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.

SYPEC: desenvolvimento de classificadores para identificação automática da postura de sentado

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biomédica

Heterogeneous computing with an algorithmic skeleton framework

The Graphics Processing Unit (GPU) is present in almost every modern day personal computer. Despite its specific purpose design, they have been increasingly used for general computations with very good results. Hence, there is a growing effort from the community to seamlessly integrate this kind of devices in everyday computing. However, to fully exploit the potential of a system comprising GPUs and CPUs, these devices should be presented to the programmer as a single platform. The efficient combination of the power of CPU and GPU devices is highly dependent on each device’s characteristics, resulting in platform specific applications that cannot be ported to different systems. Also, the most efficient work balance among devices is highly dependable on the computations to be performed and respective data sizes. In this work, we propose a solution for heterogeneous environments based on the abstraction level provided by algorithmic skeletons. Our goal is to take full advantage of the power of all CPU and GPU devices present in a system, without the need for different kernel implementations nor explicit work-distribution.To that end, we extended Marrow, an algorithmic skeleton framework for multi-GPUs, to support CPU computations and efficiently balance the work-load between devices. Our approach is based on an offline training execution that identifies the ideal work balance and platform configurations for a given application and input data size. The evaluation of this work shows that the combination of CPU and GPU devices can significantly boost the performance of our benchmarks in the tested environments, when compared to GPU-only executions.

Fatores socioambientais associados à distribuição espacial de malária no assentamento Vale do Amanhecer, Município de Juruena, Estado de Mato Grosso, 2005

Malaria é uma doença de distribuição focal. No Brasil, áreas de assentamento e garimpos de ouro na Amazônia Legal apresentam grande concentração de casos. Este artigo analisa a distribuição espacial de casos de malária, considerando fatores ambientais e sociais, no assentamento Vale do Amanhecer, Município de Juruena, Mato Grosso, Brasil. Em 2005, notificou-se 359 casos autóctones no assentamento e pelo método de Kernel identificaram-se áreas de maior e menor intensidade de número de casos. As áreas de maior intensidade apresentaram 290 casos e na de menor intensidade 64 casos. A intensidade da distribuição variou no assentamento, indicando áreas de grande intensidade de casos favoráveis para transmissão como área de garimpos. Assim, apesar de assentamentos serem considerados como foco de malária, existem no seu interior, especificidades que, uma vez identificadas, podem contribuir para o controle da doença.

Distribuição espacial dos casos de leishmaniose tegumentar americana no município de Campinas, Estado de São Paulo, no período de 1992 a 2003

Trata-se de estudo retrospectivo com componente ecológico que descreve o padrão epidemiológico e a distribuição geográfica da leishmaniose tegumentar americana no município de Campinas, SP de 1992 a 2003. Os locais prováveis de infecção foram georeferenciados por meio de Sistema de Posicionamento Global e espacializados pelo programa Spring 4.01 do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Foi aplicado o estimador de intensidade kernel para se obter as regiões com maior freqüência de casos. Identificou-se a ocorrência de 3 surtos (região Leste e Sudoeste) nos anos de 1993/1995 e 2002/2003. Foram estudadas variáveis sócio-demográficas, proximidade do domicílio à mata, tempo de moradia e forma clínica da doença. Embora as características ecológicas e sócio-ambientais das áreas de estudo sejam diferentes, os surtos apresentaram perfil semelhante. A distribuição por sexo, idade e ocupação sugere possível transmissão peridomiciliar. A proximidade dos locais prováveis de infecção das matas foi comum a todas as áreas.

Análise da distribuição espaço-temporal de dengue e da infestação larvária no município de Tupã, Estado de São Paulo

INTRODUÇÃO: O vírus da dengue é transmitido pela picada do mosquito Aedes aegypti e, o atual programa de controle não atinge o objetivo de impedir sua transmissão. Este trabalho objetivou analisar a relação entre a distribuição espaço-temporal de casos de dengue e os indicadores larvários no município de Tupã, de janeiro de 2004 a dezembro de 2007. MÉTODOS: Foram construídos indicadores larvários por quarteirão e totalidade do município. Utilizou-se o método cross-lagged correlation para avaliar a correlação entre casos de dengue e indicadores larvários. Foi utilizado estimador kernel para análise espacial. RESULTADOS: A correlação cruzada defasada entre casos de dengue e indicadores larvários foi significativa. Os mapas do estimador Kernel da positividade de recipientes indicam uma distribuição heterogênea, ao longo do período estudado. Nos dois anos de transmissão, a epidemia ocorreu em diferentes regiões. CONCLUSÕES: Não ficou evidenciada relação espacial entre infestação larvária e ocorrência de dengue. A incorporação de técnicas de geoprocessamento e análise espacial no programa, desde que utilizados imediatamente após a realização das atividades, podem contribuir com as ações de controle, indicando os aglomerados espaciais de maior incidência.

Espacialização da leptospirose em Aracaju, Estado de Sergipe, no período de 2001 a 2007

INTRODUÇÃO: A leptospirose, enfermidade causada por uma espiroqueta patogênica do gênero Leptospira, é uma das zoonoses mais difundidas no mundo, considerada um importante problema de saúde pública. Este trabalho tem como objetivo descrever o padrão espacial da leptospirose na Cidade de Aracaju, no período de 2001 a 2007, buscando identificar as áreas de risco para ocorrência da leptospirose. MÉTODOS: Utilizou-se a razão de Kernel, que consiste na criação de uma razão entre duas superfícies, para visualizar a superfície de risco da doença, onde no numerador coloca-se os casos, georreferenciados para setor censitário, e no denominador o kernel da população dessas áreas. Através deste método, foi possível delimitar áreas de maior densidade de casos, e compará-las visualmente com fator socioeconômico, como renda média. RESULTADOS: Comparando os períodos de chuva com os períodos de seca, verificou-se que não ocorre a presença de padrão espacial semelhante nos dois períodos, não coincidindo com as áreas consideradas de maior risco para ocorrência da doença. Através dos parâmetros estabelecidos, neste estudo, foi permitido verificar a importância da aplicação de técnicas de análise espacial na área de saúde pública. CONCLUSÕES: O kernel se mostrou uma ferramenta útil na obtenção de uma análise global da situação epidemiológica da leptospirose em Aracaju, o que viabiliza sua utilização pelas secretarias de saúde municipal e estadual.

Spatial distribution of schistosomiasis and geohelminthiasis cases in the rural areas of Pernambuco, Brazil

INTRODUCTION: The prevalence and intensity of geohelminth infections and schistosomiasis remain high in the rural areas of Zona da Mata, Pernambuco (ZMP), Brazil, where these parasites still represent a significant public health problem. The present study aimed to spatially assess the occurrences of schistosomiasis and geohelminthiasis in the ZMP. METHODS: The ZMP has a population of 1,132,544 inhabitants, formed by 43 municipalities. An ecological study was conducted, using secondary data relating to positive human cases and parasite loads of schistosomiasis and positive human cases of geohelminthiasis that were worked up in Excel 2007. We used the coordinates of the municipal headquarters to represent the cities which served as the unit of analysis of this study. The Kernel estimator was used to spatially analyze the data and identify distribution patterns and case densities, with analysis done in ArcGIS software. RESULTS: Spatial analysis from the Kernel intensity estimator made it possible to construct density maps showing that the northern ZMP was the region with the greatest number of children infected with parasites and the populations most intensely infected by Schistosoma mansoni. In relation to geohelminths, there was higher spatial distribution of cases of Ascaris lumbricoides and Trichuris trichiura in the southern ZMP, and greater occurrence of hookworms in the northern/central ZMP. CONCLUSIONS: Despite several surveys and studies showing occurrences of schistosomiasis and geohelminthiasis in the ZMP, no preventive measures that are known to have been effective in decreasing these health hazards have yet been implemented in the endemic area.

Spatial distribution of trachoma cases in the City of Bauru, State of São Paulo, Brazil, detected in 2006: defining key areas for improvement of health resources

IntroductionThe objective of this study was to analyze the spatial behavior of the occurrence of trachoma cases detected in the City of Bauru, State of São Paulo, Brazil, in 2006 in order to use the information collected to set priority areas for optimization of health resources.Methodsthe trachoma cases identified in 2006 were georeferenced. The data evaluated were: schools where the trachoma cases studied, data from the 2000 Census, census tract, type of housing, water supply conditions, distribution of income and levels of education of household heads. In the Google Earth® software and TerraView® were made descriptive spatial analysis and estimates of the Kernel. Each area was studied by interpolation of the density surfaces exposing events to facilitate to recognize the clusters.ResultsOf the 66 cases detected, only one (1.5%) was not a resident of the city's outskirts. A positive association was detected of trachoma cases and the percentage of heads of household with income below three minimum wages and schooling under eight years of education.ConclusionsThe recognition of the spatial distribution of trachoma cases coincided with the areas of greatest social inequality in Bauru City. The micro-areas identified are those that should be prioritized in the rationalization of health resources. There is the possibility of using the trachoma cases detected as an indicator of performance of micro priority health programs.

Spatial distribution of disseminated histoplasmosis and AIDS co-infection in an endemic area of Northeastern Brazil

Abstract: INTRODUCTION: The spatial distribution of disseminated histoplasmosis (DH) and acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) co-infection in adult residents of Fortaleza, Ceará, Brazil was evaluated. METHODS: Socio-demographic data for the DH/AIDS cases were obtained from a reference hospital, and socio-environmental indicators were obtained from an official Brazilian institute. Kernel analysis and local indicators of spatial autocorrelation (LISA) cluster maps were used to estimate the case density within the city. RESULTS: DH/AIDS cases were concentrated in the Northwestern and Southwestern peripheral areas of the city, related with low human development indices, but different from AIDS cases distribution. CONCLUSION: Risk factors other than AIDS infection must affect histoplasmosis development in this area.

Comparison of different numerical methods for the solution of the time-fractional reaction-diffusion equation with variable diffusion coefficient

In this work we perform a comparison of two different numerical schemes for the solution of the time-fractional diffusion equation with variable diffusion coefficient and a nonlinear source term. The two methods are the implicit numerical scheme presented in [M.L. Morgado, M. Rebelo, Numerical approximation of distributed order reaction- diffusion equations, Journal of Computational and Applied Mathematics 275 (2015) 216-227] that is adapted to our type of equation, and a colocation method where Chebyshev polynomials are used to reduce the fractional differential equation to a system of ordinary differential equations

An evaluation of fibrous structure and physical characteristics of Cutia nut (Couepia edulis Prance) shell

The Cutia-nut (Couepia edulis Prance), a species originally from the Amazon region, has a kernel with reasonable nutritional value and a hard and thick woody shell that constitute most of the fruit. After the kernel removal, the shells are regarded as waste. The possibility of using such shells, as raw material for burning or charcoal production, as well as milled residue for structural reinforcement materials is quite feasible, considering environmental and economical aspects. There is, however, a complete lack of characterization of the Cutia-nut shell and other similar species which can aggregate desirable qualities for application as engineering material. In this study some analyses are presented aiming at providing information for potential uses of these residues. In general, the shells follow a regular shape with certain dimensional proportionality to the kernel. The shell is a fibrous material with high lignin content, present low water absorption and high resistance to natural degradation.

Avaliação quantitativa da geodiversidade: desenvolvimento de instrumentos metodológicos com aplicação ao ordenamento do território

Tese de Doutoramento em Ciências (Especialidade de Geologia)

Aplicação da metodologia ROC na avaliação de desempenho de índices de gravidade clínica em unidades de neonatologia de Portugal

Tese de Doutoramento em Engenharia Industrial e de Sistemas

Assessing the suitability of the minimum capture size and protection regimes in the gooseneck barnacle shellfishery

The suitability of a total-length-based, minimum capture-size and different protection regimes was investigated for the gooseneck barnacle Pollicipes pollicipes shellfishery in N Spain. For this analysis, individuals that were collected from 10 sites under different fishery protection regimes (permanently open, seasonally closed, and permanently closed) were used. First, we applied a non-parametric regression model to explore the relationship between the capitulum Rostro-Tergum (RT) size and the Total Length (TL). Important heteroskedastic disturbances were detected for this relationship, demon- strating a high variability of TL with respect to RT. This result substantiates the unsuitability of a TL-based minimum size by means of a mathematical model. Due to these disturbances, an alternative growth- based minimum capture size of 26.3 mm RT (23 mm RC) was estimated using the first derivative of a Kernel-based non-parametric regression model for the relationship between RT and dry weight. For this purpose, data from the permanently protected area were used to avoid bias due to the fishery. Second, the size-frequency distribution similarity was computed using a MDS analysis for the studied sites to evaluate the effectiveness of the protection regimes. The results of this analysis indicated a positive effect of the permanent protection, while the effect of the seasonal closure was not detected. This result needs to be interpreted with caution because the current harvesting based on a potentially unsuitable mini- mum capture size may dampen the efficacy of the seasonal protection regime.