Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-06-23T14:59:40Z No. of bitstreams: 1 TES_GUILHERME_AFONSO_MADALOZZO_COMPLETO.pdf: 2690462 bytes, checksum: f0014136baae215c473fedda8527433f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-23T14:59:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_GUILHERME_AFONSO_MADALOZZO_COMPLETO.pdf: 2690462 bytes, checksum: f0014136baae215c473fedda8527433f (MD5) Previous issue date: 2017-01-12 / Funda??o de Amparo ? Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS) / The evolution of integrated circuit manufacturing process allowed the SoC (System-on- Chip) design in the 90?s, and currently the design of multiprocessors systems on chip ? MPSoCs (Multiprocessor System-on-Chip). Embedded systems use these devices, due to the offered computational power. The MPSoC design is a challenging task. Specify the MPSoC characteristics, define the components that compose the system and analyze their features are decisions that may change over the product development. Traditional design methods do not favor the design space exploration, leading to expensive products due to required hardware simulation at the gate level, which is only available at the end of the design flow. To solve the design problems of traditional methods, Platform Based Design (PBD) techniques is a design choice. The basis of PBD is a virtual platform model, enabling fast simulations, software debugging and reusability of hardware components. This Thesis comprises the study and development in two research axes: (1) modeling of virtual platforms; (2) analytical methods for software heuristics targeting embedded real-time applications. Virtual platforms are modeled by using ADLs (Architecture Description Languages). This work presents the modeling of several virtual platforms, using different abstraction levels (from RTL to untimed models) and memory architectures (shared and distributed). Based on the evaluations performed in each architecture, the HeMPS platform was adapted to execute real-time applications. The results showed that using the proposed scheduling mechanism and RTA mapping, the results meet the constraints defined by the applications. Comparing platforms with mapping and schedule heuristics on literature, the proposed platform met 100% of the restrictions resulting from the test cases. / A evolu??o no processo de fabrica??o de circuitos integrados permitiu o projeto de SoCs na d?cada de 1990, e atualmente o projeto de sistemas multiprocessados em um ?nico chip - MPSoCs (Multiprocessor System-on-Chip). Estes dispositivos s?o amplamente utilizados em sistemas embarcados, dado o poder computacional oferecido pelos mesmos. Aplica??es com restri??es de tempo-real v?m sendo utilizadas constantemente, sendo um desafio para o projeto de SoCs. O projeto de MPSoCs ? altamente complexo. Especificar as caracter?sticas do MPSoC, definir os componentes que comp?e o sistema e analisar suas funcionalidades s?o decis?es que podem apresentar altera??es ao longo do desenvolvimento do produto. M?todos tradicionais de projeto n?o favorecem as tomadas de decis?es e encarecem o produto, pois requerem simula??o em n?vel de hardware, estando dispon?vel apenas no final do fluxo de projeto. Para solucionar os problemas apresentados pelos m?todos tradicionais de projeto, adotou-se a t?cnica de projeto baseado em plataforma (PBD ? Platform Based Design). O m?todo de projeto PBD adota a modelagem de plataformas virtuais em n?vel de sistema possibilitando r?pidas simula??es, depura??o de software e reuso de componentes de hardware. Esta Tese tem por objetivo realizar estudos e desenvolvimentos em 2 eixos de pesquisa: (1) modelagem de plataformas virtuais com diferentes organiza??es de mem?ria; (2) estudo de m?todos anal?ticos para mecanismos de software em sistemas com restri??es de tempo-real. Para a modelagem de plataformas virtuais usa-se as ADLs (Architecture Description Language) OVP e ArchC. Neste tema de trabalho, diversas plataformas foram modeladas em diferentes n?veis de abstra??o (de RTL a modelos sem temporiza??o) e com diferentes arquiteturas de mem?ria (compartilhada e distribu?da). Com base nas avalia??es realizadas em cada arquitetura, adequou-se a plataforma HeMPS para executar aplica??es com restri??es de tempo-real. Os resultados apresentaram que, com a utiliza??o do mecanismo de escalonamento e do mapeamento RTA propostos, os dados resultantes das aplica??es com restri??es de tempo-real aconteceram dentro do per?odo de tempo definido pela aplica??o. Comparando plataformas com heur?sticas de mapeamento e escalonamento presentes na literatura, a plataforma desenvolvida na presente Tese atende as restri??es de aplica??es Hard-RT, garantindo 100% das restri??es resultantes dos casos de testes.

OGrid Anywhere é um middleware de grade computacional ponto-aponto (P2P), capaz de agrupar em uma organização virtual ou federação qualquer equipamento dotado de recursos computacionais, inclusive receptores digitais. O objetivo deste projeto de mestrado apresentado nesta monografia é desenvolver e avaliar algoritmos de escalonamento que possibilitem uma distribuição adequada de processos nos elementos da grade computacional proposta pelo Grid Anywhere. Foram realizados experimentos utilizando o simulador GridSim, simulando um ambiente definido por esse middleware. Por meio dessa junção entre Grades Computacionais e TV Digital, pretende-se promover a inclusão digital permitindo que recursos computacionais sejam compartilhados de maneira a possibilitar que usuários com receptores limitados executem aplicações que demandem mais recursos que aqueles ofertados pelo hardware / GRid Anywhere is a middleware for grid computing peer-to-peer (P2P), capable of bringing together into a virtual organization or federation any equipment having computing resources, including digital receivers. The objective of this masters project presented in this monograph is to develop and evaluate scheduling algorithms that allow an adequate distribution of applications in computational grid elements proposed by the Grid Anywhere. Experiments were carried out using the GridSim simulator, simulating an environment defined by the middleware. Through this joint between Grid Computing and Digital TV, it is possible to promote digital inclusion by allowing computing resources to be shared, so as to enable users with limited receivers to run applications that require more resources than those offered by the hardware

As características de um sistema podem variar ao longo do seu envelope operacional. Este fato gera um grande desafio para projetos de controle realizados com base em uma planta de referência. Portanto, para projetar uma lei de controle que atenda aos requisitos de projeto em todo o envelope operacional do sistema, normalmente, recorre-se ao escalonamento de ganhos. Uma interessante alternativa é o Quantitative Feedback Theory (QFT), técnica de controle robusto que é, principalmente, caracterizada por considerar, desde o início do projeto, as incertezas de modelagem do sistema, causadas ou por variações nos próprios parâmetros do sistema ou por perturbações externas ao mesmo. O projeto por esta técnica de controle é realizado no domínio da freqüência e considera requisitos de rastreamento de performance, de atenuação de distúrbios, de estabilidade, entre outros. Neste trabalho aplica-se esta técnica de controle no projeto de um sistema automático de aproximação e pouso para uma aeronave de passageiros de médio peso. Foi escolhido um conjunto de diferentes pontos de operação dentro do envelope de vôo com o objetivo de projetar uma única lei de controle capaz de atender aos requisitos para todo o conjunto de pontos escolhidos. A validação do projeto ocorreu através da simulação de uma manobra automática de aproximação e pouso realizada para todos os pontos de operação e foi possível mostrar que o QFT é uma técnica promissora para projetos de controle em sistemas de comandos de vôo.

A escalada do preço do barril de petróleo e as crescentes preocupações ambientais com relação ao efeito estufa e aquecimento global estão motivando cada vez mais as companhias aéreas e as fabricantes de aeronaves a buscar soluções mais eficientes do ponto de vista de consumo de combustível. À medida que a aeronave consome combustível e torna-se mais leve, as posiçõoes de equilíbrio de profundor e da manete de potência mudam. Procura-se então reduzir a posição da manete de forma a minimizar a rotação do motor e, desta forma, consumir menos combustível. Para manter altitude e velocidade constantes torna-se necessário mudar a posição do profundor de forma coordenada à mudança da manete. O mesmo procedimento deve ser realizado quando a aeronave é submetida a distúrbios atmosféricos e deve retornar à posição de equilíbrio na qual se encontrava inicialmente. O principal objetivo do trabalho é portanto efetuar um estudo sobre como utilizar os controles de voo primários do avião para otimizar o consumo de combustível de uma aeronave durante a fase de cruzeiro. Em especial compara-se o controlador utilizado tradicionalmente baseado em Seguradores de Altitude e Velocidade com aquele que utiliza o algoritmo TECS (Total Energy Control System), cujo uso já foi bastante explorado nas fases de descida e arredondamento em outros estudos acadêmicos. De forma a tornar este projeto mais próximo das aplicaçõoes presentes nas fabricantes de aeronaves, alguns requisitos tais como limites aceitáveis para variações de altitude e velocidade, limites físicos dos ganhos dos controladores, valores mínimos de margens de fase e de ganho das malhas de controle, foram estabelecidos. O modelo de aeronave utilizado foi linearizado de forma a permitir a determinação dos ganhos dos controladores, realizada através de algoritmos de otimizaçãao aplicados em modelos lineares. A seguir, um escalonamento de ganhos permite a aplicação dos controladores em uma vasta gama de pontos distintos do envelope de operação da aeronave. Por fim, uma simulação não-linear com o modelo completo da aeronave permite verificar a respostado sistema a perturbações como turbulência e realizar uma comparação entre os dois controladores adotados. Simulações em atmosfera tranquila mostraram que o comportamento da aeronave é muito parecido para ambos os controladores. Mesmo as simulações realizadas considerando distúrbios atmosféricos tais como tesoura de vento e turbulência não evidenciaram nenhuma grande vantagem de um controlador com relação ao outro do ponto de vista de consumo de combustível. Desta forma a substituição do controlador utilizado atualmente pelo TECS não é justificável.

O reabastecimento em voo é uma tarefa que permite que uma aeronave aumente seu alcance sem a realização de um pouso. Neste trabalho, a modelagem da aeronave receptora para simulação do reabastecimento em voo é apresentada. Com base nessa modelagem, um sistema de controle automático para essa tarefa é proposto. Esse sistema visa controlar a aeronave receptora na fase de acoplamento e na fase de transferência de combustível. Os controladores são desacoplados em relação ao movimento longitudinal e látero-direcional e são projetados através de técnicas de controle moderno baseada em reguladores lineares quadráticos com realimentação de saída. As simulações mostram o desempenho do controlador durante o acoplamento, incluindo sua capacidade de rejeitar distúrbios atmosféricos e durante a transferência de combustível, com variação de massa da aeronave receptora. Um controlador com escalonamento de ganhos em relação à massa também é projetado e seus resultados comparados ao controlador proposto anteriormente. As simulações mostram que a estrutura de controle proposta é capaz de cumprir a tarefa de reabastecimento em voo satisfatoriamente.

O sistema visual é considerado o mais complexo de todos os sistemas sensoriais do ser humano. O objetivo da visão é construir uma representação dos objetos extraindo informações do ambiente, transformando-as em um código neural que origina a percepção. A compreensão dos fatores sensoriais que alteram a percepção é necessária para uma teoria adequada da percepção visual. Evidências sobre os efeitos do contexto ambiental ainda são limitadas, mas sabe-se que alterações no plano de fundo, criação de lacunas e mudanças de textura alteram a percepção de profundidade. Esse estudo teve como objetivo principal investigar quais fatores sensoriais básicos alteram a estimativa de magnitude (EM) de tamanho de círculos nos sujeitos saudáveis, verificando se existiu correlação entre a variação de parâmetros do estímulo físico com os respectivos julgamentos para diferentes condições visuais, além da possibilidade de desenvolver um instrumento para avaliação de algumas psicopatologias. O método da EM se refere a um procedimento no qual o observador faz um julgamento numérico direto de uma magnitude psicológica de uma série de percepções. Para isso, desenvolvemos um programa de computador como uma ferramenta psicofísica para medidas de EM que nos permitiu gerar 15 diferentes condições experimentais separadas em quatro protocolos (P1, P2, P3 e P4). O projeto consistiu em dois blocos: (1) de experimentos básicos, cujo objetivo foi abordar como elementos sensoriais visuais básicos interferiram no julgamento para estímulos simples, usando o P2, cujas variáveis luminância e o P4 no qual a disposição espacial para diferenças na lateralização do processamento visual foram alteradas; e (2) de exploração metodológica, que buscou manipular o valor de referência (P1) e a indução de sensações de profundidade (P3). Foram avaliados 78 indivíduos típicos (m = 27,55, dp = 4,69) com nível superior completo ou incompleto, todos com visão normal ou devidamente corrigida, distribuídos aleatoriamente em os quatro grupos 8 experimentais. Os protocolos 1 e 2 apresentaram os resultados mais satisfatórios que nos permitirão a utilização do programa em indivíduos com psicopatologias para investigação de diferenças da população normal. Ainda que os protocolos 3 e 4 tenham gerado dados controversos, levou-se em consideração que se tratou de um estudo de investigação metodológica, cuja continuidade nos permitirá uma melhor contribuição teórica alcançada com a retomada de estudos no campo da Psicofísica Clássica, principalmente devido a escassez de publicações nas últimas décadas acerca do tema aqui proposto / The visual system is considered the most complex human sensory system. The purpose of the vision is to create a representation of the objects by gathering information of the environment and converting it into a neural code that generates perception. The comprehension of sensory factors that influence the perception is necessary to an adequate theory of visual perception. Evidences about the effects of the context remain still limited, but it is known that some facts such as variations on backgrounds, creation of gaps and texture changes modify the perception of depth. This study aimed to investigate which are the basic sensory factors that change the Magnitude Estimation (ME) of the size of circles in healthy subjects, in order to verify if there was a correlation between parameter variations of physical stimulus and its respective judgments about different visual condition, in addition to the possibility of development of a screening test to assess some psychopathologies. The ME method is the procedure in which the observer makes a direct numeric judgment of a psychological magnitude of a series of perceptions. For this purpose, we developed a computer software which was used as a psychophysical tool in order to measure ME that allowed us to generate 15 different experimental conditions allocated into four protocols (P1, P2, P3 and P4). The project was composed of two blocs: (1) basic experiments, in whichthe objective was to investigate how basic sensory visual elements interfere on the judgment of simple stimulus, using P2 in which the variable luminance was changed and P4 in which spatial position to evaluate differences on lateralization of visual process was altered; and (2) methodological exploration, that aimed to manipulate the reference value (P1) and the induction of depth sensory perception (P3). Seventy-eight healthy subjects were tested (m = 27.55, sd = 4.69), that had a complete or incomplete graduation course, they all had normal or corrected-to-normal visual acuity, and they were randomly distributed into the four experimental groups. The protocols 1 and 2 10 had shown the most satisfactory results that will allow us to use the software in people with psychopathologies in attention to screen differences of the general population. Despite the protocols 3 and 4 had generated controversial data, it is important to consider this as a study about methodological investigation, and its follow up will lead us to an improvement of the theoretical contribution reached by the recovery of Classic Psychophysics experiments, mainly due to the last decades lack of publishing about this purposed topic

A computação paralela permite uma série de vantagens para a execução de aplicações de grande porte, sendo que o uso efetivo dos recursos computacionais paralelos é um aspecto relevante da computação de alto desempenho. Este trabalho apresenta uma metodologia que provê a execução, de forma automatizada, de aplicações paralelas baseadas no modelo BSP com tarefas heterogêneas. É considerado no modelo adotado, que o tempo de computação de cada tarefa secundária não possui uma alta variância entre uma iteração e outra. A metodologia é denominada de ASE e é composta por três etapas: Aquisição (Acquisition), Escalonamento (Scheduling) e Execução (Execution). Na etapa de Aquisição, os tempos de processamento das tarefas são obtidos; na etapa de Escalonamento a metodologia busca encontrar a distribuição de tarefas que maximize a velocidade de execução da aplicação paralela, mas minimizando o uso de recursos, por meio de um algoritmo desenvolvido neste trabalho; e por fim a etapa de Execução executa a aplicação paralela com a distribuição definida na etapa anterior. Ferramentas que são aplicadas na metodologia foram implementadas. Um conjunto de testes aplicando a metodologia foi realizado e os resultados apresentados mostram que os objetivos da proposta foram alcançados. / Parallel computing allows for a series of advantages on the execution of large applications and the effective use of parallel resources is an important aspect in the High Performance Computing. This work presents a methodology to provide the execution, in an automated way, of parallel applications based on BSP model with heterogeneous tasks. In this model it is assumed that the computation time between iterations does not have a high variance. The methodology is entitled ASE and it is composed by three stages: Acquisition, Scheduling and Execution. In the Acquisition step, the tasks\' processing time are obtained; In the Scheduling step, the methodology finds the ideal arrangement to distribute the tasks to maximize the execution speed and, simultaneously, minimize the use of resources. This is made using an algorithm developed in this work; and lastly the Execution step, where the parallel application is executed in the distribution defined in the previous step. The tools used in the methodology were implemented. A set of tests to apply the methodology were made and the results shown that the objectives were reached.

Este trabalho propõe políticas para servidores Web baseados em sessões, visando ao oferecimento de garantias de qualidade de serviço (Quality of Service - QoS) a seus usuários. Para o fornecimento de QoS, dois tipos de políticas são consideradas: as responsáveis pela diferenciação de serviços e as responsáveis pelo controle de admissão. Alguns algoritmos de escalonamento foram desenvolvidos com o objetivo de oferecer melhores serviços para as sessões prioritárias: o algoritmo de escalonamento baseado em sessão (SBSA) e o algoritmo de escalonamento baseado em sessão com diferenciação de serviços (SBSA-DS). Quanto ao controle de admissão, foram consideradas duas novas políticas, as quais utilizam diferentes parâmetros para a tomada de decisão e têm como objetivo garantir a finalização do maior número de sessões prioritárias. A partir dos resultados obtidos nos experimentos realizados por meio de simulação, constatou-se que o emprego dos algoritmos e das políticas desenvolvidos melhora o atendimento das sessões para as quais deve ser oferecido um serviço preferencial. Portanto, em servidores Web preocupados com a garantia de QoS para seus usuários, os quais interagem com o sistema por meio de sessões, o uso dessas novas técnicas se mostra adequado / This work considers policies for Web servers based on sessions, aiming at the guarantees of Quality of Service (QoS) to the systems users. Two types of policies are considered: the responsible for the differentiation of services and the responsible for the admission control. Some scheduling algorithms had been developed to offer better services for the priority sessions: the Session Based Scheduling Algorithm (SBSA) and the Session Based Scheduling Algorithm with Differentiation of Services (SBSA-DS). In relation to the admission control, two new policies had been considered, which use different parameters to help the decisions and have as objective guarantee the finalization of as many priority sessions as possible. From the obtained results of the experiments realized by mean of simulation, it is evidenced that the use of the developed algorithms and policies improves the attendance of the sessions that deserve preferential service. Therefore, in Web servers worried in the guarantee the QoS for their users, which interact with the system by sessions, the use of these new techniques reveals adequate

Esta dissertação de mestrado apresenta o projeto, implementação e teste de um gerador de carga de trabalho para servidores Web que permite a caracterização de sessões e que representa uma carga real. O gerador desenvolvido gera carga visando à alimentar programas que simulam o comportamento de servidores Web. Para a definição dos parâmetros utilizados no gerador de carga sintética desenvolvido, diversos estudos sobre a carga em servidores Web encontrados na literatura, logs de servidores Web reais e benchmarks para servidores Web, foram utilizados. Vários algoritmos de controle de admissão e de escalonamento de requisições descritos na literatura foram implementados para teste e validação do gerador desenvolvido. Visando a utilização de sessões, é proposto nesta dissertação um algoritmo de controle de admissão, RED-SB (Random Early Detection - Session Based) que se baseia em um algoritmo (RED) que não considera sessão. Esses algoritmos foram executados utilizando-se um modelo de simulação de servidor Web com suporte a diferenciação de serviços, chamado SWDS (Servidor Web com Diferenciação de Serviços) / This MSc dissertation presents the design, implementation and tests of a workload generator for Web servers that allows the characterization of sessions and represents a real workload. The generator developed generates a workload to be used as an input to programs that simulate the behavior of Web servers. For the definition of the parameters used in the synthetic workload generator developed, several studies about the web server load described in the literature, actual web server logs and benchmarks for Web servers were used. Several algorithms for admission control and scheduling of requests described in the literature were implemented for testing and validation of the generator developed. Aiming at the utilization of sessions, this dissertation proposes an admission control algorithm RED-SB (Random Early Detection - Session based) which is based on an algorithm (RED) that does not consider session. These algorithms were implemented using a simulation model ofWeb server that supports service differentiation, called SWDS (Web Server with Service Differentiation)

O modelo de programação baseado em atores é frequentemente utilizado para o desenvolvimento de grandes aplicações e sistemas. Podemos citar como exemplo o serviço de bate-papo do Facebook ou ainda o WhatsApp. Estes sistemas dão suporte a milhares de usuários conectados simultaneamente levando em conta estritas restrições de desempenho e interatividade. Tais sistemas normalmente são amparados por infraestruturas de hardware com processadores de múltiplos núcleos. Normalmente, máquinas deste porte são baseadas em uma estrutura de memória compartilhada hierarquicamente (NUMA - Non-Uniform Memory Access). Nossa análise dos atuais ambientes de execução para atores e a pesquisa na literatura mostram que poucos estudos sobre a adequação deste ambientes a essas plataformas hierárquicas foram conduzidos. Estes ambientes de execução normalmente assumem que o espaço de memória é uniforme o que pode causar sérios problemas de desempenho. Nesta tese nós estudamos os desafios enfrentados por um ambiente de execução para atores quando da sua execução nestas plataformas. Estudamos particularmente os problemas de gerenciamento de memória, de escalonamento e de balanceamento de carga. Neste documento nós também analisamos e caracterizamos as aplicações baseadas no modelo de atores. Tal análise nos permitiu evidenciar o fato de que a execução de benchmarks e aplicações criam estruturas de comunicação peculiares entre os atores. Tais peculiaridades podem, então, ser utilizadas pelos ambientes de execução para otimizar o seu desempenho. A avaliação dos grafos de comunicação e a implementação da prova de conceito foram feitas utilizando um ambiente de execução real, a máquina virtual da linguagem Erlang. A linguagem Erlang utiliza o modelo de atores para concorrência com uma sintaxe clara e consistente. As modificações que nós efetuamos nesta máquina virtual permitiram uma melhora significativa no desempenho de certas aplicações através de uma melhor afinidade de comunicação entre os atores. O escalonamento e o balanceamento de carga também foram melhorados graças à utilização do conhecimento sobre o comportamento da aplicação e sobre a plataforma de hardware. / The actor model is present in several mission-critical systems, such as those supporting WhatsApp and Facebook Chat. These systems serve thousands of clients simultaneously, therefore demanding substantial computing resources usually provided by multi-processor and multi-core platforms. Non-Uniform Memory Access (NUMA) architectures account for an important share of these platforms. Yet, research on the suitability of the current actor runtime environments for these machines is very limited. Current runtime environments, in general, assume a flat memory space, thus not performing as well as they could. In this thesis we study the challenges hierarchical shared memory multi-core platforms present to actor runtime environments. In particular, we investigate aspects related to memory management, scheduling, and load-balancing. In this document, we analyze and characterize actor based applications to, in light of the above, propose improvements to actor runtime environments. This analysis highlighted the existence of peculiar communication structures. We argue that the comprehension of these structures and the knowledge about the underlying hardware architecture can be used in tandem to improve application performance. As a proof of concept, we implemented our proposal using a real actor runtime environment, the Erlang Virtual Machine (VM). Concurrency in Erlang is based on the actor model and the language has a consistent syntax for actor handling. Our modifications to the Erlang VM significantly improved the performance of some applications thanks to better informed decisions on scheduling and on load-balancing.