PIASA: A power and interference aware resource management strategy for heterogeneous workloads in cloud data centers

Cloud data centers have been progressively adopted in different scenarios, as reflected in the execution of heterogeneous applications with diverse workloads and diverse quality of service (QoS) requirements. Virtual machine (VM) technology eases resource management in physical servers and helps cloud providers achieve goals such as optimization of energy consumption. However, the performance of an application running inside a VM is not guaranteed due to the interference among co-hosted workloads sharing the same physical resources. Moreover, the different types of co-hosted applications with diverse QoS requirements as well as the dynamic behavior of the cloud makes efficient provisioning of resources even more difficult and a challenging problem in cloud data centers. In this paper, we address the problem of resource allocation within a data center that runs different types of application workloads, particularly CPU- and network-intensive applications. To address these challenges, we propose an interference- and power-aware management mechanism that combines a performance deviation estimator and a scheduling algorithm to guide the resource allocation in virtualized environments. We conduct simulations by injecting synthetic workloads whose characteristics follow the last version of the Google Cloud tracelogs. The results indicate that our performance-enforcing strategy is able to fulfill contracted SLAs of real-world environments while reducing energy costs by as much as 21%.

A framework for scientific computing with GPUs

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Avaliação dos mecanismos de concorrência na API do Java 8

As plataformas com múltiplos núcleos tornaram a programação paralela/concorrente num tópico de interesse geral. Diversos modelos de programação têm vindo a ser propostos, facilitando aos programadores a identificação de regiões de código potencialmente paralelizáveis, deixando ao sistema operativo a tarefa de as escalonar dinamicamente em tempo de execução, explorando o maior grau possível de paralelismo. O Java não foge a esta tendência, disponibilizando ao programador um número crescente de bibliotecas de mecanismos de sincronização e paralelização de código. Neste contexto, esta tese apresenta e discute um conjunto de resultados obtidos através de testes intensivos à eficiência de algoritmos de ordenação implementados com recurso aos mecanismos de concorrência da API do Java 8 (Threads, Threadpools, ExecutorService, CountdownLach, ExecutorCompletionService e ForkJoinPools) em sistemas com um número de núcleos variável. Para cada um dos mecanismos, são apresentadas conclusões sobre o seu funcionamento e discutidos os cenários em que o seu uso pode ser rentabilizado de modo a serem obtidos melhores tempos de execução.

Gestão de Recursos Energéticos para Apoio à Operação dos Virtual Power Players

A liberalização dos mercados de energia elétrica e a crescente integração dos recursos energéticos distribuídos nas redes de distribuição, nomeadamente as unidades de produção distribuída, os sistemas de controlo de cargas através dos programas de demand response, os sistemas de armazenamento e os veículos elétricos, representaram uma evolução no paradigma de operação e gestão dos sistemas elétricos. Este novo paradigma de operação impõe o desenvolvimento de novas metodologias de gestão e controlo que permitam a integração de todas as novas tecnologias de forma eficiente e sustentável. O principal contributo deste trabalho reside no desenvolvimento de metodologias para a gestão de recursos energéticos no contexto de redes inteligentes, que contemplam três horizontes temporais distintos (24 horas, 1 hora e 5 minutos). As metodologias consideram os escalonamentos anteriores assim como as previsões atualizadas de forma a melhorar o desempenho total do sistema e consequentemente aumentar a rentabilidade dos agentes agregadores. As metodologias propostas foram integradas numa ferramenta de simulação, que servirá de apoio à decisão de uma entidade agregadora designada por virtual power player. Ao nível das metodologias desenvolvidas são propostos três algoritmos de gestão distintos, nomeadamente para a segunda (1 hora) e terceira fase (5 minutos) da ferramenta de gestão, diferenciados pela influência que os períodos antecedentes e seguintes têm no período em escalonamento. Outro aspeto relevante apresentado neste documento é o teste e a validação dos modelos propostos numa plataforma de simulação comercial. Para além das metodologias propostas, a aplicação permitiu validar os modelos dos equipamentos considerados, nomeadamente, ao nível das redes de distribuição e dos recursos energéticos distribuidos. Nesta dissertação são apresentados três casos de estudos, cada um com diferentes cenários referentes a cenários de operação futuros. Estes casos de estudos são importantes para verificar a viabilidade da implementação das metodologias e algoritmos propostos. Adicionalmente são apresentadas comparações das metodologias propostas relativamente aos resultados obtidos, complexidade de gestão em ambiente de simulação para as diferentes fases da ferramenta proposta e os benefícios e inconvenientes no uso da ferramenta proposta.

Heurísticas de pesquisa local para problemas de máquina única

O escalonamento é uma das decisões mais importantes no funcionamento de uma linha de produção. No âmbito desta dissertação foi realizada uma descrição do problema do escalonamento, identificando alguns métodos para a optimização dos problemas de escalonamento. Foi realizado um estudo ao caso do problema de máquina única através do teste de várias instâncias com o objectivo de minimizar o atraso pesado, aplicando uma Meta-Heurística baseada na Pesquisa Local e dois algoritmos baseados no SB. Os resultados obtidos reflectem que os algoritmos baseados no SB apresentaram resultados mais próximos do óptimo, em relação ao algoritmo baseado na PL. Os resultados obtidos permitem sustentar a hipótese de não existirem algoritmos específicos para os problemas de escalonamento. A melhor forma de encontrar uma solução de boa qualidade em tempo útil é experimentar diferentes algoritmos e comparar o desempenho das soluções obtidas.

An agent based architecture for material handling systems

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

A distributed platform for the volunteer execution of workflows on a local area network

Thesis submitted in fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science in Computer Science

Caraterização do acesso ao Centro Hospitalar Lisboa Norte, EPE : análise do acesso e da utilização da consulta externa e da urgência do Centro Hospitalar Lisboa Norte, EPE

RESUMO - Introdução: As alterações verificadas no dimensionamento e na redistribuição da rede de prestação de cuidados hospitalares, nomeadamente no que confere à reorganização das áreas de influência, e, cumulativamente, à abertura do Hospital Beatriz Ângelo, tornam evidente a necessidade de se analisar o acesso e a utilização da consulta externa e da urgência, antes e depois destas alterações. Objetivo: Este trabalho de investigação tem como principal objetivo analisar o acesso e a utilização da consulta externa e da urgência do Centro Hospitalar Lisboa Norte e verificar a evolução desse mesmo acesso, no período de 2010 a 2013. Material e Métodos: Estudo descritivo que visa determinar a frequência e a distribuição dos episódios de Consulta Externa e de Urgência do Centro Hospitalar Lisboa Norte. Foram considerados todos os episódios de consulta externa (3785579 episódios) e de urgência (1140052 episódios) ocorridos entre 1 de janeiro de 2010 e 31 de dezembro de 2013. Resultados: Entre 2010 e 2013, verificou-se o aumento de +2,3% no número de primeiras consultas e de +5%, em consultas subsequentes. As especialidades médicas com maior afluência são Oftalmologia, Dermatologia I, Pediatria e Otorrinolaringologia I. Observou-se, no total de consultas, qual a percentagem que, em cada ano, obteve um tempo de espera inferior a 1 mês, entre a marcação e a realização da consulta: 56,7%, em 2010; 54,3%, em 2011; 55% em 2012; 56,2%, em 2013. Verificou-se o decréscimo do número de atendimentos de urgência, no período em análise, de -38,9%. Cerca de 90% dos atendimentos de urgência respeitam a utentes que acorrem diretamente à urgência sem virem referenciados de outras unidades de saúde. Os meses de janeiro e fevereiro são aqueles que registam maior afluência, 9,9% e 8,8%, respetivamente. O período de maior afluência regista-se entre as 9 e as 11 horas, representando 20,7% dos episódios, em 2010, 21,2%, em 2011, 21% e 20,5%, em 2012 e 2013, respetivamente. Conclusão: Face à alteração da área de influência do Centro Hospitalar Lisboa Norte, torna-se necessária a adaptação da capacidade instalada para haja um sobredimensionamento face à procura, bem como a adequação de recursos internos, financeiros, humanos e tecnológicos.

A public transport bus assignment problem: parallel metaheuristics assessment

Combinatorial Optimization Problems occur in a wide variety of contexts and generally are NP-hard problems. At a corporate level solving this problems is of great importance since they contribute to the optimization of operational costs. In this thesis we propose to solve the Public Transport Bus Assignment problem considering an heterogeneous fleet and line exchanges, a variant of the Multi-Depot Vehicle Scheduling Problem in which additional constraints are enforced to model a real life scenario. The number of constraints involved and the large number of variables makes impracticable solving to optimality using complete search techniques. Therefore, we explore metaheuristics, that sacrifice optimality to produce solutions in feasible time. More concretely, we focus on the development of algorithms based on a sophisticated metaheuristic, Ant-Colony Optimization (ACO), which is based on a stochastic learning mechanism. For complex problems with a considerable number of constraints, sophisticated metaheuristics may fail to produce quality solutions in a reasonable amount of time. Thus, we developed parallel shared-memory (SM) synchronous ACO algorithms, however, synchronism originates the straggler problem. Therefore, we proposed three SM asynchronous algorithms that break the original algorithm semantics and differ on the degree of concurrency allowed while manipulating the learned information. Our results show that our sequential ACO algorithms produced better solutions than a Restarts metaheuristic, the ACO algorithms were able to learn and better solutions were achieved by increasing the amount of cooperation (number of search agents). Regarding parallel algorithms, our asynchronous ACO algorithms outperformed synchronous ones in terms of speedup and solution quality, achieving speedups of 17.6x. The cooperation scheme imposed by asynchronism also achieved a better learning rate than the original one.

Experience with the first Internet-based course at the Faculty of Medicine, University of São Paulo

PURPOSE: The Internet expands the range and flexibility of teaching options and enhances the ability to process the ever-increasing volume of medical knowledge. The aim of this study is to describe and discuss our experience with transforming a traditional medical training course into an Internet-based course. METHOD: Sixty-nine students were enrolled for a one-month course. They answered pre- and post-course questionnaires and took a multiple-choice test to evaluate the acquired knowledge. RESULTS: Students reported that the primary value for them of this Internet-based course was that they could choose the time of their class attendance (67%). The vast majority (94%) had a private computer and were used to visiting the Internet (75%) before the course. During the course, visits were mainly during the weekends (35%) and on the last week before the test (29%). Thirty-one percent reported that they could learn by reading only from the computer screen, without the necessity of printed material. Students were satisfied with this teaching method as evidenced by the 89% who reported enjoying the experience and the 88% who said they would enroll for another course via the Internet. The most positive aspect was freedom of scheduling, and the most negative was the lack of personal contact with the teacher. From the 80 multiple-choice questions, the mean of correct answers was 45.5, and of incorrect, 34.5. CONCLUSIONS: This study demonstrates that students can successfully learn with distance learning. It provides useful information for developing other Internet-based courses. The importance of this new tool for education in a large country like Brazil seems clear.

Project management under uncertainty: a study on solution methods

Project Management involves onetime endeavors that demand for getting it right the first time. On the other hand, project scheduling, being one of the most modeled project management process stages, still faces a wide gap from theory to practice. Demanding computational models and their consequent call for simplification, divert the implementation of such models in project management tools from the actual day to day project management process. Special focus is being made to the robustness of the generated project schedules facing the omnipresence of uncertainty. An "easy" way out is to add, more or less cleverly calculated, time buffers that always result in project duration increase and correspondingly, in cost. A better approach to deal with uncertainty seems to be to explore slack that might be present in a given project schedule, a fortiori when a non-optimal schedule is used. The combination of such approach to recent advances in modeling resource allocation and scheduling techniques to cope with the increasing flexibility in resources, as can be expressed in "Flexible Resource Constraint Project Scheduling Problem" (FRCPSP) formulations, should be a promising line of research to generate more adequate project management tools. In reality, this approach has been frequently used, by project managers in an ad-hoc way.

Concurrency detection on finish-to-start activity precedence networks

We explore the finish-to-start precedence relations of project activities used in scheduling problems. From these relations, we devise a method to identify groups of activities that could execute concurrently, i.e. activities in the same group can all execute in parallel. The method derives a new set of relations to describe the concurrency. Then, it is represented by an undirected graph and the maximal cliques problem identifies the groups. We provide a running example with a project from our previous studies in resource constrained project cost minimization together with an example application on the concurrency detection method: the evaluation of the resource stress.

Análise e simulação da produção de moldes para injeção de plásticos

Dissertação de mestrado em Engenharia Industrial

Automatização e otimização do escalonamento de pessoal hospitalar

Dissertação de mestrado em Engenharia de Sistemas