Paralelização de métodos de resolução de sistemas lineares esparsos com o DECK em um Cluster de PCs

O objetivo desta dissertação é a paralelização e a avaliação do desempenho de alguns métodos de resolução de sistemas lineares esparsos. O DECK foi utilizado para implementação dos métodos em um cluster de PCs. A presente pesquisa é motivada pela vasta utilização de Sistemas de Equações Lineares em várias áreas científicas, especialmente, na modelagem de fenômenos físicos através de Equações Diferenciais Parciais (EDPs). Nessa área, têm sido desenvolvidas pesquisas pelo GMC-PAD – Grupo de Matemática da Computação e Processamento de Alto Desempenho da UFRGS, para as quais esse trabalho vem contribuindo. Outro fator de motivação para a realização dessa pesquisa é a disponibilidade de um cluster de PCs no Instituto de Informática e do ambiente de programação paralela DECK – Distributed Execution and Communication Kernel. O DECK possibilita a programação em ambientes paralelos com memória distribuída e/ou compartilhada. Ele está sendo desenvolvido pelo grupo de pesquisas GPPD – Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído e com a paralelização dos métodos, nesse ambiente, objetiva-se também validar seu funcionamento e avaliar seu potencial e seu desempenho. Os sistemas lineares originados pela discretização de EDPs têm, em geral, como características a esparsidade e a numerosa quantidade de incógnitas. Devido ao porte dos sistemas, para a resolução é necessária grande quantidade de memória e velocidade de processamento, característicos de computações de alto desempenho. Dois métodos de resolução foram estudados e paralelizados, um da classe dos métodos diretos, o Algoritmo de Thomas e outro da classe dos iterativos, o Gradiente Conjugado. A forma de paralelizar um método é completamente diferente do outro. Isso porque o método iterativo é formado por operações básicas de álgebra linear, e o método direto é formado por operações elementares entre linhas e colunas da matriz dos coeficientes do sistema linear. Isso permitiu a investigação e experimentação de formas distintas de paralelismo. Do método do Gradiente Conjugado, foram feitas a versão sem précondicionamento e versões pré-condicionadas com o pré-condicionador Diagonal e com o pré-condicionador Polinomial. Do Algoritmo de Thomas, devido a sua formulação, somente a versão básica foi feita. Após a paralelização dos métodos de resolução, avaliou-se o desempenho dos algoritmos paralelos no cluster, através da realização de medidas do tempo de execução e foram calculados o speedup e a eficiência. As medidas empíricas foram realizadas com variações na ordem dos sistemas resolvidos e no número de nodos utilizados do cluster. Essa avaliação também envolveu a comparação entre as complexidades dos algoritmos seqüenciais e a complexidade dos algoritmos paralelos dos métodos. Esta pesquisa demonstra o desempenho de métodos de resolução de sistemas lineares esparsos em um ambiente de alto desempenho, bem como as potencialidades do DECK. Aplicações que envolvam a resolução desses sistemas podem ser realizadas no cluster, a partir do que já foi desenvolvido, bem como, a investigação de précondicionadores, comparação do desempenho com outros métodos de resolução e paralelização dos métodos com outras ferramentas possibilitando uma melhor avaliação do DECK.

Paralelizações de métodos numéricos em clusters empregando as bibliotecas MPICH, DECK e Pthread

Este trabalho tem como objetivo desenvolver e empregar técnicas e estruturas de dados agrupadas visando paralelizar os métodos do subespaço de Krylov, fazendo-se uso de diversas ferramentas e abordagens. A partir dos resultados é feita uma análise comparativa de desemvpenho destas ferramentas e abordagens. As paralelizações aqui desenvolvidas foram projetadas para serem executadas em um arquitetura formada por um agregado de máquinas indepentes e multiprocessadas (Cluster), ou seja , são considerados o paralelismo e intra-nodos. Para auxiliar a programação paralela em clusters foram, e estão sendo, desenvolvidas diferentes ferramentas (bibliotecas) que visam a exploração dos dois níveis de paralelismo existentes neste tipo de arquitetura. Neste trabalho emprega-se diferentes bibliotecas de troca de mensagens e de criação de threads para a exploração do paralelismo inter-nodos e intra-nodos. As bibliotecas adotadas são o DECK e o MPICH e a Pthread. Um dos itens a serem analisados nestes trabalho é acomparação do desempenho obtido com essas bibliotecas.O outro item é a análise da influência no desemepnho quando quando tulizadas múltiplas threads no paralelismo em clusters multiprocessados. Os métodos paralelizados nesse trabalho são o Gradiente Conjugação (GC) e o Resíduo Mínmo Generalizado (GMRES), quepodem ser adotados, respectivamente, para solução de sistemas de equações lineares sintéticos positivos e definidos e não simétricas. Tais sistemas surgem da discretização, por exemplo, dos modelos da hidrodinâmica e do transporte de massa que estão sendo desenvolvidos no GMCPAD. A utilização desses métodos é justificada pelo fato de serem métodos iterativos, o que os torna adequados à solução de sistemas de equações esparsas e de grande porte. Na solução desses sistemas através desses métodos iterativos paralelizados faz-se necessário o particionamento do domínio do problema, o qual deve ser feito visando um bom balanceamento de carga e minimização das fronteiras entre os sub-domínios. A estrutura de dados desenvolvida para os métodos paralelizados nesse trabalho permite que eles sejam adotados para solução de sistemas de equações gerados a partir de qualquer tipo de particionamento, pois o formato de armazenamento de dados adotado supre qualquer tipo de dependência de dados. Além disso, nesse trabalho são adotadas duas estratégias de ordenação para as comunicações, estratégias essas que podem ser importantes quando se considera a portabilidade das paralelizações para máquinas interligadas por redes de interconexão com buffer de tamanho insuficiente para evitar a ocorrência de dealock. Os resultados obtidos nessa dissertação contribuem nos trabalhos do GMCPAD, pois as paralelizações são adotadas em aplicações que estão sendo desenvolvidas no grupo.

Sistema Aldeia : programação paralela e distribuída em Java sobre Infiniband e DECK

Esse trabalho de dissertação está incluído no contexto das pesquisas realizadas no Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído da UFRGS. Ele aborda as áreas da computação de alto desempenho, interfaces simples de programação e de sistemas de interconexão de redes velozes. A máquina paralela formada por agregados (clusters) tem se destacado por apresentar os recursos computacionais necessários às aplicações intensivas que necessitam de alto desempenho. Referente a interfaces de programação, Java tem se mostrado uma boa opção para a escrita de aplicações paralelas por oferecer os sistemas de RMI e de soquetes que realizam comunicação entre dois computadores, além de todas as facilidades da orientação a objetos. Na área a respeito de interconexão de rede velozes está emergindo como uma tentativa de padronização a nova tecnologia Infiniband. Ela proporciona uma baixa latência de comunicação e uma alta vazão de dados, além de uma série de vantagens implementadas diretamente no hardware. É neste contexto que se desenvolve o presente trabalho de dissertação de mestrado. O seu tema principal é o sistema Aldeia que reimplementa a interface bastante conhecida de soquetes Java para realizar comunicação assíncrona em agregados formados por redes de sistema. Em especial, o seu foco é redes configuradas com equipamentos Infiniband. O Aldeia objetiva assim preencher a lacuna de desempenho do sistema padrão de soquetes Java, que além de usar TCP/IP possui um caráter síncrono. Além de Infiniband, o Aldeia também procura usufruir dos avanços já realizados na biblioteca DECK, desenvolvida no GPPD da UFRGS. Com a sua adoção, é possível realizar comunicação com uma interface Java sobre redes Myrinet, SCI, além de TCP/IP. Somada a essa vantagem, a utilização do DECK também proporciona a propriedade de geração de rastros para a depuração de programas paralelos escritos com o Aldeia. Uma das grandes vantagens do Aldeia está na sua capacidade de transmitir dados assincronamente. Usando essa técnica, cálculos da aplicação podem ser realizados concorrentemente com as operações pela rede. Por fim, os canais de dados do Aldeia substituem perfeitamente aqueles utilizados para a serialização de objetos. Nesse mesmo caminho, o Aldeia pode ser integrado à sistemas que utilizem a implementação de soquetes Java, agora para operar sobre redes de alta velocidade. Palavras-chave: Arquitetura Infiniband, agregado de computadores, linguagem de programação Java, alto desempenho, interface de programação.

Risk factors of oropharyngeal carriage of Pseudomonas aeruginosa among patients from a Medical-Surgical Intensive Care Unit

Oropharyngeal carriage of Pseudomonas aeruginosa is associated with increased risk of infection and may provide a source for spread of drug-resistant strains. In order to assess the incidence and risk factors of oropharyngeal carriage, we conducted a retrospective cohort study based on results of surveillance cultures (oropharyngeal swabs) from a medical-surgical intensive care unit, collected from March 2005 through May 2006. Variables investigated included demographic characteristics, comorbid conditions, invasive procedures, use of devices and use of antimicrobials. Thirty case patients with P. aeruginosa carriage were identified. Other 84 patients with surveillance cultures negative to P. aeruginosa were enrolled as control subjects. Case patients were more likely to have a solid malignancy (Odds Ratio [OR] = 12.04, 95% Confidence Interval [CI] = 1.93-75.09, p=0.008), Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS, OR = 7.09, 95% CI=1.11-45.39, p = 0.04), central nervous system disease (OR = 4.51, 95% CI = 1.52-13.39, p = 0.007), or to have a central venous catheter placed (OR = 7.76, 95% CI = 1.68-35.79, p=0.009). The use of quinolones was a protective factor (OR = 0.13, 95% CI = 0.03-0.47, p = 0.002). The predominance of comorbidities as risk factors points out a group of patients to whom preventive measures should be directed.

Staphylococcal carriage and antibodies to toxic shock syndrome toxin 1 in Brazilian women

A study of 215 women from different socioeconomic backgrounds in Botucatu, Brazil, was conducted to reveal possible clues why toxic shock syndrome (TSS) is seldom diagnosed in Brazil. Of the 215 women, 79 were colonized with Staphylococcus aureus either in the nasal passages and/or in the vaginal area, which is comparable to the colonization of individuals in the developed countries Thirteen of the women were colonized with S. aureus that produced toxic shock syndrome toxin-1 (TSST-1), the toxin responsible for the majority of cases of TSS. Eleven strains produced enterotoxin B, the only enterotoxin implicated in TSS, primarily in non-menstrual TSS. Enterotoxin A was produced by 15 strains and is commonly associated with the production of TSST-1, but has not been implicated in TSS. Seven strains produced enterotoxin D and one strain produced enterotoxin C, but these have not been implicated in TSS. Only 9 women used tampons which may be a major reason for the lack of menstrual TSS in Brazil, Only two of the 49 women whose sera were examined for the presence of antibodies to TSST-1 had no or very low antibody titers, the major protection against the development of TSS, both menstrual and non-menstrual TSS. This is a lower percentage than has been observed in the developed countries. Although another possibility for the lack of TSS in Brazil is the failure to recognize the disease, however, the results of this limited study indicate the importance of low usage of tampons and the high percentage of individuals with antibodies to TSST-1. The socioeconomic backgrounds of the participants were of little significance.

Competition and complementarity between road and rail transport in the carriage of freight

A seminar on competition and complementarity between road and rail transport in the carriage of freight was conducted at ECLAC Headquarters on 6-7 November 2001. The seminar was attended by experts on transport matters from a range of countries, and their presentations covered the current state of integration of transport in countries like Argentina, Brazil, Chile and Mexico. Also in attendance was an expert from Central America, who spoke about modal integration of freight transport in that region. Three round-table discussions were held with the participation of representatives of the trucking and rail sectors, drawn from both the private and public spheres.

Salivary carriage of periodontal pathogens in generalized aggressive periodontitis families

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Nasal Carriage of Staphylococcus aureus in Botucatu, Brazil: A Population-Based Survey

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Nasopharyngeal carriage of Staphylococcus aureus among imprisoned males from Brazil without exposure to healthcare: risk factors and molecular characterization

Background: Previous studies report high prevalence of Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) colonization among imprisoned populations. However, there are no data on that prevalence in Brazilian correctional institutions.Findings: We tested 302 male prisoners for nasopharyngeal colonization with Staphylococcus aureus from February 2009 through April 2010. The overall isolation rate of S. aureus was 16.5% (50/302). Men who had sex with men, users of inhalatory drugs and those with previous lung or skin diseases were more likely to be colonized with S. aureus. MRSA was isolated from 0.7% of subjects (2/302). The two Community-associated (CA)-MRSA belonged to ST5 but were unrelated based on the PFGE results. Both harbored SCCmec IV, and did not possess the Panton-Valentine Leukocidin gene.Conclusion: We found low prevalence of S. aureus and CA-MRSA among prisoners. MRSA isolates ST5 from two subjects harboured SCCmec IV and presented different PFGE patterns.

Prevalence of hepatitis B virus infection and carriage after nineteen years of vaccination program in the Western Brazilian Amazon

Introduction: Reductions in the prevalence of hepatitis B virus (HBV) infection and carriage, decreases in liver cancer incidence, and changes in patterns of liver dysfunctions are described after hepatitis B vaccination. Methods: We conducted a population-based seroprevalence study aimed at estimating the HBV prevalence and risk of infection in the rural area of Labrea following nineteen years of HBV vaccination. Results: Half of the subjects showed total anti-HBc of 52.1% (95% CI 49.6-54.7). The HBsAg prevalence was 6.2% (95% CI 5.1-7.6). Multivariate analysis showed an inverse association between HBV infection and vaccination (OR 0.62; 95% CI 0.44-0.87). HBsAg remained independently associated with past hepatitis (OR 2.44; 95% CI 1.52-3.89) and inversely to vaccination (OR 0.43; 95% CI 0.27-0.69). The prevalence of HBeAg among HBsAg-positive individuals was 20.4% (95% CI 12.8-30.1), with the positive subjects having a median age of 11 years (1-46) p=0.0003. Conclusions: We demonstrate that HBV infection is still an important public health issue and that HBV vaccination could have had better impact on HBV epidemiology. If we extrapolate these findings to other rural areas in the Brazilian Amazon, we can predict that the sources of chronic infected patients remain a challenge. Future studies are needed regarding clinical aspects, molecular epidemiology, surveillance of acute cases, and risk groups.

Piattaforma off-shore : progettazione delle procedure di movement e lifting relative al lower level deck section 1 e section 2

Progettazione delle procedure necessarie alla realizzazione di piattaforme off-shore, grandi e complesse strutture intelaiate di pilastri, diagonali, travi primarie e travi secondarie, progettate per insediarsi in ambiente marino ed idonee ad ospitare impianti per l'estrazione di idrocarburi. Durante la fase di progettazione si procede con l'ideare la struttura della piattaforma fino a definire le caratteristiche di ogni componente: tale fase ha come esito la redazione dei project drawings (disegni di progetto). La fase di realizzazione è quella che interessa propriamente il lavoro svolto: a seguito della progettazione infatti emergono nuove problematiche a livello applicativo e costruttivo che necessitano di essere studiate e risolte preventivamente alla costruzione fisica dell'opera. In particolar modo è necessario definire quali parti della struttura possono essere acquistate e quali invece devono essere realizzate su misura. Definite le modalità costruttive, viene effettuato lo studio riguardante la movimentazione dei vari piani della piattaforma, movement, e successivamente le problematiche relative al sollevamento degli stessi, lifting. Le due procedure necessitano di raffinate valutazioni euristiche ed analitiche per garantire che la struttura non collassi.

Sviluppo dell'ingegneria di cantiere per la realizzazione del deck della piattaforma offshore Eni Fauzia

La tesi tratta di tutti gli studi, le verifiche e le procedure necessarie per realizzare il deck di una piattaforma offshore. Il progetto Eni Fauzia è stato seguito dalla Rosetti Marino Spa di Ravenna, presso il cantiere Piomboni.

Molecular variability of Meningococcal antigens in carriage and disease strains and in other Neisseria species

This PhD thesis is focused on the study of the molecular variability of some specific proteins, part of the outer membrane of the pathogen Neisseria meningitidis, and described as protective antigens and important virulence factors. These antigens have been employed as components of the vaccine developed by Novartis Vaccines against N. meningitidis of serogroup B, and their variability in the meningococcal population is a key aspect when the effect of the vaccine is evaluated. The PhD project has led to complete three major studies described in three different manuscritps, of which two have been published and the third is in preparation. The thesis is structured in three main chapters, each of them dedicated to the three studies. The first, described in Chapter 1, is specifically dedicated to the analysis of the molecular conservation of meningococcal antigens in the genomes of all species classified in the genus Neisseria (Conservation of Meningococcal Antigens in the Genus Neisseria. A. Muzzi et al.. 2013. mBio 4 (3)). The second study, described in Chapter 2, focuses on the analysis of the presence and conservation of the antigens in a panel of bacterial isolates obtained from cases of the disease and from healthy individuals, and collected in the same year and in the same geographical area (Conservation of fHbp, NadA, and NHBA in carrier and pathogenic isolates of Neisseria meningitidis collected in the Czech Republic in 1993. A. Muzzi et al.. Manuscript in preparation). Finally, Chapter 3 describes the molecular features of the antigens in a panel of bacterial isolates collected over a period of 50 years, and representatives of the epidemiological history of meningococcal disease in the Netherlands (An Analysis of the Sequence Variability of Meningococcal fHbp, NadA and NHBA over a 50-Year Period in the Netherlands. S. Bambini et al.. 2013. PloS one e65043).

Fecal carriage of extended-spectrum beta-lactamase-producing Enterobacteriaceae in swine and cattle at slaughter in Switzerland

During the past decade, extended-spectrum beta-lactamase (ESBL)-producing Enterobacteriaceae have become a matter of great concern in human medicine. ESBL-producing strains are found in the community, not just in hospital-associated patients, which raises a question about possible reservoirs. Recent studies describe the occurrence of ESBL-producing Enterobacteriaceae in meat, fish, and raw milk; therefore, the impact of food animals as reservoirs for and disseminators of such strains into the food production chain must be assessed. In this pilot study, fecal samples of 59 pigs and 64 cattle were investigated to determine the occurrence of ESBL-producing Enterobacteriaceae in farm animals at slaughter in Switzerland. Presumptive-positive colonies on Brilliance ESBL agar were subjected to identification and antibiotic susceptibility testing including the disc diffusion method and E-test ESBL strips. As many as 15.2% of the porcine and 17.1% of the bovine samples, predominantly from calves, yielded ESBL producers. Of the 21 isolated strains, 20 were Escherichia coli, and one was Citrobacter youngae. PCR analysis revealed that 18 strains including C. youngae produced CTX-M group 1 ESBLs, and three strains carried genes encoding for CTX-M group 9 enzymes. In addition, eight isolates were PCR positive for TEM beta-lactamase, but no bla(SHV) genes were detected. Pulsed-field gel electrophoresis showed a high genetic diversity within the strains. The relatively high rates of occurrence of ESBLproducing strains in food animals and the high genetic diversity among these strains indicate that there is an established reservoir of these organisms in farm animals. Further studies are necessary to assess future trends.