A linguagem de programação Java vem sendo uma das escolhidas para a implementação de aplicações compostas por objetos distribuídos. Estas aplicações caracterizam-se por possuir comportamento complexo e, portanto, são mais difíceis de depurar e refinar para obter melhores desempenhos. Considerando a necessidade do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoração para o modelo de objetos distribuídos, que colete informações mais detalhadas sobre a execução da aplicação, é apresentado neste trabalho um ambiente de monitoração de aplicações distribuídas escritas em Java, o DOMonitor. Um dos objetivos do DOMonitor é obter o comportamento que a aplicação apresenta durante a execução, possibilitando a detecção de comportamentos equivocados e seu respectivo refinamento. O DOMonitor é voltado para aplicações compostas por objetos distribuídos e caracteriza-se por identificar principalmente: (i) o comportamento dinâmico das threads; (ii) a utilização dos métodos de sincronização; e (iii) a comunicação entre os entes distribuídos da aplicação. O DOMonitor está fundamentado em quatro premissas: (i) ser transparente para o usuário, não exigindo anotações no código fonte; (ii) apresentar uma organização modular, e por isto ser flexível e expansível; (iii) ser portável, não exigindo nenhuma alteração na Maquina Virtual Java; e (iv) operar de forma a garantir a ordem dos eventos previstos pelo programa. Os dados produzidos pelo DOMonitor podem ser utilizados com diversas finalidades tais como visualização da execução, escalonamento e como suporte à execução de aplicações móveis. Para comprovar esta versatilidade, foi proposta a integração do sistema a dois outros projetos, o Pajé e o ISAM. O projeto ISAM utilizará os dados monitorados para tomadas de decisão durante o curso da execução e o projeto Pajé permite a visualização gráfica das características dinâmicas de uma aplicação Java.

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.

Orientador: Renata Spolon Lobato / Banca: Eduardo Marques / Banca: Aleardo Manacero Junior / Resumo: Durante esta pesquisa, foram investigados conceitos relacionados à computação reconfigurável, processo de compilação e funcionamento da compilação Java, especialmente no que se refere à manipulação de bytecodes. O principal objetivo é a elaboração conceitual de um compilador capaz de traduzir bytecodes de um aplicativo Java para código binário obediente ao conjunto de instruções do processador Nios II da Altera®, acompanhada de algumas implementações. Com este compilador, será possível a construção de programas para dispositivos que utilizem o processador Nios II, como dispositivos de sistemas embarcados, a partir da linguagem Java. Isto proporciona uma forma ágil para a elaboração de aplicativos para sistemas desse tipo. Implementações relevantes foram desempenhadas de forma a comprovar o funcionamento do referido compilador. Tais implementações abrangeram suporte de bytecodes referentes a um subconjunto da linguagem Java, bem como a criação de estruturas de representação intermediária e mecanismos para geração de código final. Além disso, foram desenvolvidos um simulador e um montador de instruções do Nios II de forma a auxiliar no andamento do trabalho. Como resultado, pôde-se verificar que é possível o desenvolvimento de tal ferramenta e que sua existência contribui para o desenvolvimento de outras ferramentas ou aplicativos inseridos no contexto de computação reconfigurável. / Abstract: During this research, concepts concerning about reconfigurable computing, compiling process and Java compilation were investigated, especially relating to bytecode generation. The goal of this research is twofold: first, the conceptual development of a compiler that is able to translate bytecodes from a Java application to binary code compliant with Altera™ Nios II processor instruction set, and second, provide a set of appropriate implementations for the proposed compiler. With this compiler, it will be possible to construct programs for devices that use Nios II processor, as embedded systems devices, from Java language, providing an agile manner for applications' building for this kind of systems. Relevant implementations were performed to prove compiler's functionalities. Such implementations covered bytecodes' support to a Java language subset, as well as intermediate structures and final code generation mechanisms. Besides, a simulator and an assembler for Nios II instructions were developed to help this work's evolution. As result, it was possible to verify that the development of such tool is feasible and contributes to the generation of other tools and applications inserted in the context of reconfigurable computing. / Mestre

Resumo

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-27Bitstream added on 2014-06-13T20:39:05Z : No. of bitstreams: 1 lima_ws_me_sjrp.pdf: 1076568 bytes, checksum: 2b137d2ad2832d04670f7d9c091eb474 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Durante esta pesquisa, foram investigados conceitos relacionados à computação reconfigurável, processo de compilação e funcionamento da compilação Java, especialmente no que se refere à manipulação de bytecodes. O principal objetivo é a elaboração conceitual de um compilador capaz de traduzir bytecodes de um aplicativo Java para código binário obediente ao conjunto de instruções do processador Nios II da Altera®, acompanhada de algumas implementações. Com este compilador, será possível a construção de programas para dispositivos que utilizem o processador Nios II, como dispositivos de sistemas embarcados, a partir da linguagem Java. Isto proporciona uma forma ágil para a elaboração de aplicativos para sistemas desse tipo. Implementações relevantes foram desempenhadas de forma a comprovar o funcionamento do referido compilador. Tais implementações abrangeram suporte de bytecodes referentes a um subconjunto da linguagem Java, bem como a criação de estruturas de representação intermediária e mecanismos para geração de código final. Além disso, foram desenvolvidos um simulador e um montador de instruções do Nios II de forma a auxiliar no andamento do trabalho. Como resultado, pôde-se verificar que é possível o desenvolvimento de tal ferramenta e que sua existência contribui para o desenvolvimento de outras ferramentas ou aplicativos inseridos no contexto de computação reconfigurável. / During this research, concepts concerning about reconfigurable computing, compiling process and Java compilation were investigated, especially relating to bytecode generation. The goal of this research is twofold: first, the conceptual development of a compiler that is able to translate bytecodes from a Java application to binary code compliant with Altera™ Nios II processor instruction set, and second, provide a set of appropriate implementations for the proposed compiler. With this compiler, it will be possible to construct programs for devices that use Nios II processor, as embedded systems devices, from Java language, providing an agile manner for applications’ building for this kind of systems. Relevant implementations were performed to prove compiler’s functionalities. Such implementations covered bytecodes’ support to a Java language subset, as well as intermediate structures and final code generation mechanisms. Besides, a simulator and an assembler for Nios II instructions were developed to help this work’s evolution. As result, it was possible to verify that the development of such tool is feasible and contributes to the generation of other tools and applications inserted in the context of reconfigurable computing.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000396635-Texto+Completo-0.pdf: 2355055 bytes, checksum: 3ab2ff37a02b1f58eb5351e33e64a2fb (MD5) Previous issue date: 2007 / The aim of this study was to develop a plugin of tomographic reconstruction for SPECT that could be performed and applied in both clinical and academic environments, in JAVA language, using an existing image-processing environment (ImageJ), allowing for universal access to that technology. The ImageJ program was chosen due to its portability and wide spread in the area of image processing. A graphic interface was developed, and two methods of tomographic reconstruction for emission images were implemented: an analytical method (FBP) and an iterative method (ML-EM). The analytical method allows for the utilization of tomographic reconstruction filters/windows (Rampa, Hamming, Shepp-Logan, Butterworth), with adjustable parameters defined by the user. The iterative method allows for the definition of the number of iterations that will be performed, with the option of image attenuation correction, using a projector-backprojector operator with an attenuation map previously known. Validation tests were carried out with simulated images of geometric models and an anthropomorphic model through Monte Carlo method, and the activity and attenuation distribution were known. Different image quality measures were used as quantitative instruments to assess the reconstructed images: contrast between interest regions, image profiles, and normalized standard deviation. The analysis of convergence of the iterative method through the estimate of the relationship between the average uptake and the standard deviation resulted in an indication of reconstruction with 10 to 15 iterations. The images reconstructed through the ML-EM method with attenuation correction presented better visual quality than the non-corrected images. The images reconstructed through the FBP method presented more noise and worse quantitative analysis when compared to the reference image. The performance tests of NucMed plugin showed that the FBP analytical method performed the reconstruction in a shorter period in comparison to ML-EM method (for 128x128-pixel images, time is 33 times shorter). By applying attenuation correction, the reconstruction time is approximately 3. 5 times longer. / O objetivo deste trabalho foi desenvolver um plugin de reconstrução tomográfica para SPECT executável e aplicável em ambiente clínico e acadêmico, em linguagem JAVA, utilizando um ambiente de processamento de imagens já existente (ImageJ), permitindo o acesso universal a essa tecnologia. O programa ImageJ foi escolhido devido a sua portabilidade e por ser bastante difundido na área de processamento de imagens. Foi desenvolvida uma interface gráfica e foram implementados dois métodos de reconstrução tomográfica para imagens de emissão: um método analítico (FBP) e um método iterativo (ML-EM). O método analítico permite que sejam utilizados filtros/janelas de reconstrução tomográfica (Rampa, Hamming, Shepp-Logan, Butterworth), com parâmetros ajustáveis definidos pelo usuário.O método iterativo ML-EM permite que seja definido o número de iterações que serão realizadas, com opção para correção de atenuação nas imagens, utilizando um algorítmo projetor-retroprojetor com um mapa de coeficientes de atenuação conhecido a priori. Foram realizados testes de validação com imagens simuladas de modelos geométricos e um modelo antropomórfico pelo método Monte Carlo, com distribuições de atividade e atenuação conhecidas. Como instrumentos quantitativos de avaliação das imagens reconstruídas foram realizadas medidas de contraste entre regiões de interesse, perfis de contagens e desvio padrão normalizado. A análise da convergência do método iterativo ML-EM, através do cálculo da relação entre a média de contagens e o desvio padrão, resultou em uma indicação de reconstrução com 10 a 15 iterações. As imagens reconstruídas pelo método ML-EM com correção de atenuação apresentam melhor qualidade visual do que as imagens sem correção. As imagens reconstruídas pelo método FBP aprsentam maior ruído e afastam-se quantitativamente da imagem ideal de referência. Os testes de performance do plugin NucMed mostraram que o método analítico FBP realiza a reconstrução em menor tempo em relação ao método ML-EM (para imagens de 128x128 pixels, o tempo é 33 vezes menor). Aplicando correção de atenuação, o tempo de reconstrução aumenta aproximadamente 3,5 vezes.

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.

Muitos aplicativos atuais, envolvendo diversos domínios de conhecimento, são estruturados como arquiteturas de software que incorporam, além dos requisitos funcionais, requisitos não funcionais, como segurança, por exemplo. Tais requisitos podem constituir um domínio próprio, e, portanto, serem comuns a várias outras arquiteturas de software. Tecnologias como Programação Orientada a Aspectos, Reflexão Computacional e Padrões de Projeto colaboram no desenvolvimento de arquiteturas que provêem a separação de requisitos não funcionais. Porém, sua experimentação e adoção no domínio da segurança computacional ainda é incipiente. O foco deste trabalho é a elaboração de um padrão de projeto voltado à segurança, utilizando como arquitetura conceitual programação orientada a aspectos, e como arquitetura de implementação, reflexão computacional. A composição destas tecnologias resulta em um middleware orientado à segurança, voltado a aplicações desenvolvidas em Java. Estuda-se as tecnologias, seus relacionamentos com a área de segurança, seguido da proposta de uma arquitetura de referência, a partir da qual é extraído um protótipo do middleware de segurança. Este, por sua vez, provê mecanismos de segurança tão transparentes quanto possível para as aplicações que suporta. Com o objetivo de realizar a implementação do middleware de segurança, também são estudadas os mecanismos de segurança da plataforma Java, porém limitado ao escopo deste trabalho. Segue-se o estudo da base conceitual das tecnologias de Reflexão Computacional, o modelo de implementação, seguido de Programação Orientada a Aspectos, o modelo conceitual, e, por fim, têm-se os Padrões de Projeto, a arquitetura de referência. Integrando as três tecnologias apresentadas, propõe-se um modelo, que estabelece a composição de um Padrão Proxy, estruturado de acordo com a arquitetura reflexiva. Este modelo de arquitetura objetiva implementar o aspecto de segurança de acesso a componentes Java, de forma não intrusiva,. Baseado no modelo, descreve-se a implementação dos diversos elementos do middleware, estruturados de forma a ilustrar os conceitos propostos. Ao final, apresenta-se resultados obtidos durante a elaboração deste trabalho, bem como críticas e sugestões de trabalhos futuros.

A linguagem de programação Java vem sendo uma das escolhidas para a implementação de aplicações compostas por objetos distribuídos. Estas aplicações caracterizam-se por possuir comportamento complexo e, portanto, são mais difíceis de depurar e refinar para obter melhores desempenhos. Considerando a necessidade do desenvolvimento de uma ferramenta de monitoração para o modelo de objetos distribuídos, que colete informações mais detalhadas sobre a execução da aplicação, é apresentado neste trabalho um ambiente de monitoração de aplicações distribuídas escritas em Java, o DOMonitor. Um dos objetivos do DOMonitor é obter o comportamento que a aplicação apresenta durante a execução, possibilitando a detecção de comportamentos equivocados e seu respectivo refinamento. O DOMonitor é voltado para aplicações compostas por objetos distribuídos e caracteriza-se por identificar principalmente: (i) o comportamento dinâmico das threads; (ii) a utilização dos métodos de sincronização; e (iii) a comunicação entre os entes distribuídos da aplicação. O DOMonitor está fundamentado em quatro premissas: (i) ser transparente para o usuário, não exigindo anotações no código fonte; (ii) apresentar uma organização modular, e por isto ser flexível e expansível; (iii) ser portável, não exigindo nenhuma alteração na Maquina Virtual Java; e (iv) operar de forma a garantir a ordem dos eventos previstos pelo programa. Os dados produzidos pelo DOMonitor podem ser utilizados com diversas finalidades tais como visualização da execução, escalonamento e como suporte à execução de aplicações móveis. Para comprovar esta versatilidade, foi proposta a integração do sistema a dois outros projetos, o Pajé e o ISAM. O projeto ISAM utilizará os dados monitorados para tomadas de decisão durante o curso da execução e o projeto Pajé permite a visualização gráfica das características dinâmicas de uma aplicação Java.

Este trabalho busca a implementação da replicação de objetos através da linguagem Java e de seu sistema de invocação remota de métodos (Remote Method Invocation - RMI). A partir deste sistema, define-se uma classe de replicação - a máquina de replicação – onde a implementação de grupos de objetos é estruturada de acordo com a arquitetura cliente/servidor, sendo o cliente o representante (a interface) de um grupo de objetos e os servidores representam os demais componentes do grupo. A classe de replicação atende a uma necessidade importante dos sistemas distribuídos - o desenvolvimento de aplicações tolerantes a falhas. Fundamentalmente, a tolerância a falhas é obtida por redundância e, no caso de mecanismos de tolerância a falhas por software, esta redundância significa basicamente replicação de dados, processos ou objetos. A tolerância a falhas para tal tipo de sistema é importante para garantir a transparência do mesmo, visto que, assim como um sistema distribuído pode auxiliar muito o usuário pelas facilidades oferecidas, o não cumprimento de suas atividades de acordo com o esperado pode, em algumas situações, causar-lhe transtornos e erros irrecuperáveis nas aplicações. Finalmente, como principal contribuição, este trabalho descreve e implementa a solução completa para a construção de uma biblioteca de classes que oferece a replicação de forma totalmente transparente para o usuário.