Server-based scheduling of parallel real-time tasks

Multicore platforms have transformed parallelism into a main concern. Parallel programming models are being put forward to provide a better approach for application programmers to expose the opportunities for parallelism by pointing out potentially parallel regions within tasks, leaving the actual and dynamic scheduling of these regions onto processors to be performed at runtime, exploiting the maximum amount of parallelism. It is in this context that this paper proposes a scheduling approach that combines the constant-bandwidth server abstraction with a priority-aware work-stealing load balancing scheme which, while ensuring isolation among tasks, enables parallel tasks to be executed on more than one processor at a given time instant.

The roman conquered by delay: reducing the number of preemptions using sleep states

Sleep-states are emerging as a first-class design choice in energy minimization. A side effect of this is that the release behavior of the system is affected and subsequently the preemption relations between tasks. In a first step we have investigated how the behavior in terms of number of preemptions of tasks in the system is changed at runtime, using an existing procrastination approach, which utilizes sleepstates for energy savings purposes. Our solution resulted in substantial savings of preemptions and we expect from even higher yields for alternative energy saving algorithms. This work is intended to form the base of future research, which aims to bound the number of preemptions at analysis time and subsequently how this may be employed in the analysis to reduced the amount of system utilization, which is reserved to account for the preemption delay.

Real-time tracking and reporting of dynamic events in hierarchical wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSNs) are highly distributed systems in which resource allocation (bandwidth, memory) must be performed efficiently to provide a minimum acceptable Quality of Service (QoS) to the regions where critical events occur. In fact, if resources are statically assigned independently from the location and instant of the events, these resources will definitely be misused. In other words, it is more efficient to dynamically grant more resources to sensor nodes affected by critical events, thus providing better network resource management and reducing endto- end delays of event notification and tracking. In this paper, we discuss the use of a WSN management architecture based on the active network management paradigm to provide the real-time tracking and reporting of dynamic events while ensuring efficient resource utilization. The active network management paradigm allows packets to transport not only data, but also program scripts that will be executed in the nodes to dynamically modify the operation of the network. This presumes the use of a runtime execution environment (middleware) in each node to interpret the script. We consider hierarchical (e.g. cluster-tree, two-tiered architecture) WSN topologies since they have been used to improve the timing performance of WSNs as they support deterministic medium access control protocols.

Exact admission-control for integrated aperiodic and periodic tasks

Admission controllers are used to prevent overload in systems with dynamically arriving tasks. Typically, these admission controllers are based on suÆcient (but not necessary) capacity bounds in order to maintain a low computational complexity. In this paper we present how exact admission-control for aperiodic tasks can be eÆciently obtained. Our rst result is an admission controller for purely aperiodic task sets where the test has the same runtime complexity as utilization-based tests. Our second result is an extension of the previous controller for a baseload of periodic tasks. The runtime complexity of this test is lower than for any known exact admission-controller. In addition to presenting our main algorithm and evaluating its performance, we also discuss some general issues concerning admission controllers and their implementation.

Bivalve taxonomic diversity throughout the Italian Pliocene as a tool for climatic-oceanographic and stratigraphic inferences

The state of research on the evolution of marine bivalve taxonomic diversity of the Mediterranean Pliocene is analysed. The following assertions are discussed: 1) The Early Pliocene malacofauna is characterized by a high number of warm-water taxa and a high taxonomic diversity with respect to that of the present time. 2) The first appreciable extinction event in the Mediterranean Pliocene approximates or just follows the FO of Globorotalia bononiensis. 3) The second appreciable extinction event is between the LAD of Discoaster tamalis and the LAD of Discoaster surculus . 4) A third minor extinction event is penecontemporaneous with the FO of Globorotalia inflaia. Taking into account the available data on the Pliocene extinction events it has been possible to distinguish 4 different molluscan units with different climatic-oceanographic significance.

Type System for the ComponentJ Programming Language

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática.

Bivalve taxonomic diversity throughout the Italian Pliocene as a tool for climatic-oceanographic and stratigraphic inferences

The state of research on the evolution of marine bivalve taxonomic diversity of the Mediterranean Pliocene is analysed. The following assertions are discussed: 1) The Early Pliocene malacofauna is characterized by a high number of warm-water taxa and a high taxonomic diversity with respect to that of the present time. 2) The first appreciable extinction event in the Mediterranean Pliocene approximates or just follows the FO of Globorotalia bononiensis. 3) The second appreciable extinction event is between the LAD of Discoaster tamalis and the LAD of Discoaster surculus. 4) A third minor extinction event is penecontemporaneous with the FO of Globorotalia inflata. Taking into account the available data on the Pliocene extinction events it has been possible to distinguish 4 different molluscan units with different climatic-oceanographic significance.

Detect and pointing algorithm's performance for a planar smart antenna array: a review

An adaptive antenna array combines the signal of each element, using some constraints to produce the radiation pattern of the antenna, while maximizing the performance of the system. Direction of arrival (DOA) algorithms are applied to determine the directions of impinging signals, whereas beamforming techniques are employed to determine the appropriate weights for the array elements, to create the desired pattern. In this paper, a detailed analysis of both categories of algorithms is made, when a planar antenna array is used. Several simulation results show that it is possible to point an antenna array in a desired direction based on the DOA estimation and on the beamforming algorithms. A comparison of the performance in terms of runtime and accuracy of the used algorithms is made. These characteristics are dependent on the SNR of the incoming signal.

CPMD-mindful task assignment for NPS-F

The multiprocessor scheduling scheme NPS-F for sporadic tasks has a high utilisation bound and an overall number of preemptions bounded at design time. NPS-F binpacks tasks offline to as many servers as needed. At runtime, the scheduler ensures that each server is mapped to at most one of the m processors, at any instant. When scheduled, servers use EDF to select which of their tasks to run. Yet, unlike the overall number of preemptions, the migrations per se are not tightly bounded. Moreover, we cannot know a priori which task a server will be currently executing at the instant when it migrates. This uncertainty complicates the estimation of cache-related preemption and migration costs (CPMD), potentially resulting in their overestimation. Therefore, to simplify the CPMD estimation, we propose an amended bin-packing scheme for NPS-F allowing us (i) to identify at design time, which task migrates at which instant and (ii) bound a priori the number of migrating tasks, while preserving the utilisation bound of NPS-F.

NoC contention analysis using a branch-and-prune algorithm

“Many-core” systems based on a Network-on-Chip (NoC) architecture offer various opportunities in terms of performance and computing capabilities, but at the same time they pose many challenges for the deployment of real-time systems, which must fulfill specific timing requirements at runtime. It is therefore essential to identify, at design time, the parameters that have an impact on the execution time of the tasks deployed on these systems and the upper bounds on the other key parameters. The focus of this work is to determine an upper bound on the traversal time of a packet when it is transmitted over the NoC infrastructure. Towards this aim, we first identify and explore some limitations in the existing recursive-calculus-based approaches to compute the Worst-Case Traversal Time (WCTT) of a packet. Then, we extend the existing model by integrating the characteristics of the tasks that generate the packets. For this extended model, we propose an algorithm called “Branch and Prune” (BP). Our proposed method provides tighter and safe estimates than the existing recursive-calculus-based approaches. Finally, we introduce a more general approach, namely “Branch, Prune and Collapse” (BPC) which offers a configurable parameter that provides a flexible trade-off between the computational complexity and the tightness of the computed estimate. The recursive-calculus methods and BP present two special cases of BPC when a trade-off parameter is 1 or ∞, respectively. Through simulations, we analyze this trade-off, reason about the implications of certain choices, and also provide some case studies to observe the impact of task parameters on the WCTT estimates.

Optimizing memory transactions for large-scale programs

Even though Software Transactional Memory (STM) is one of the most promising approaches to simplify concurrent programming, current STM implementations incur significant overheads that render them impractical for many real-sized programs. The key insight of this work is that we do not need to use the same costly barriers for all the memory managed by a real-sized application, if only a small fraction of the memory is under contention lightweight barriers may be used in this case. In this work, we propose a new solution based on an approach of adaptive object metadata (AOM) to promote the use of a fast path to access objects that are not under contention. We show that this approach is able to make the performance of an STM competitive with the best fine-grained lock-based approaches in some of the more challenging benchmarks. (C) 2015 Elsevier Inc. All rights reserved.

Static detection of anomalies in transactional memory programs

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

A calculus for modeling and analyzing conversations in service-oriented computing

Dissertação apresentada para a obtenção do Grau de Doutor em Informática pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Análise de desempenho de algoritmos de otimização para extração de parâmetros em modelos semicondutores de potência

Apresenta-se nesta tese uma revisão da literatura sobre a modelação de semicondutores de potência baseada na física e posterior análise de desempenho de dois métodos estocásticos, Particle Swarm Optimizaton (PSO) e Simulated Annealing (SA), quando utilizado para identificação eficiente de parâmetros de modelos de dispositivos semicondutores de potência, baseado na física. O conhecimento dos valores destes parâmetros, para cada dispositivo, é fundamental para uma simulação precisa do comportamento dinâmico do semicondutor. Os parâmetros são extraídos passo-a-passo durante simulação transiente e desempenham um papel relevante. Uma outra abordagem interessante nesta tese relaciona-se com o facto de que nos últimos anos, os métodos de modelação para dispositivos de potência têm emergido, com alta precisão e baixo tempo de execução baseado na Equação de Difusão Ambipolar (EDA) para díodos de potência e implementação no MATLAB numa estratégia de optimização formal. A equação da EDA é resolvida numericamente sob várias condições de injeções e o modelo é desenvolvido e implementado como um subcircuito no simulador IsSpice. Larguras de camada de depleção, área total do dispositivo, nível de dopagem, entre outras, são alguns dos parâmetros extraídos do modelo. Extração de parâmetros é uma parte importante de desenvolvimento de modelo. O objectivo de extração de parâmetros e otimização é determinar tais valores de parâmetros de modelo de dispositivo que minimiza as diferenças entre um conjunto de características medidas e resultados obtidos pela simulação de modelo de dispositivo. Este processo de minimização é frequentemente chamado de ajuste de características de modelos para dados de medição. O algoritmo implementado, PSO é uma técnica de heurística de otimização promissora, eficiente e recentemente proposta por Kennedy e Eberhart, baseado no comportamento social. As técnicas propostas são encontradas para serem robustas e capazes de alcançar uma solução que é caracterizada para ser precisa e global. Comparada com algoritmo SA já realizada, o desempenho da técnica proposta tem sido testado utilizando dados experimentais para extrair parâmetros de dispositivos reais das características I-V medidas. Para validar o modelo, comparação entre resultados de modelo desenvolvido com um outro modelo já desenvolvido são apresentados.

Tolerância a falhas em sistemas de tempo-real distribuídos e embebidos

Este documento descreve um modelo de tolerância a falhas para sistemas de tempo-real distribuídos. A sugestão deste modelo tem como propósito a apresentação de uma solu-ção fiável, flexível e adaptável às necessidades dos sistemas de tempo-real distribuídos. A tolerância a falhas é um aspeto extremamente importante na construção de sistemas de tempo-real e a sua aplicação traz inúmeros benefícios. Um design orientado para a to-lerância a falhas contribui para um melhor desempenho do sistema através do melhora-mento de aspetos chave como a segurança, a confiabilidade e a disponibilidade dos sis-temas. O trabalho desenvolvido centra-se na prevenção, deteção e tolerância a falhas de tipo ló-gicas (software) e físicas (hardware) e assenta numa arquitetura maioritariamente basea-da no tempo, conjugada com técnicas de redundância. O modelo preocupa-se com a efi-ciência e os custos de execução. Para isso utilizam-se também técnicas tradicionais de to-lerância a falhas, como a redundância e a migração, no sentido de não prejudicar o tempo de execução do serviço, ou seja, diminuindo o tempo de recuperação das réplicas, em ca-so de ocorrência de falhas. Neste trabalho são propostas heurísticas de baixa complexida-de para tempo-de-execução, a fim de se determinar para onde replicar os componentes que constituem o software de tempo-real e de negociá-los num mecanismo de coordena-ção por licitações. Este trabalho adapta e estende alguns algoritmos que fornecem solu-ções ainda que interrompidos. Estes algoritmos são referidos em trabalhos de investiga-ção relacionados, e são utilizados para formação de coligações entre nós coadjuvantes. O modelo proposto colmata as falhas através de técnicas de replicação ativa, tanto virtual como física, com blocos de execução concorrentes. Tenta-se melhorar ou manter a sua qualidade produzida, praticamente sem introduzir overhead de informação significativo no sistema. O modelo certifica-se que as máquinas escolhidas, para as quais os agentes migrarão, melhoram iterativamente os níveis de qualidade de serviço fornecida aos com-ponentes, em função das disponibilidades das respetivas máquinas. Caso a nova configu-ração de qualidade seja rentável para a qualidade geral do serviço, é feito um esforço no sentido de receber novos componentes em detrimento da qualidade dos já hospedados localmente. Os nós que cooperam na coligação maximizam o número de execuções para-lelas entre componentes paralelos que compõem o serviço, com o intuito de reduzir atra-sos de execução. O desenvolvimento desta tese conduziu ao modelo proposto e aos resultados apresenta-dos e foi genuinamente suportado por levantamentos bibliográficos de trabalhos de in-vestigação e desenvolvimento, literaturas e preliminares matemáticos. O trabalho tem também como base uma lista de referências bibliográficas.