PyGirl: Generating Whole-System VMs from High-Level Prototypes Using PyPy

Virtual machines (VMs) emulating hardware devices are generally implemented in low-level languages for performance reasons. This results in unmaintainable systems that are difficult to understand. In this paper we report on our experience using the PyPy toolchain to improve the portability and reduce the complexity of whole-system VM implementations. As a case study we implement a VM prototype for a Nintendo Game Boy, called PyGirl, in which the high-level model is separated from low-level VM implementation issues. We shed light on the process of refactoring from a low-level VM implementation in Java to a high-level model in RPython. We show that our whole-system VM written with PyPy is significantly less complex than standard implementations, without substantial loss in performance.

Dynamic SLA management with forecasting using multi-objective optimization

Cost-efficient operation while satisfying performance and availability guarantees in Service Level Agreements (SLAs) is a challenge for Cloud Computing, as these are potentially conflicting objectives. We present a framework for SLA management based on multi-objective optimization. The framework features a forecasting model for determining the best virtual machine-to-host allocation given the need to minimize SLA violations, energy consumption and resource wasting. A comprehensive SLA management solution is proposed that uses event processing for monitoring and enables dynamic provisioning of virtual machines onto the physical infrastructure. We validated our implementation against serveral standard heuristics and were able to show that our approach is significantly better.

Critical Issues of Centralized and Cloudified LTE-FDD Radio Access Networks

Cloudification of the Centralized-Radio Access Network (C-RAN) in which signal processing runs on general purpose processors inside virtual machines has lately received significant attention. Due to short deadlines in the LTE Frequency Division Duplex access method, processing time fluctuations introduced by the virtualization process have a deep impact on C-RAN performance. This paper evaluates bottlenecks of the OpenAirInterface (OAI is an open-source software-based implementation of LTE) cloud performance, provides feasibility studies on C-RAN execution, and introduces a cloud architecture that significantly reduces the encountered execution problems. In typical cloud environments, the OAI processing time deadlines cannot be guaranteed. Our proposed cloud architecture shows good characteristics for the OAI cloud execution. As an example, in our setup more than 99.5% processed LTE subframes reach reasonable processing deadlines close to performance of a dedicated machine.

Imaginarios futuros sobre el libro y las bibliotecas en el cine de ciencia ficción

El presente artículo realiza un estudio de diversas películas pertenecientes al género de ciencia ficción, focalizando la atención en los escenarios futuros para el libro y las bibliotecas. A partir del concepto "imaginario social", se exploran las representaciones que se construyen desde el presente sobre el devenir de la cultura impresa en el contexto del creciente proceso de transformación tecnológica. Los films seleccionados componen una muestra que incorpora obras de diferentes momentos en la historia del género de ciencia ficción en relación a las problematizaciones sobre los vínculos entre tecnología y sociedad. Los ejes de análisis giran en torno a la desaparición, la transformación y las permanencias del libro y las bibliotecas. Se concluye que desde el imaginario social contemporáneo, materializado en las películas analizadas, se presenta un futuro en el que conviven elementos de la cultura del libro y la lectura con importantes modificaciones originadas por las innovaciones técnicas. Respecto al profesional de la información, si bien no hay indicaciones de cambios radicales en sus funciones, sí existen planteamientos inquietantes sobre el desplazamiento de lo humano por lo virtual

Imaginarios futuros sobre el libro y las bibliotecas en el cine de ciencia ficción

El presente artículo realiza un estudio de diversas películas pertenecientes al género de ciencia ficción, focalizando la atención en los escenarios futuros para el libro y las bibliotecas. A partir del concepto "imaginario social", se exploran las representaciones que se construyen desde el presente sobre el devenir de la cultura impresa en el contexto del creciente proceso de transformación tecnológica. Los films seleccionados componen una muestra que incorpora obras de diferentes momentos en la historia del género de ciencia ficción en relación a las problematizaciones sobre los vínculos entre tecnología y sociedad. Los ejes de análisis giran en torno a la desaparición, la transformación y las permanencias del libro y las bibliotecas. Se concluye que desde el imaginario social contemporáneo, materializado en las películas analizadas, se presenta un futuro en el que conviven elementos de la cultura del libro y la lectura con importantes modificaciones originadas por las innovaciones técnicas. Respecto al profesional de la información, si bien no hay indicaciones de cambios radicales en sus funciones, sí existen planteamientos inquietantes sobre el desplazamiento de lo humano por lo virtual

Imaginarios futuros sobre el libro y las bibliotecas en el cine de ciencia ficción

El presente artículo realiza un estudio de diversas películas pertenecientes al género de ciencia ficción, focalizando la atención en los escenarios futuros para el libro y las bibliotecas. A partir del concepto "imaginario social", se exploran las representaciones que se construyen desde el presente sobre el devenir de la cultura impresa en el contexto del creciente proceso de transformación tecnológica. Los films seleccionados componen una muestra que incorpora obras de diferentes momentos en la historia del género de ciencia ficción en relación a las problematizaciones sobre los vínculos entre tecnología y sociedad. Los ejes de análisis giran en torno a la desaparición, la transformación y las permanencias del libro y las bibliotecas. Se concluye que desde el imaginario social contemporáneo, materializado en las películas analizadas, se presenta un futuro en el que conviven elementos de la cultura del libro y la lectura con importantes modificaciones originadas por las innovaciones técnicas. Respecto al profesional de la información, si bien no hay indicaciones de cambios radicales en sus funciones, sí existen planteamientos inquietantes sobre el desplazamiento de lo humano por lo virtual

Using Clouds to Scale Grid Resources: An Economic Model

Infrastructure as a Service clouds are a flexible and fast way to obtain (virtual) resources as demand varies. Grids, on the other hand, are middleware platforms able to combine resources from different administrative domains for task execution. Clouds can be used by grids as providers of devices such as virtual machines, so they only use the resources they need. But this requires grids to be able to decide when to allocate and release those resources. Here we introduce and analyze by simulations an economic mechanism (a) to set resource prices and (b) resolve when to scale resources depending on the users’ demand. This system has a strong emphasis on fairness, so no user hinders the execution of other users’ tasks by getting too many resources. Our simulator is based on the well-known GridSim software for grid simulation, which we expand to simulate infrastructure clouds. The results show how the proposed system can successfully adapt the amount of allocated resources to the demand, while at the same time ensuring that resources are fairly shared among users.

Semantic scheduling of virtualized infrastructures for scientific workflows

Virtualized Infrastructures are a promising way for providing flexible and dynamic computing solutions for resourceconsuming tasks. Scientific Workflows are one of these kind of tasks, as they need a large amount of computational resources during certain periods of time. To provide the best infrastructure configuration for a workflow it is necessary to explore as many providers as possible taking into account different criteria like Quality of Service, pricing, response time, network latency, etc. Moreover, each one of these new resources must be tuned to provide the tools and dependencies required by each of the steps of the workflow. Working with different infrastructure providers, either public or private using their own concepts and terms, and with a set of heterogeneous applications requires a framework for integrating all the information about these elements. This work proposes semantic technologies for describing and integrating all the information about the different components of the overall system and a set of policies created by the user. Based on this information a scheduling process will be performed to generate an infrastructure configuration defining the set of virtual machines that must be run and the tools that must be deployed on them.

Time and space partition platform for safe and secure flight software.

There are a number of research and development activities that are exploring Time and Space Partition (TSP) to implement safe and secure flight software. This approach allows to execute different real-time applications with different levels of criticality in the same computer board. In order to do that, flight applications must be isolated from each other in the temporal and spatial domains. This paper presents the first results of a partitioning platform based on the Open Ravenscar Kernel (ORK+) and the XtratuM hypervisor. ORK+ is a small, reliable real-time kernel supporting the Ada Ravenscar Computational model that is central to the ASSERT development process. XtratuM supports multiple virtual machines, i.e. partitions, on a single computer and is being used in the Integrated Modular Avionics for Space study. ORK+ executes in an XtratuM partition enabling Ada applications to share the computer board with other applications.

Ada real-time services and virtualization

Virtualization techniques have received increased attention in the field of embedded real-time systems. Such techniques provide a set of virtual machines that run on a single hardware platform, thus allowing several application programs to be executed as though they were running on separate machines, with isolated memory spaces and a fraction of the real processor time available to each of them.This papers deals with some problems that arise when implementing real-time systems written in Ada on a virtual machine. The effects of virtualization on the performance of the Ada real-time services are analysed, and requirements for the virtualization layer are derived. Virtual-machine time services are also defined in order to properly support Ada real-time applications. The implementation of the ORK+ kernel on the XtratuM supervisor is used as an example.

Modelo de concurrencia de ADA: implementación y sus implicaciones en el interfaz con el entorno

El principal problema que impide actualmente una mayor utilización de las máquinas paralelas es la falta de herramientas de programación que permitan generar programas transportables a máquinas con diferentes prestaciones. En este trabajo se ha estudiado si los lenguajes con paralelismo explícito cumplen este requisito y son, por lo tanto, adecuados para programar este tipo de máquinas. El exceso de paralelismo, esto es, el uso de mayor paralelismo en el programa que el proporcionado por la máquina para esconder la latencia en la comunicación, se presenta en este trabajo como una solución a los problemas de eficiencia de los programas con paralelismo explícito cuando se ejecutan en máquinas que no tienen una granularidad adecuada. Con esta técnica, por lo tanto, los programas escritos con estos lenguajes pueden transportarse con eficiencia a diferentes máquinas. Para llevar a cabo el estudio de los lenguajes con paralelismo explícito, se ha desarrollado un modelo abstracto de paralelismo, en el cual un sistema está formado por una jerarquía de máquinas virtuales paralelas. Este modelo permite realizar un análisis genérico de la implementación de este tipo de lenguajes, ya sea sobre una máquina con sistema operativo o directamente sobre la máquina física. Este análisis genérico se ha aplicado a un lenguaje de este tipo, el lenguaje Ada. Se han estudiado las características específicas de Ada que pueden influir en la implementación eficiente del lenguaje, analizando también la propuesta de modificación del lenguaje correspondiente al proceso de revisión Ada 9X. Dentro del marco del modelo de paralelismo, se analiza también la problemática específica de las implementaciones del lenguaje sobre el sistema operativo. En este tipo de implementaciones, las interacciones de un programa con el entorno externo pueden causar ciertos problemas, como el bloqueo del proceso correspondiente del sistema operativo, que disminuyen el rendimiento del programa. Se analizan estos problemas y se proponen soluciones a los mismos. Se desarrolla en profundidad un ejemplo de este tipo de problemas: El acceso al estándar gráfico GKS desde Ada.---ABSTRACT---The major obstacle to the widespread utilization of the parallel machines is the lack of programming tools allowing the development of software portable between machines with different performance. This dissertation analyzes whether languages with explicit parallelism fulfil this requirement. The approach of using programs with more parallelism than available on the machine (parallel slackness) is presented. This technique can solve the efficiency problems appearing in the execution of programs with explicit parallelism over machines with a too coarse granularity. Therefore, with this approach programs can run efficiently on different machines. A new abstract model of parallelism allowing the generic study of the implementation of languages with explicit parallelism is developed. In this model, a parallel system is described by a hierarchy of parallel virtual machines. This generic analysis is applied to Ada language. Ada specific features with problematic implementation are identified and analyzed. The change proposals to Ada language in the frame of Ada 9X revisión process are also analyzed. The specific problematic of the language implementation on top of the operating system is studied under the scope of the parallelism model. With this kind of implementation, program interactions with extemal environments can lead to problems, like the blocking of the corresponding operating system process, decreasing the program execution performance. A practical example of this kind of problems, the access to GKS (Graphic Kernel System) from Ada programs, is analyzed and the implemented solution is described.

Mixed-criticality design of a satellite software system

The continuous increment of processors computational power and the requirements on additional functionality and services are motivating a change in the way embedded systems are built. Components with different criticality level are allocated in the same processor, which give rise to mixed-criticality systems. The use of partitioned systems is a way of preventing undesirable interferences between components with different criticality level. An hypervisor provides these partitions or virtual machines, ensuring spatial, temporal and fault isolation between them. The purpose of this paper is to illustrate the development of a mixed-critical system. The attitude control subsystem is used for showing the different steps, which are supported by a toolset developed in the context of the MultiPARTES research project.

A proposal for a modular and application-aware autonomic manager of private cloud infrastructures

Recientemente, el paradigma de la computación en la nube ha recibido mucho interés por parte tanto de la industria como del mundo académico. Las infraestructuras cloud públicas están posibilitando nuevos modelos de negocio y ayudando a reducir costes. Sin embargo, una compañía podría desear ubicar sus datos y servicios en sus propias instalaciones, o tener que atenerse a leyes de protección de datos. Estas circunstancias hacen a las infraestructuras cloud privadas ciertamente deseables, ya sea para complementar a las públicas o para sustituirlas por completo. Por desgracia, las carencias en materia de estándares han impedido que las soluciones para la gestión de infraestructuras privadas se hayan desarrollado adecuadamente. Además, la multitud de opciones disponibles ha creado en los clientes el miedo a depender de una tecnología concreta (technology lock-in). Una de las causas de este problema es la falta de alineación entre la investigación académica y los productos comerciales, ya que aquella está centrada en el estudio de escenarios idealizados sin correspondencia con el mundo real, mientras que éstos consisten en soluciones desarrolladas sin tener en cuenta cómo van a encajar con los estándares más comunes o sin preocuparse de hacer públicos sus resultados. Con objeto de resolver este problema, propongo un sistema de gestión modular para infraestructuras cloud privadas enfocado en tratar con las aplicaciones en lugar de centrarse únicamente en los recursos hardware. Este sistema de gestión sigue el paradigma de la computación autónoma y está diseñado en torno a un modelo de información sencillo, desarrollado para ser compatible con los estándares más comunes. Este modelo divide el entorno en dos vistas, que sirven para separar aquello que debe preocupar a cada actor involucrado del resto de información, pero al mismo tiempo permitiendo relacionar el entorno físico con las máquinas virtuales que se despliegan encima de él. En dicho modelo, las aplicaciones cloud están divididas en tres tipos genéricos (Servicios, Trabajos de Big Data y Reservas de Instancias), para que así el sistema de gestión pueda sacar partido de las características propias de cada tipo. El modelo de información está complementado por un conjunto de acciones de gestión atómicas, reversibles e independientes, que determinan las operaciones que se pueden llevar a cabo sobre el entorno y que es usado para hacer posible la escalabilidad en el entorno. También describo un motor de gestión encargado de, a partir del estado del entorno y usando el ya mencionado conjunto de acciones, la colocación de recursos. Está dividido en dos niveles: la capa de Gestores de Aplicación, encargada de tratar sólo con las aplicaciones; y la capa del Gestor de Infraestructura, responsable de los recursos físicos. Dicho motor de gestión obedece un ciclo de vida con dos fases, para así modelar mejor el comportamiento de una infraestructura real. El problema de la colocación de recursos es atacado durante una de las fases (la de consolidación) por un resolutor de programación entera, y durante la otra (la online) por un heurístico hecho ex-profeso. Varias pruebas han demostrado que este acercamiento combinado es superior a otras estrategias. Para terminar, el sistema de gestión está acoplado a arquitecturas de monitorización y de actuadores. Aquella estando encargada de recolectar información del entorno, y ésta siendo modular en su diseño y capaz de conectarse con varias tecnologías y ofrecer varios modos de acceso. ABSTRACT The cloud computing paradigm has raised in popularity within the industry and the academia. Public cloud infrastructures are enabling new business models and helping to reduce costs. However, the desire to host company’s data and services on premises, and the need to abide to data protection laws, make private cloud infrastructures desirable, either to complement or even fully substitute public oferings. Unfortunately, a lack of standardization has precluded private infrastructure management solutions to be developed to a certain level, and a myriad of diferent options have induced the fear of lock-in in customers. One of the causes of this problem is the misalignment between academic research and industry ofering, with the former focusing in studying idealized scenarios dissimilar from real-world situations, and the latter developing solutions without taking care about how they f t with common standards, or even not disseminating their results. With the aim to solve this problem I propose a modular management system for private cloud infrastructures that is focused on the applications instead of just the hardware resources. This management system follows the autonomic system paradigm, and is designed around a simple information model developed to be compatible with common standards. This model splits the environment in two views that serve to separate the concerns of the stakeholders while at the same time enabling the traceability between the physical environment and the virtual machines deployed onto it. In it, cloud applications are classifed in three broad types (Services, Big Data Jobs and Instance Reservations), in order for the management system to take advantage of each type’s features. The information model is paired with a set of atomic, reversible and independent management actions which determine the operations that can be performed over the environment and is used to realize the cloud environment’s scalability. From the environment’s state and using the aforementioned set of actions, I also describe a management engine tasked with the resource placement. It is divided in two tiers: the Application Managers layer, concerned just with applications; and the Infrastructure Manager layer, responsible of the actual physical resources. This management engine follows a lifecycle with two phases, to better model the behavior of a real infrastructure. The placement problem is tackled during one phase (consolidation) by using an integer programming solver, and during the other (online) with a custom heuristic. Tests have demonstrated that this combined approach is superior to other strategies. Finally, the management system is paired with monitoring and actuators architectures. The former able to collect the necessary information from the environment, and the later modular in design and capable of interfacing with several technologies and ofering several access interfaces.

Virtualización de laboratorios

Para empezar, se ha hecho un análisis de las diferentes posibilidades que se podían implementar para poder conseguir el objetivo del trabajo. El resultado final debe ser, disponer de máquinas para que el sistema operativo fuese independiente del hardware que se tiene instalado en él . Para ello, se decide montar un sistema operativo de base en todos los equipos del laboratorio, que tenga las necesidades mínimas que se necesitan, las cuales son una interfaz gráfica y conexión de red. Hay que intentar reducir el consumo de recursos al máximo con este sistema operativo mínimo para que el rendimiento de las máquinas sea lo más fluido posible para los usuarios. El sistema elegido fue Linux con su distribución Ubuntu [ubu, http] con los módulos mínimos que permita funcionar el software necesario. Una vez se instala el sistema operativo anfitrión, se instala el escritorio Xfce [ubu2, http], que es el más ligero de Ubuntu, pero que proporciona buen rendimiento. Después, se procedió a instalar un software de virtualización en cada equipo. En este caso se decidió, por las buenas prestaciones que ofrecía, que fuera VirtualBox [vir2,http] de Oracle. Sobre éste software se crean tantas máquinas virtuales (con sistema operativo Windows) como asignaturas diferentes se cursan en el laboratorio donde se trabaje. Con esto, se consigue que al arrancar el programa los alumnos pudieran escoger qué máquina arrancar y lo que es más importante, se permite realizar cualquier cambio en el hardware (exceptuando el disco duro porque borraría todo lo que se tuviera guardado). Además de no tener que volver a reinstalar el sistema operativo nuevamente, se consigue la abstracción del software y hardware. También se decide que, para tener un respaldo de las máquinas virtuales que se tengan creadas en VirtualBox, se utiliza un servidor NAS. Uno de los motivos de utilizar dicho servidor fue por aprovechar una infraestructura ya creada. Un servidor NAS da la posibilidad de recuperar cualquier archivo (máquina virtual) cuando haga falta porque haya alguna máquina virtual corrupta en algún equipo, o en varios. Este tipo de servidor tiene la gran ventaja de ser multicast, es decir, permite solicitudes simultáneas. ABSTRACT For starters, there has been an analysis of the different possibilities that could be implemented to achieve the objective of the work. This objective was to have machines for the operating system to be independent of the hardware we have installed on it. Therefore, we decided to create an operating system based on all computers in the laboratory, taking the minimum needs we need. This is a graphical interface and network connection. We must try to reduce the consumption of resources to the maximum for the performance of the machines is as fluid as possible for users. The system was chosen with its Ubuntu Linux distribution with minimum modules that allow us to run software that is necessary for us. Once the base is installed, we install the Xfce desktop, which is the lightest of Ubuntu, but which provided good performance. Then we proceeded to install a virtualization software on each computer. In this case we decided, for good performance that gave us, it was Oracle VirtualBox. About this software create many virtual machines (Windows operating system) as different subjects are studied in the laboratory where we are. With that, we got it at program startup students could choose which machine start and what is more important, allowed us to make any changes to the hardware (except the hard drive because it would erase all we have). Besides not having to reinstall the operating system again, we get the software and hardware abstraction. We also decided that in order to have a backup of our virtual machines that we created in VirtualBox, we use a NAS server. One reason to use that server was to leverage their existing network infrastructure. A NAS server gives us the ability to retrieve any file (image) when we do need because there is some corrupt virtual machine in a team, or several. This is possible because this type of server allows multicast connection.

Dynamic binary translation using run-time feedbacks

Dynamic binary translation is the process of translating, modifying and rewriting executable (binary) code from one machine to another at run-time. This process of low-level re-engineering consists of a reverse engineering phase followed by a forward engineering phase. UQDBT, the University of Queensland Dynamic Binary Translator, is a machine-adaptable translator. Adaptability is provided through the specification of properties of machines and their instruction sets, allowing the support of different pairs of source and target machines. Most binary translators are closely bound to a pair of machines, making analyses and code hard to reuse. Like most virtual machines, UQDBT performs generic optimizations that apply to a variety of machines. Frequently executed code is translated to native code by the use of edge weight instrumentation, which makes UQDBT converge more quickly than systems based on instruction speculation. In this paper, we describe the architecture and run-time feedback optimizations performed by the UQDBT system, and provide results obtained in the x86 and SPARC® platforms.