the problems identified with the PLC systems and produced an extremely deterministic response, even when a large number of iterations were introduced in the user program. The RTOS system, which was tested, is capable of providing a suitable deterministic control system response, even when an extremely large, complex user program is required.

monitoring-based approach to object-oriented real-time computing

Monitoring, object-orientation, real-time, execution-time, scheduling