Análisis y sintonización de aplicaciones paralelas/distribuidas de bioinformática: caso de estudio mpiBLAST

En termes de temps d'execució i ús de dades, les aplicacions paral·leles/distribuïdes poden tenir execucions variables, fins i tot quan s'empra el mateix conjunt de dades d'entrada. Existeixen certs aspectes de rendiment relacionats amb l'entorn que poden afectar dinàmicament el comportament de l'aplicació, tals com: la capacitat de la memòria, latència de la xarxa, el nombre de nodes, l'heterogeneïtat dels nodes, entre d'altres. És important considerar que l'aplicació pot executar-se en diferents configuracions de maquinari i el desenvolupador d'aplicacions no port garantir que els ajustaments de rendiment per a un sistema en particular continuïn essent vàlids per a d'altres configuracions. L'anàlisi dinàmica de les aplicacions ha demostrat ser el millor enfocament per a l'anàlisi del rendiment per dues raons principals. En primer lloc, ofereix una solució molt còmoda des del punt de vista dels desenvolupadors mentre que aquests dissenyen i evaluen les seves aplicacions paral·leles. En segon lloc, perquè s'adapta millor a l'aplicació durant l'execució. Aquest enfocament no requereix la intervenció de desenvolupadors o fins i tot l'accés al codi font de l'aplicació. S'analitza l'aplicació en temps real d'execució i es considra i analitza la recerca dels possibles colls d'ampolla i optimitzacions. Per a optimitzar l'execució de l'aplicació bioinformàtica mpiBLAST, vam analitzar el seu comportament per a identificar els paràmetres que intervenen en el rendiment d'ella, com ara: l'ús de la memòria, l'ús de la xarxa, patrons d'E/S, el sistema de fitxers emprat, l'arquitectura del processador, la grandària de la base de dades biològica, la grandària de la seqüència de consulta, la distribució de les seqüències dintre d'elles, el nombre de fragments de la base de dades i/o la granularitat dels treballs assignats a cada procés. El nostre objectiu és determinar quins d'aquests paràmetres tenen major impacte en el rendiment de les aplicacions i com ajustar-los dinàmicament per a millorar el rendiment de l'aplicació. Analitzant el rendiment de l'aplicació mpiBLAST hem trobat un conjunt de dades que identifiquen cert nivell de serial·lització dintre l'execució. Reconeixent l'impacte de la caracterització de les seqüències dintre de les diferents bases de dades i una relació entre la capacitat dels workers i la granularitat de la càrrega de treball actual, aquestes podrien ser sintonitzades dinàmicament. Altres millores també inclouen optimitzacions relacionades amb el sistema de fitxers paral·lel i la possibilitat d'execució en múltiples multinucli. La grandària de gra de treball està influenciat per factors com el tipus de base de dades, la grandària de la base de dades, i la relació entre grandària de la càrrega de treball i la capacitat dels treballadors.

Maximal Physiological Parameters during Partial Body-Weight Support Treadmill Testing.

PURPOSE: This study investigated maximal cardiometabolic response while running in a lower body positive pressure treadmill (antigravity treadmill (AG)), which reduces body weight (BW) and impact. The AG is used in rehabilitation of injuries but could have potential for high-speed running, if workload is maximally elevated. METHODS: Fourteen trained (nine male) runners (age 27 ± 5 yr; 10-km personal best, 38.1 ± 1.1 min) completed a treadmill incremental test (CON) to measure aerobic capacity and heart rate (V˙O2max and HRmax). They completed four identical tests (48 h apart, randomized order) on the AG at BW of 100%, 95%, 90%, and 85% (AG100 to AG85). Stride length and rate were measured at peak velocities (Vpeak). RESULTS: V˙O2max (mL·kg·min) was similar across all conditions (men: CON = 66.6 (3.0), AG100 = 65.6 (3.8), AG95 = 65.0 (5.4), AG90 = 65.6 (4.5), and AG85 = 65.0 (4.8); women: CON = 63.0 (4.6), AG100 = 61.4 (4.3), AG95 = 60.7 (4.8), AG90 = 61.4 (3.3), and AG85 = 62.8 (3.9)). Similar results were found for HRmax, except for AG85 in men and AG100 and AG90 in women, which were lower than CON. Vpeak (km·h) in men was 19.7 (0.9) in CON, which was lower than every other condition: AG100 = 21.0 (1.9) (P < 0.05), AG95 = 21.4 (1.8) (P < 0.01), AG90 = 22.3 (2.1) (P < 0.01), and AG85 = 22.6 (1.6) (P < 0.001). In women, Vpeak (km·h) was similar between CON (17.8 (1.1) ) and AG100 (19.3 (1.0)) but higher at AG95 = 19.5 (0.4) (P < 0.05), AG90 = 19.5 (0.8) (P < 0.05), and AG85 = 21.2 (0.9) (P < 0.01). CONCLUSIONS: The AG can be used at maximal exercise intensities at BW of 85% to 95%, reaching faster running speeds than normally feasible. The AG could be used for overspeed running programs at the highest metabolic response levels.

Derivation of soil-specific streaming potential electrical parameters from hydrodynamic characteristics of partially saturated soils

Water movement in unsaturated soils gives rise to measurable electrical potential differences that are related to the flow direction and volumetric fluxes, as well as to the soil properties themselves. Laboratory and field data suggest that these so-called streaming potentials may be several orders of magnitudes larger than theoretical predictions that only consider the influence of the relative permeability and electrical conductivity on the self potential (SP) data. Recent work has improved predictions somewhat by considering how the volumetric excess charge in the pore space scales with the inverse of water saturation. We present a new theoretical approach that uses the flux-averaged excess charge, not the volumetric excess charge, to predict streaming potentials. We present relationships for how this effective excess charge varies with water saturation for typical soil properties using either the water retention or the relative permeability function. We find large differences between soil types and the predictions based on the relative permeability function display the best agreement with field data. The new relationships better explain laboratory data than previous work and allow us to predict the recorded magnitudes of the streaming potentials following a rainfall event in sandy loam, whereas previous models predict values that are three orders of magnitude too small. We suggest that the strong signals in unsaturated media can be used to gain information about fluxes (including very small ones related to film flow), but also to constrain the relative permeability function, the water retention curve, and the relative electrical conductivity function.

Eumelanin-based coloration and fitness parameters in birds: a meta-analysis

Although melanin is the most common pigment in animal integuments, the adaptive function of variation in melanin-based coloration remains poorly understood. The individual fitness returns associated with melanin pigments can be variable across species as these pigments can have physical and biological protective properties and genes involved in melanogenesis may vary in the intensity of pleiotropic effects. Moreover, dark and pale coloration can also enhance camouflage in alternative habitats and melanin-based coloration can be involved in social interactions. We investigated whether darker or paler individuals achieve a higher fitness in birds, a taxon wherein associations between melanin-based coloration and fitness parameters have been studied in a large number of species. A meta-analysis showed that the degree of melanin-based coloration was not significantly associated with laying date, clutch size, brood size, and survival across 26 species. Similar results were found when restricting the analyses to non-sexually dimorphic birds, colour polymorphic and monomorphic species, in passerines and non-passerines and in species for which inter-individual variation in melanism is due to colour intensity. However, eumelanic coloration was positively associated with clutch and brood size in sexually dimorphic species and those that vary in the size of black patches, respectively. Given that greater extent of melanin-based coloration was positively associated with reproductive parameters and survival in some species but negatively in other species, we conclude that in birds the sign and magnitude of selection exerted on melanin-based coloration is species- or trait-specific.

El impacto de las aplicaciones intensivas de E/S en la planificación de trabajos en clusters no-dedicados

Con la mayor capacidad de los nodos de procesamiento en relación a la potencia de cómputo, cada vez más aplicaciones intensivas de datos como las aplicaciones de la bioinformática, se llevarán a ejecutar en clusters no dedicados. Los clusters no dedicados se caracterizan por su capacidad de combinar la ejecución de aplicaciones de usuarios locales con aplicaciones, científicas o comerciales, ejecutadas en paralelo. Saber qué efecto las aplicaciones con acceso intensivo a dados producen respecto a la mezcla de otro tipo (batch, interativa, SRT, etc) en los entornos no-dedicados permite el desarrollo de políticas de planificación más eficientes. Algunas de las aplicaciones intensivas de E/S se basan en el paradigma MapReduce donde los entornos que las utilizan, como Hadoop, se ocupan de la localidad de los datos, balanceo de carga de forma automática y trabajan con sistemas de archivos distribuidos. El rendimiento de Hadoop se puede mejorar sin aumentar los costos de hardware, al sintonizar varios parámetros de configuración claves para las especificaciones del cluster, para el tamaño de los datos de entrada y para el procesamiento complejo. La sincronización de estos parámetros de sincronización puede ser demasiado compleja para el usuario y/o administrador pero procura garantizar prestaciones más adecuadas. Este trabajo propone la evaluación del impacto de las aplicaciones intensivas de E/S en la planificación de trabajos en clusters no-dedicados bajo los paradigmas MPI y Mapreduce.

Gestión de recursos en nodos multi-core de memoria compartida

La gestión de recursos en los procesadores multi-core ha ganado importancia con la evolución de las aplicaciones y arquitecturas. Pero esta gestión es muy compleja. Por ejemplo, una misma aplicación paralela ejecutada múltiples veces con los mismos datos de entrada, en un único nodo multi-core, puede tener tiempos de ejecución muy variables. Hay múltiples factores hardware y software que afectan al rendimiento. La forma en que los recursos hardware (cómputo y memoria) se asignan a los procesos o threads, posiblemente de varias aplicaciones que compiten entre sí, es fundamental para determinar este rendimiento. La diferencia entre hacer la asignación de recursos sin conocer la verdadera necesidad de la aplicación, frente a asignación con una meta específica es cada vez mayor. La mejor manera de realizar esta asignación és automáticamente, con una mínima intervención del programador. Es importante destacar, que la forma en que la aplicación se ejecuta en una arquitectura no necesariamente es la más adecuada, y esta situación puede mejorarse a través de la gestión adecuada de los recursos disponibles. Una apropiada gestión de recursos puede ofrecer ventajas tanto al desarrollador de las aplicaciones, como al entorno informático donde ésta se ejecuta, permitiendo un mayor número de aplicaciones en ejecución con la misma cantidad de recursos. Así mismo, esta gestión de recursos no requeriría introducir cambios a la aplicación, o a su estrategia operativa. A fin de proponer políticas para la gestión de los recursos, se analizó el comportamiento de aplicaciones intensivas de cómputo e intensivas de memoria. Este análisis se llevó a cabo a través del estudio de los parámetros de ubicación entre los cores, la necesidad de usar la memoria compartida, el tamaño de la carga de entrada, la distribución de los datos dentro del procesador y la granularidad de trabajo. Nuestro objetivo es identificar cómo estos parámetros influyen en la eficiencia de la ejecución, identificar cuellos de botella y proponer posibles mejoras. Otra propuesta es adaptar las estrategias ya utilizadas por el Scheduler con el fin de obtener mejores resultados.

Predictive and distributed routing balancing (PR-DRB): high speed interconnection networks

Current parallel applications running on clusters require the use of an interconnection network to perform communications among all computing nodes available. Imbalance of communications can produce network congestion, reducing throughput and increasing latency, degrading the overall system performance. On the other hand, parallel applications running on these networks posses representative stages which allow their characterization, as well as repetitive behavior that can be identified on the basis of this characterization. This work presents the Predictive and Distributed Routing Balancing (PR-DRB), a new method developed to gradually control network congestion, based on paths expansion, traffic distribution and effective traffic load, in order to maintain low latency values. PR-DRB monitors messages latencies on intermediate routers, makes decisions about alternative paths and record communication pattern information encountered during congestion situation. Based on the concept of applications repetitiveness, best solution recorded are reapplied when saved communication pattern re-appears. Traffic congestion experiments were conducted in order to evaluate the performance of the method, and improvements were observed.

Thermal effect on the life-cycle parameters of the medically important freshwater snail species Lymnaea (Radix) luteola (Lamarck)

The snails Lymnaea (Radix) luteola exhibited marked variations in growth, longevity, and attaining sexual maturity at different temperatures and diets. At 10°C, irrespective of foods, pH and salinity of water, the snails had minimum life span, maximum death rate and lowest growth rate. At 15°C, the growth rate was comparatively higher and the snails survived for a few more days. But at these temperatures they failed to attain sexual maturity. Snails exposed to pH 5 and 9 at 20°, 25°, 30°, 35°C and room temperatures (19.6°-29.6°C); to 0.5, 1.5 and 2.5 NaCl ‰ at 20° and 35ºC; to 2.5 NaCl ‰ at 25°C and room temperatures failed to attain sexual maturity. The snails exposed to pH 7 and different salinity grades at 20°, 25°, 30°, 35°C and room temperatures became sexually mature between 25-93 days depending upon the type of foods used in the culture.

Disseny, modelat i fabricació d'una antena "trap" per aplicacions WLAN

En aquest treball s’ha dissenyat i fabricat una antena monopol en estructura planar capaç de treballar correctament a les freqüències WLAN de 2,45-2,5 GHz (802.11b/g) i 4,9-5,875 GHz (802.11a/h/j). Per arribar a aquest objectiu primer s’ha presentat el model de línia de transmissió acabada en circuit obert per simular el comportament d’una antena. S’han comparat i verificat els resultats amb el model d’antena de fil. Seguidament, s’ha estudiat el comportament que introdueix el fet de carregar l’antena amb un ressonador LC. Finalment, s’ha passat del model d’antena de fil a una estructura planar. Aquesta geometria ha permès la realització del trap LC de forma distribuïda a través d’un ressonador CLL. El principi de disseny de l’antena està basat en la introducció d’aquest ressonador CLL amb freqüència de ressonància situada entre les dos bandes de treball i que junt amb l’ajust dels diversos paràmetres que defineixen l’antena han permès obtenir més 1 GHz d’ample de banda a la freqüència de 5 GHz.

Biological Parameters and Molecular Markers of Clone CL Brener - The Reference Organism of the Trypanosoma cruzi Genome Project

Clone CL Brener is the reference organism used in the Trypanosoma cruzi Genome Project. Some biological parameters of CL Brener were determined: (a) the doubling time of epimastigote forms cultured in liver infusion-tryptose (LIT) medium at 28oC is 58±13 hr; (b) differentiation of epimastigotes to metacyclic trypomastigotes is obtained by incubation in LIT-20% Grace´s medium; (c) trypomastigotes infect mammalian cultured cells and perform the complete intracellular cycle at 33 and 37oC; (d) blood forms are highly infective to mice; (e) blood forms are susceptible to nifurtimox and benznidazole. The molecular typing of CL Brener has been determined: (a) isoenzymatic profiles are characteristic of zymodeme ZB; (b) PCR amplification of a 24Sa ribosomal RNA sequence indicates it belongs to T. cruzi lineage 1; (c) schizodeme, randomly amplified polymorphic DNA (RAPD) and DNA fingerprinting analyses were performed

Anàlisi de la qualitat de l'aigua: estudi dels impactes humans sobre la qualitat de l'aigua en pous i basses del Parc del Garraf i rodalies

Amb la finalitat de conèixer l’estat de qualitat de les aigües de les basses i pous del Parc del Garraf, s’analitzen una sèrie de paràmetres fisico-químics en 17 estacions de mostreig prèviament seleccionades, distribuïdes en zones amb diferents tipologies d’ús del sòl. La base de l’anàlisi ha estat la integració d’informació provinent de diferents fonts. Mitjançant l’elaboració de taules i gràfics, la generació de cartografia i el tractament estadístic de les dades, s’ha procedit a la tria de punts de mostreig i s’ha obtingut un inventari que ha permès la interpretació global dels resultats, facilitant la diagnosi. El procés de tractament de dades inclou la confecció d’un índex de qualitat de les aigües (ICA) propi, no vinculant, a partir de fórmules genèriques de normalització i ponderació de valors. Durant la realització de la diagnosi s’han detectat pertorbacions puntuals en determinats paràmetres corresponents a contaminacions locals, en diferents estacions de mostreig. Aquestes pertorbacions s’han relacionat amb la situació dels pous i les basses al Garraf i les tipologies d’ús del sòl de cada zona. El diagnòstic de pertorbacions ha orientat les propostes de millora aplicables que s’han dividit en tres classes segons el nivell d’actuació. Aquestes incideixen principalment, en la millora de la informació disponible, l’aplicació de l’agricultura ecològica, l’explotació sostenible dels aqüífers i la realització d’estudis globals i/o locals, més complets i exhaustius.

Indirect likelihood inference

Given a sample from a fully specified parametric model, let Zn be a given finite-dimensional statistic - for example, an initial estimator or a set of sample moments. We propose to (re-)estimate the parameters of the model by maximizing the likelihood of Zn. We call this the maximum indirect likelihood (MIL) estimator. We also propose a computationally tractable Bayesian version of the estimator which we refer to as a Bayesian Indirect Likelihood (BIL) estimator. In most cases, the density of the statistic will be of unknown form, and we develop simulated versions of the MIL and BIL estimators. We show that the indirect likelihood estimators are consistent and asymptotically normally distributed, with the same asymptotic variance as that of the corresponding efficient two-step GMM estimator based on the same statistic. However, our likelihood-based estimators, by taking into account the full finite-sample distribution of the statistic, are higher order efficient relative to GMM-type estimators. Furthermore, in many cases they enjoy a bias reduction property similar to that of the indirect inference estimator. Monte Carlo results for a number of applications including dynamic and nonlinear panel data models, a structural auction model and two DSGE models show that the proposed estimators indeed have attractive finite sample properties.

Factores de rendimiento en aplicaciones híbridas

En el entorno actual, diversas ramas de las ciencias, tienen la necesidad de auxiliarse de la computación de altas prestaciones para la obtención de resultados a relativamente corto plazo. Ello es debido fundamentalmente, al alto volumen de información que necesita ser procesada y también al costo computacional que demandan dichos cálculos. El beneficio al realizar este procesamiento de manera distribuida y paralela, logra acortar los tiempos de espera en la obtención de los resultados y de esta forma posibilita una toma decisiones con mayor anticipación. Para soportar ello, existen fundamentalmente dos modelos de programación ampliamente extendidos: el modelo de paso de mensajes a través de librerías basadas en el estándar MPI, y el de memoria compartida con la utilización de OpenMP. Las aplicaciones híbridas son aquellas que combinan ambos modelos con el fin de aprovechar en cada caso, las potencialidades específicas del paralelismo en cada uno. Lamentablemente, la práctica ha demostrado que la utilización de esta combinación de modelos, no garantiza necesariamente una mejoría en el comportamiento de las aplicaciones. Por lo tanto, un análisis de los factores que influyen en el rendimiento de las mismas, nos beneficiaría a la hora de implementarlas pero también, sería un primer paso con el fin de llegar a predecir su comportamiento. Adicionalmente, supondría una vía para determinar que parámetros de la aplicación modificar con el fin de mejorar su rendimiento. En el trabajo actual nos proponemos definir una metodología para la identificación de factores de rendimiento en aplicaciones híbridas y en congruencia, la identificación de algunos factores que influyen en el rendimiento de las mismas.

Comparison of some behavioral and physiological feeding parameters of Triatoma infestans klug, 1834 and Mepraia spinolai porter, 1934, vectors of chagas disease in Chile

There are two vectors of Chagas disease in Chile: Triatoma infestans and Mepraia spinolai. We studied the feeding behavior of these species, looking for differences which could possibly explain the low impact of the latter species on Chagas disease. Both species used thermal cues to locate their feeding source and consumed a similar volume of blood which was inversely related to the body weight before the meal and directly related to the time between meals. The average time between bites were 6.24 and 10.74 days. The average bite of M. spinolai lasted 9.68 min, significantly shorter than the 19.46 min for T. infestans. Furthermore, while T. infestans always defecated on the host, this behavior was observed in M. spinolai in only one case of 27 (3.7%). The delay between the bites and defecation was very long in M. spinolai and short in T. infestans. These differences may affect the reduced efficiency of transmission of Chagas infection by M. spinolai.

Dependence of brain intravoxel incoherent motion perfusion parameters on the cardiac cycle.

Measurement of microvascular perfusion with Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) MRI is gaining interest. Yet, the physiological influences on the IVIM perfusion parameters ("pseudo-diffusion" coefficient D*, perfusion fraction f, and flow related parameter fD*) remain insufficiently characterized. In this article, we hypothesize that D* and fD*, which depend on blood speed, should vary during the cardiac cycle. We extended the IVIM model to include time dependence of D* = D*(t), and demonstrate in the healthy human brain that both parameters D* and fD* are significantly larger during systole than diastole, while the diffusion coefficient D and f do not vary significantly. The results non-invasively demonstrate the pulsatility of the brain's microvasculature.