On pattern oriented software architecture for the grid

Precision, sophistication and economic factors in many areas of scientific research that demand very high magnitude of compute power is the order of the day. Thus advance research in the area of high performance computing is getting inevitable. The basic principle of sharing and collaborative work by geographically separated computers is known by several names such as metacomputing, scalable computing, cluster computing, internet computing and this has today metamorphosed into a new term known as grid computing. This paper gives an overview of grid computing and compares various grid architectures. We show the role that patterns can play in architecting complex systems, and provide a very pragmatic reference to a set of well-engineered patterns that the practicing developer can apply to crafting his or her own specific applications. We are not aware of pattern-oriented approach being applied to develop and deploy a grid. There are many grid frameworks that are built or are in the process of being functional. All these grids differ in some functionality or the other, though the basic principle over which the grids are built is the same. Despite this there are no standard requirements listed for building a grid. The grid being a very complex system, it is mandatory to have a standard Software Architecture Specification (SAS). We attempt to develop the same for use by any grid user or developer. Specifically, we analyze the grid using an object oriented approach and presenting the architecture using UML. This paper will propose the usage of patterns at all levels (analysis. design and architectural) of the grid development.

Extracting Three Dimensional Surface Model of Human Kidney from the Visible Human Data Set using Free Software

Three dimensional digital model of a representative human kidney is needed for a surgical simulator that is capable of simulating a laparoscopic surgery involving kidney. Buying a three dimensional computer model of a representative human kidney, or reconstructing a human kidney from an image sequence using commercial software, both involve (sometimes significant amount of) money. In this paper, author has shown that one can obtain a three dimensional surface model of human kidney by making use of images from the Visible Human Data Set and a few free software packages (ImageJ, ITK-SNAP, and MeshLab in particular). Images from the Visible Human Data Set, and the software packages used here, both do not cost anything. Hence, the practice of extracting the geometry of a representative human kidney for free, as illustrated in the present work, could be a free alternative to the use of expensive commercial software or to the purchase of a digital model.

Interplay of software bloat, hardware energy proportionality and system bottlenecks

In large flexible software systems, bloat occurs in many forms, causing excess resource utilization and resource bottlenecks. This results in lost throughput and wasted joules. However, mitigating bloat is not easy; efforts are best applied where savings would be substantial. To aid this we develop an analytical model establishing the relation between bottleneck in resources, bloat, performance and power. Analyses with the model places into perspective results from the first experimental study of the power-performance implications of bloat. In the experiments we find that while bloat reduction can provide as much as 40% energy savings, the degree of impact depends on hardware and software characteristics. We confirm predictions from our model with selected results from our experimental study. Our findings show that a software-only view is inadequate when assessing the effects of bloat. The impact of bloat on physical resource usage and power should be understood for a full systems perspective to properly deploy bloat reduction solutions and reap their power-performance benefits.

Reuse, recycle to de-bloat software

Most Java programmers would agree that Java is a language that promotes a philosophy of “create and go forth”. By design, temporary objects are meant to be created on the heap, possibly used and then abandoned to be collected by the garbage collector. Excessive generation of temporary objects is termed “object churn” and is a form of software bloat that often leads to performance and memory problems. To mitigate this problem, many compiler optimizations aim at identifying objects that may be allocated on the stack. However, most such optimizations miss large opportunities for memory reuse when dealing with objects inside loops or when dealing with container objects. In this paper, we describe a novel algorithm that detects bloat caused by the creation of temporary container and String objects within a loop. Our analysis determines which objects created within a loop can be reused. Then we describe a source-to-source transformation that efficiently reuses such objects. Empirical evaluation indicates that our solution can reduce upto 40% of temporary object allocations in large programs, resulting in a performance improvement that can be as high as a 20% reduction in the run time, specifically when a program has a high churn rate or when the program is memory intensive and needs to run the GC often.

USHA: unified software and hardware architecture for video decoding

Video decoders used in emerging applications need to be flexible to handle a large variety of video formats and deliver scalable performance to handle wide variations in workloads. In this paper we propose a unified software and hardware architecture for video decoding to achieve scalable performance with flexibility. The light weight processor tiles and the reconfigurable hardware tiles in our architecture enable software and hardware implementations to co-exist, while a programmable interconnect enables dynamic interconnection of the tiles. Our process network oriented compilation flow achieves realization agnostic application partitioning and enables seamless migration across uniprocessor, multi-processor, semi hardware and full hardware implementations of a video decoder. An application quality of service aware scheduler monitors and controls the operation of the entire system. We prove the concept through a prototype of the architecture on an off-the-shelf FPGA. The FPGA prototype shows a scaling in performance from QCIF to 1080p resolutions in four discrete steps. We also demonstrate that the reconfiguration time is short enough to allow migration from one configuration to the other without any frame loss.

Evaluating FuncSION: A software for automated synthesis of design solutions for stimulating ideation during mechanical conceptual design

The goal of the work reported in this paper is to use automated, combinatorial synthesis to generate alternative solutions to be used as stimuli by designers for ideation. FuncSION, a computational synthesis tool that can automatically synthesize solution concepts for mechanical devices by combining building blocks from a library, is used for this purpose. The objectives of FuncSION are to help generate a variety of functional requirements for a given problem and a variety of concepts to fulfill these functions. A distinctive feature of FuncSION is its focus on automated generation of spatial configurations, an aspect rarely addressed by other computational synthesis programs. This paper provides an overview of FuncSION in terms of representation of design problems, representation of building blocks, and rules with which building blocks are combined to generate concepts at three levels of abstraction: topological, spatial, and physical. The paper then provides a detailed account of evaluating FuncSION for its effectiveness in providing stimuli for enhanced ideation.

Strength of Offshore Pipelines in Different Operation States and Analyzing Software

在近海管线的铺设、安装、使用过程中有多种作业状态：在位、悬跨、挖沟、提吊、铺管等。各种状态下管线的受力特点不同,加上管线结构、海况和海底土壤等因素又都很复杂,所以近海管线的强度分析难度大、内容多。分别采用解析方法、数值方法（有限元法、打靶法）和二者结合来解决理论上的（如几何非线性、动边界等）、实用性方面的难点。在理论分析的基础上,编制了符合产业部门工程师使用要求的近海管线强度分析软件。介绍了该软件进行力学分析时采用的理论以及软件界面。

Determinación de los agentes patógenos causales de la pata negra en ajonjolí (Sesamum indicum L.)

El presente estudio se realizó de octubre 1997 a julio de 1999 con muestras de ajonjolí recolectadas en las fincas La Planta ubicada en el municipio de León, departamento de León, La Grecia del municipio de Chinandega, departamento de Chinandega y en el municipio de Tipitapa, departamento de Managua. Los propósitos del estudio fueron determinar los agentes patógenos causales de la Pata Negra en el cultivo de ajonjolí (Sesamun indícum L), caracterizar los síntomas, demostrar la patogenicidad y describir los daños de los agentes causales de la enfermedad. En las plantas colectadas se observaron síntomas característicos de la enfermedad conocida como Pata Negra, ya que la base de los tallos y las raíces mostraban. coloraciones negras y rojizas, las hojas presentaban manchas cloroticas y marchitez, algunas plantas presentaban maduración temprana y muerte prematura. Las muestras de material enfermo de ajonjolí fueron procesadas e identificados los patógenos en el laboratorio de micología de la Escuela de Sanidad Vegetal de la Universidad Nacional Agraria (U.N.A.), ubicada en el Km 12 Y. carretera Norte, Managua, Nicaragua. Siguiendo los postulados de Koch se procedió a hacer cultivos en el laboratorio de las diferentes partes afectadas de las plantas traídas del campo y posteriormente se reprodujeron los síntomas en invernadero. En las muestras se identificaron los hongos Fusarium oxysporum ftp, Macrophomina phaseolina(Tassi) G. Goid y la bacteria Xanthomonas sp. VIl Se sembraron 120 plantas en el invernadero de una misma variedad (Maporal), de las cuales 40 plantas se inocularon con Fusarium oxysporum fsp, 40 plantas se inocularon con Macrophomina phaseolina (Tassi) G. Goid y 40 plantas se dejaron como testigos. Los síntomas observados en las plantas inoculadas (0,15,30,45 días después de la siembra) fueron: marchitez de las hojas, crecimiento lento y poco grosor del tallo, bases de los tallos y raíces con presencia de coloración negra y rojiza, presencia de deformaciones en algunos tallos y en algunos casos se observaron micelios de los hongos. Ademas se comprobó que en plantas adultas los síntomas fueron más severos. Para describir los daños que causan los agentes patógenos de la enfermedad en invernadero, a las plantas se les midió algunas variables como : altura, grosor del tallo, producción de granos, y se observó en la base del tallo y en la raíz de cada planta la presencia del patógeno, las plantas inoculadas con Fusarium oxysporum fsp fueron las que presentaron menor rendimiento en las variables que se les midió.

Diagnóstico de los agentes causantes del mal seco en el cultivo del quequisque (Xanthosoma spp) en el municipio de Nueva Guinea, Nicaragua

El objetivo del estudio fue contribuir al esclarecimiento de la etiología de los agentes causales del mal seco. La colecta de muestras de suelo y material vegetal enfermo, fue realizada en 17 fincas, en el municipio de Nueva Guinea. Se realizó un análisis patológico y físico - químico de suelo, así como una encuesta sobre el historial del manejo del cultivo. Para el aislamiento de agentes causales se utilizaron los medios: papa dextrosa agar (PDA), agar nutritivo (AN) y agar harina de maíz más antibióticos Pimaricina, Ampicilina y Rifampicina(PARC). Para la prueba de patogenicidad, se sembraron plantas en suelo infectado y en suelo estéril donde se inoculó con los patógenos: Pythium myriotylum, Fusarium solani, Ralstonia solanacearum y Pythium myriotylum + Fusarium solani + Ralstonia solanacearum; los que fueron previamente aislados de raíces. Las variables evaluadas fueron frecuencia de aparición de patógenos y severidad en raíces. Los datos de crecimiento de los patógenos en los diferentes medios decultivos fueron analizados por el método de Chi cuadrado. La frecuencia de aparición de P. myriotylun, en medio PARC, Fusariums olani PDA, y Ralstonia solanacearum en AN, fueron significativos con P< 0.0001 en los aislados de raíces y suelo. Las plantas sembradas en suelo inoculado con Pythium myriotylun presentaron clorosis generalizada en las partes aéreas mientras en F. solani y R. solanacearum, presentaron coloración verde pálido y flacidez en hojas. En raíces P. myriotylum presentó pudrición y descortezamiento, F. solani pudrición seca y R. solanacearum puntos necróticos acuosos. Se observó un 80 % de severidad en raíces en los tratamientos de P. myriotylun y P. myriotylun + F. solani + R. solanacearum con tasa de incremento de la enfermedad de 0.005 y 0.006 respectivamente. El tratamiento P. myriotylun presentó los síntomas característicos del mal seco: clorosis generalizada, caída del pecíolo en forma de arco, pudrición y descortezamiento en raíces.

Construcción de indicadores de Ciencia, Tecnología e Innovación en Nicaragua

Por primera vez en Nicaragua se están haciendo esfuerzos formales y diáfanos para irrumpir en la sociedad de la información y el conocimiento. En el año 2010, el Consejo Nicaraguenses de Ciencia y Tecnología (CONICYT) en colaboración con agentes claves de los sistemas de investigación e innovación definió el Plan Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación, Nicaragua, 2010-2013, el cual cuenta dentro de sus programas estratégicos el desarrollo de un sistema de indicadores de Ciencia, Tecnología e Innovación que oriente la definición de políticas y la toma de decisiones en materia científica. En la actualidad, el CONICYT en colaboración con el Consejo Nacional de Universidades (CNU) están implementado un estudio encauzado a la definición de un Sistema Nacional de Indicadores que permita disponer de información confiable y actualizada sobre Ciencia, Tecnología e Innovación en Nicaragua, que brinde información sobre inversión y gasto en Ciencia y Tecnología, la oferta científica – tecnológica nacional, el impacto del gasto público en C,T e I, y la forma como éste gasto se traduce en bienes y servicios para la sociedad nicaragüense. El proceso de construcción de dichos indicadores se ha estado realizando a través de la utilización de diversas técnicas y metodologías participativas, las cuales han estado siendo aplicadas por etapas, elaboración del marco conceptual; formulación de indicadores; elaboración de documento y aprobación del documento final. El sistema nacional de indicadores estará completo en la medida que los actores claves del sistema nacional de investigación e innovación se interesen en la creación del mismo, esto conlleva analizar la importancia de la creación del sistemas a la luz de su aplicabilidad práctica y el intercambio de experiencias con otros países de la región que han desarrollado el proceso. Es necesario el compromiso de los integrantes del sistema de investigación e innovación de proporcionar la información y alimentar el sistema, generar un software para administrar el sistema, y capacitar personal que estará a cargo de la recolección sistemática de la información, análisis, elaboración de reportes, comparaciones con otros países, cienciometría, así como percepción pública de la ciencia e impacto social del conocimiento.