Strategies for Rescheduling Tightly-Coupled Parallel Applications in Multi-Cluster Grids

As computational Grids are increasingly used for executing long running multi-phase parallel applications, it is important to develop efficient rescheduling frameworks that adapt application execution in response to resource and application dynamics. In this paper, three strategies or algorithms have been developed for deciding when and where to reschedule parallel applications that execute on multi-cluster Grids. The algorithms derive rescheduling plans that consist of potential points in application execution for rescheduling and schedules of resources for application execution between two consecutive rescheduling points. Using large number of simulations, it is shown that the rescheduling plans developed by the algorithms can lead to large decrease in application execution times when compared to executions without rescheduling on dynamic Grid resources. The rescheduling plans generated by the algorithms are also shown to be competitive when compared to the near-optimal plans generated by brute-force methods. Of the algorithms, genetic algorithm yielded the most efficient rescheduling plans with 9-12% smaller average execution times than the other algorithms.

Das Paradox der Wahlbeteiligung, das keines ist. Eine theoretische Rekonstruktion und empirische Anwendung des Ansatzes von Downs aus der Perspektive der Theorie subjektiver Werterwartung

Seit der richtungweisenden wie einflußreichen Arbeit von Downs (1957) wird in der empirischen Wahlforschung das „Paradox der Wahlbeteiligung“ kontrovers diskutiert. Kritiker des ökonomischen Ansatzes führen gerade dieses Paradox an, um die Grenzen von Rational-Choice-Theorien aufzuzeigen (z.B. Green und Shapiro 1994). Ausgangspunkt dieser Debatte ist zunächst der Versuch von Downs, die Beteiligung von Individuen an politischen Wahlen mit der Theorie rationaler Entscheidung zu erklären: Demnach beteiligen sich Wahlberechtigte an Wahlen, wenn aus ihrer Sicht der erwartete Nutzen der Wahlbeteiligung (etwa persönliche Vorteile nach dem Wahlsieg der präferierten Partei) die anfallenden Kosten der Wahlbeteiligung (etwa zeitlicher Aufwand für Beschaffung, Auswertung und Analyse von Informationen über das Politikangebot) übersteigt. Wahlberechtigte diskontieren den zu maximierenden Nutzen aus ihrer Wahlbeteiligung mit der Wahrscheinlichkeit, daß ihre eigene Stimme der präferierten Partei zum Wahlsieg verhilft. Allerdings tendiert diese Wahrscheinlichkeit, den Wahlausgang alleine zu entscheiden, mit der anwachsenden Größe des Elektorats gegen Null. Da aber aus Sicht des einzelnen Wählers die eigene Stimme so gut wie keinen entscheidenden Einfluß auf den Wahlausgang hat, aber mit Sicherheit Informations-, Opportunitäts- und Teilnahmekosten anfallen, die dann immer größer als die mit der Erfolgswahrscheinlichkeit gewichteten Nutzeneinkommen sind, ist es höchst unwahrscheinlich, daß sich ein instrumentell rationaler Akteur an politischen Wahlen beteiligt (Downs 1957: 244–245). Jedoch sind in modernen Demokratien die Beteiligungen an politischen Wahlen mitunter beträchtlich, und diese empirische Beobachtung widerspricht der ökonomischen Theorie des Wählens von Downs (1957)1. Es stellt sich also die Frage, warum sich Wahlberechtigte an politischen Wahlen beteiligen und warum die Wahlbeteiligungen zumeist recht hoch sind (vgl. Palfrey und Rosenthal 1993).

Der theoretische und praktische Kellermeister oder die Erkennung, Erzeugung, Behandlung und Erhaltung aller trinkbaren Flüssigkeiten : nebst einer neuen Theorie über Branntweinbrennerei, Bier- und Essig-Brauerei

von Joseph Serviere

A strategy for scheduling tightly coupled parallel applications on clusters

Although various strategies have been developed for scheduling parallel applications with independent tasks, very little work exists for scheduling tightly coupled parallel applications on cluster environments. In this paper, we compare four different strategies based on performance models of tightly coupled parallel applications for scheduling the applications on clusters. In addition to algorithms based on existing popular optimization techniques, we also propose a new algorithm called Box Elimination that searches the space of performance model parameters to determine the best schedule of machines. By means of real and simulation experiments, we evaluated the algorithms on single cluster and multi-cluster setups. We show that our Box Elimination algorithm generates up to 80% more efficient schedule than other algorithms. We also show that the execution times of the schedules produced by our algorithm are more robust against the performance modeling errors.

Stability of multi-cluster synchronization

A system of many coupled oscillators on a network can show multicluster synchronization. We obtain existence conditions and stability bounds for such a multicluster synchronization. When the oscillators are identical, we obtain the interesting result that network structure alone can cause multicluster synchronization to emerge even when all the other parameters are the same. We also study occurrence of multicluster synchronization when two different types of oscillators are coupled.

Turbulence and cooling in galaxy cluster cores

We study the interplay between turbulent heating, mixing, and radiative cooling in an idealized model of cool cluster cores. Active galactic nuclei (AGN) jets are expected to drive turbulence and heat cluster cores. Cooling of the intracluster medium (ICM) and stirring by AGN jets are tightly coupled in a feedback loop. We impose the feedback loop by balancing radiative cooling with turbulent heating. In addition to heating the plasma, turbulence also mixes it, suppressing the formation of cold gas at small scales. In this regard, the effect of turbulence is analogous to thermal conduction. For uniform plasma in thermal balance (turbulent heating balancing radiative cooling), cold gas condenses only if the cooling time is shorter than the mixing time. This condition requires the turbulent kinetic energy to be a parts per thousand(3) the plasma internal energy; such high velocities in cool cores are ruled out by observations. The results with realistic magnetic fields and thermal conduction are qualitatively similar to the hydrodynamic simulations. Simulations where the runaway cooling of the cool core is prevented due to mixing with the hot ICM show cold gas even with subsonic turbulence, consistent with observations. Thus, turbulent mixing is the likely mechanism via which AGN jets heat cluster cores. The thermal instability growth rates observed in simulations with turbulence are consistent with the local thermal instability interpretation of cold gas in cluster cores.

Efficiency Dynamics on Two Coupled Small-World Networks

We investigate the effect of clusters in complex networks on efficiency dynamics by studying a simple efficiency model in two coupled small-world networks. It is shown that the critical network randomness corresponding to transition from a stagnant phase to a growing one decreases to zero as the connection strength of clusters increases. It is also shown for fixed randomness that the state of clusters transits from a stagnant phase to a growing one as the connection strength of clusters increases. This work can be useful for understanding the critical transition appearing in many dynamic processes on the cluster networks.

Sequential extracellular matrix-focused and baited-global cluster analysis of serial transcriptomic profiles identifies candidate modulators of renal tubulointerstitial fibrosis in murine adriamycin-induced nephropathy

Transcriptome analysis using microarray technology represents a powerful unbiased approach for delineating pathogenic mechanisms in disease. Here molecular mechanisms of renal tubulointerstitial fibrosis (TIF) were probed by monitoring changes in the renal transcriptome in a glomerular disease-dependent model of TIF ( adriamycin nephropathy) using Affymetrix (mu74av2) microarray coupled with sequential primary biological function-focused and secondary

Use of cellular impedance to characterize ligand functional selectivity at G protein-coupled receptors

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) représentent la plus grande famille de cibles thérapeutiques pour le traitement d’une panoplie de pathologies humaines. Bien que plusieurs décennies de recherche aient permis de façonner nos connaissances sur ces protéines membranaires, notre compréhension des déterminants moléculaires de leur activité signalétique reste encore limitée. De ces domaines de recherche, une avancée récente a mis à jour un nouveau phénomène, appelé sélectivité fonctionnelle des ligands, qui a bouleversé les paradigmes décrivant leu fonctionnement de ces récepteurs. Ce concept émane d’observations montrant que l’activité pharmacologique de certains ligands n’est pas nécessairement conservée sur tout le répertoire signalétiques connu du récepteur et peu se restreindre à l'activation sélective d’un sous-groupe de voies de signalisation.Ce nouveau modèle pharmacologique de l'activation des RCPG ouvre de nouvelles possibilités pour la découverte de médicaments plus efficace et sûr, ciblant les RCPGs. En effet, il permet la conception de molécules modulant spécifiquement les voies signalétiques d’intérêt thérapeutique, sans engager les autres voies qui pourraient mener à des effets secondaires indésirables ou de la tolérance. Cette thèse décrit l'utilisation d'une nouvelle approche sans marquage, basée sur la mesure du changement l'impédance cellulaire. Par la mesure des changements cellulaires, comme la morphologie, l’adhésion et/ou la redistribution des macromolécules, cette approche permet de mesurer de façon simultanée l'activité de plusieurs voies de signalisation impliqués dans ces réponses. Utilisant le récepteur β2-adrénergique (β2AR) comme modèle, nous avons démontré que les variations dans l’impédance cellulaire étaient directement liées à l’activation de multiples voies de signalisation suite à la stimulation du récepteur par son ligand. L’agoniste type du β2AR, l’isoprotérénol, s’est avéré induire une réponse d’impédance dose-dépendante constituée, dans le temps, de plusieurs caractéristiques distinctes pouvant être bloquées de façon compétitive par l’antagoniste ICI118,551 Par l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs, nous avons été en mesure de déterminer la contribution de plusieurs voies signalétiques canoniques, comme les voies dépendantes de Gs et Gi, la production d’AMPc et l’activation de ERK1/2, sur ces changements. De plus, la dissection de la réponse d’impédance a permis d’identifier une nouvelle voie de mobilisation du Ca2+ contribuant à la réponse globale des changements initiés par la stimulation du β2AR. Dans une autre étude, nous avons rapporté que la réponse calcique induite par le β2AR serait attribuable à une transactivation Gs-dépendant du récepteur purinergique P2Y11, lui-même couplé à la protéine Gq. La mesure d’impédance permettant de distinguer et de décrire une pléiade d’activités signalétiques, nous avons émis l’hypothèse que des ligands arborant des profils signalétiques différents généreraient des réponses d’impédance distinctes. Le criblage d’une librairie de ligands spécifiques au β2AR a révélé une grande variété de signatures d’impédance. Grâce au développement d’une approche computationnelle innovatrice, nous avons été en mesure de regrouper ces signatures en cinq classes de composés, un regroupement qui s’est avéré hautement corrélé avec le profil signalétique des différents ligands. Nous avons ensuite combiné le criblage de composés par impédance avec l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs de voies signalétiques afin d’augmenter la résolution du regroupement. En évaluant l’impact d’une voie signalétique donnée sur la signature d’impédance, nous avons été en mesure de révéler une plus grande variété de textures parmi les ligands. De plus, cette méthode s’est avérée efficace pour prédire le profil signalétique d’une librairie de composés non caractérisés, ciblant le β2AR. Ces travaux ont mené à l’élaboration d’une méthode permettant d’exprimer visuellement la sélectivité fonctionnelle de ligands et ont révélé de nouvelles classes de composés pour ce récepteur. Ces nouvelles classes de composés ont ensuite été testées sur des cardiomyocytes humains, confirmant que les composés regroupés dans différentes classes produisent des effets distincts sur la contractilité de ces cellules. Globalement, ces travaux démontrent la pertinence de l’utilisation de l’impédance cellulaire pour une évaluation précise des différences fonctionnelles parmi les composés ciblant les RCPGs. En fournissant une représentation pluridimensionnelle de la signalisation émanant des RCPGs à l’aide d’un seul essai ne requérant pas de marquage, les signatures d’impédance représentent une stratégie simple et innovante pour l’évaluation de la fonctionnalité sélective des ligands. Cette méthode pourrait être d’une grande utilité dans le processus de découverte de nouveaux médicaments.

Diazafluoren-9-yliden als Bindungsmotiv für Metallfragmente in kreuzkonjugierten π-Systemen

In der vorliegenden Dissertation wurden kreuzkonjugierte organische Verbindungen basierend auf Diazafluorenmethyliden- sowie Dipyridylmethyliden-Bausteinen synthetisiert, die zum einen photoredoxaktive Metallfragmente komplexieren können und zum anderen erweiterte π-konjugierte Pfade auf der Grundlage von Alkineinheiten ermöglichen. Das kreuzkonjugierte Motiv wurde über die Kupplung von Alkineinheiten an halogenierte Methyliden-Einheiten, den so genannten Dibromolefinen, zugänglich gemacht. Zur Synthese von Dibromolefinen wurden verschiedene Methoden untersucht. Literaturbekannte Methoden wie die Wittig-Reaktion und ihre Modifikationen sowie die Corey-Fuchs-Reaktion konnten für die Diazafluoreneinheit nicht erfolgreich angewendet werden. Bei einer mikrowellenunterstützten Reaktion konnte sowohl ausgehend von Diazafluoren-9-on als auch von Di-2-pyridylketon eine Dibromolefinierung (55 % und 65 %) erreicht werden. Die Eignung der Mikrowellenstrahlung für Dibromolefinierungsreaktionen nach Corey und Fuchs wurde weiterhin an verschiedenen Aldehyden und Ketonen untersucht. In den meisten Fällen konnten gute bis sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Durch die erfolgreiche Synthese von Dibromolefinen über Mikrowellensynthese wurde die Realisierung von diversen π-konjugierten Systemen möglich. Dies erfolgte exemplarisch durch die Kupplung der Alkine 5-Ethinyl-2,2’-bipyridin, 1-(Ferrocenylethinyl)-4-(ethinyl)benzol, Tri(tolyl)propin sowie der TIPS- und TMS-Acetylene. Neben der Vielfalt an Möglichkeiten zur Funktionalisierung von Dipyridyl- und Diazafluorenbausteinen zeigte sich zudem, dass sogar räumlich anspruchsvolle Verbindungen wie die geminale angeordneten voluminösen Tri(tolyl)propinyl-Substituenten an der Doppelbindung erfolgreich synthetisiert werden können. Die Koordinationseigenschaften der neu synthetisierten Verbindungen konnten durch Umsetzungen der Diazafluoren- und Dipyridylverbindungen mit PdCl2 und [RuCl2(bpy)2] erfolgreich gezeigt werden. Im Hinblick auf die Herstellung von Funktionsmaterialien eignen sich die Endiin-Strukturmotive aufgrund von diversen Variationsmöglichkeiten wie Koordination von Übergangsmetallen sowie Funktionalisierung der Peripherie gut. Dadurch können die elektronischen Eigenschaften wie die Absorption oder elektrochemische Potentiale der Verbindungen modifiziert werden. Die UV/Vis-Spektren der neu synthetisierten Verbindungen zeigen, dass Absorptionen in längerwelligen Bereichen durch Verlängerung des Konjugationspfades gesteuert werden können. Zudem lassen sich weitere photophysikalische Eigenschaften wie MC-, LC-, LMCT- oder MLCT-Übergänge durch Koordination von Metallen generieren. Die elektrochemischen Potentiale der Dipyridyl- und Diazafluorenbausteine konnten durch Anbindung von verschiedenen Substituenten beeinflusst werden. Es zeigte sich, dass sich die Reduktionswellen im Vergleich zu denen der Ketone zu niedrigeren Potentialen verschieben, wenn Alkine an die Dipyridylmethyliden- und Diazafluorenmethyliden-Bausteine geknüpft wurden. Zudem konnte beobachtet werden, dass die Signale nicht immer reversibel sind. Insbesondere die Dipyridylverbindungen zeichneten sich durch irreversible Reduktionswellen aus. Die Realisierung von π-konjugierten Systemen gelang auch mit cyclischen kohlenstoffbasierten Verbindungen. Über das separat synthetisierte 2,2’-Diethinyltolan konnte eine cyclische Verbindung, ein dehydroannulen-radialenisches System, erfolgreich hergestellt werden. Die Koordination von redoxaktiven Metallzentren wie [Ru(bpy)2] konnte für diese Verbindung ebenfalls erfolgreich gezeigt werden. Die elektronische Wechselwirkung zwischen dem Metallzentrum und dem dehydroannulenischen System könnte sowohl über theoretische Methoden (zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie) als auch experimentell wie z. B. über transiente Absorptionsspektroskopie untersucht werden. Diese zukünftig durchzuführenden Untersuchungen können Aufschluss über die Ladungstransferraten und -dauer geben. Im Hinblick auf die Realisierung von Modellverbindungen für molekulare Drähte wurden lineare Systeme basierend auf der Diazafluoreneinheit synthetisiert. Zur Synthese von derartigen Systemen war es zunächst notwendig, die Dibromolefine unsymmetrisch zu alkinylieren. Die unsymmetrische Substitution gestaltete sich als Herausforderung, da eine Einfachkupplung mit einem Acetylen nicht möglich war. In den meisten Fällen wurden zweifach substituierte Spezies mit den identischen Alkinen erhalten. Die besten Ausbeuten konnten durch die konsekutive Zugabe von TIPS-Acetylen und darauffolgend TMS-Acetylen in die Reaktionsmischung erhalten werden. Offenbar spielt der räumliche Anspruch des Erstsubstituenten in diesem Zusammenhang eine Rolle. Die selektive Entschützung der unterschiedlich silylierten Verbindungen erfolgte mit K2CO3 in MeOH/THF (1:1). Die oxidative Homokupplungsreaktion erfolgte ohne Isolierung der entschützten Spezies, da diese instabil ist und zur Polymerisation neigt. Aufgrund der Instabilität der entschützten Spezies sowie möglichen Nebenreaktionen waren die Ausbeuten sowohl bei der TIPS-geschützten Verbindung als auch bei der TTP-geschützten Verbindung gering. Versuche, lineare Systeme von dipyridylbasierten Verbindungen zu erhalten, schlugen fehl. Die π-konjugierten Systeme lassen aufgrund der effektiven Überlappung der beteiligten π-Orbitale hohe Ladungsträgermobilitäten vermuten. Die im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen könnten mit Schwefelverbindungen die Anbindung an Elektroden zulassen, worüber die Leitfähigkeiten der Verbindungen gemessen werden könnten.

Optical Characterization of Organic Gain Materials for UV-emitting Hybrid Complex Coupled VCSELs

In this thesis, optical gain measurement setup based on variable stripe length method is designed, implemented and improved. The setup is characterized using inorganic and organic samples. The optical gain of spiro-quaterphenyl is calculated and compared with measurements from the setup. Films with various thicknesses of spiro-quaterphenyl, methoxy-spiro-quaterphenyl and phenoxy-spiro-quaterphenyl are deposited by a vacuum vapor deposition technique forming asymmetric slab waveguides. The optical properties, laser emission threshold, optical gain and loss coefficient for these films are measured. Additionally, the photodegradation during pumping process is investigated.

A new tetrameric Cu-II cluster with square topology exhibiting ferro- and antiferromagnetic magnetic pathways: which is which?

[Cu4L2(bpy)(4)(H2O)(3)](ClO4)(4).2.5H(2)O, 1, a new tetranuclear Cu-II cluster showing square planar geometry, formed with aspartate bridging ligand (L) has been synthesized. The global magnetic coupling is ferromagnetic but theoretical DFT/B3LYP calculations are necessary to assign which Cu-L-Cu side is ferro or antiferromagnetically coupled.

GC Fingerprints Coupled to Pattern-Recognition Multivariate SIMCA Chemometric Analysis for Brazilian Gasoline Quality Studies

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)