Neko is a portable framework for high-order spectral element flow simulations[1]. Originally from Nek5000, Neko not only inherited its numerical stability and well-performance, but also added the benefits of dynamic memory and support for many current accelerator backends. As a newly developed code, Neko requires comprehensive validation, and certain functions are yet to be implemented. To this end, the present work performed simulations in Nek5000 and Neko and compared the results. A straight channel with friction Reynolds number Reτ = 590 is used as the test case. Some functions are implemented in the current post-processing framework, and the statistics from different solvers are compared. It is shown that the results from tested solvers are similar, although two methods for discretization, i.e., PnPn−2 and PnPn, are used. Besides, a convergence analysis and a resolution study are done to further compare and validate the code.

Submitted by Valquíria Barbieri (kikibarbi@hotmail.com) on 2017-11-08T20:00:30Z No. of bitstreams: 1 DISS_2012_Rodolfo Polzin Rondon.pdf: 4339130 bytes, checksum: 5bb03ef76575d2b2094f9fdde738cfd5 (MD5) / Approved for entry into archive by Jordan (jordanbiblio@gmail.com) on 2017-12-15T14:17:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DISS_2012_Rodolfo Polzin Rondon.pdf: 4339130 bytes, checksum: 5bb03ef76575d2b2094f9fdde738cfd5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-15T14:17:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISS_2012_Rodolfo Polzin Rondon.pdf: 4339130 bytes, checksum: 5bb03ef76575d2b2094f9fdde738cfd5 (MD5) Previous issue date: 2012-02-07 / CAPES / A presente investigação inicia-se no edifício popularmente chamado de “camelódromo” ou Shopping Popular de Cuiabá. Construído há mais de quinze anos, esse espaço é parte constitutiva desta capital, ao mesmo tempo em que a integra aos fluxos globais de circulação de mercadorias, mais especificamente aos objetos Made in China. Por meio da proposta etnográfica “de perto e de dentro” seguimos, do fim para o começo, o percurso feito por essas “quinquilharias”, representadas no texto pelo gatinho da sorte ou Maneki Neko. Assim sendo, partimos do camelódromo (e de toda a sua constituição histórica e física) rumo à Ciudad Del Este, centro econômico do Paraguai, amplamente conhecido pelo comércio desse tipo de mercadoria e destino de compras dos camelôs do Shopping Popular de Cuiabá. Lá averiguamos de perto os fluxos e trânsitos desses objetos, descrevendo detalhadamente as práticas observadas que subsidiaram as reflexões acerca do termo “globalização subalterna”. Por fim, apresentamos os fatores que contribuíram, historicamente, para a consolidação da China como potência mundial produtora desses produtos e realizamos uma “biografia” do Maneki Neko, com o intuito de discutir de que forma esses objetos contribuem para a compreensão dos meios pelos quais agem os que estão fora dos fluxos hegemônicos do mundo contemporâneo. / The present investigation parts of the building popularly called "camelódromo" or Popular Shopping in Cuiabá. Built more than fifteen years ago, this space is a constitutive part of the city while integrates the global flows of movement of goods, more specifically the objects Made in China. Through the proposed ethnographic "near and inside" we made, the ending to beginning, the route taken by these "junk", represented in the text by luck cat or Maneki Neko. Therefore, we assume camelódromo (and all its history and physical constitution) towards Ciudad Del Este, the Paraguayan city widely known by the trade of this type of merchandise and shopping destination of the hawkers in the Popular Shopping in Cuiabá. There we analised closely the flows and transits of these objects, describing in detail the practices that supported the observed reflections on the term "subaltern globalization." Finally, we present the factors that contributed historically to the consolidation of China as a sign of power producing these objects and perform a "biography" of Maneki Neko, with the purpose of discuss where these objects contribute to the understanding of the means by which the act that are outside the hegemonic flows in the contemporary world.

Neko is a project at KTH to refactor the widely used fluid dynamics solver Nek5000 to support modern hardware. Many aspects of the solver need adapting for use on GPUs, and one such part is the main communication kernel, the Gather-Scatter (GS) routine. To avoid race conditions in the kernel, atomic operations are used, which can be inefficient. To avoid the use of atomics, elements were grouped in such a way that when multiple writes to the same address are necessary, they will always come in blocks. This way, each block can be assigned to a single thread and handled sequentially, avoiding the need for atomic operations altogether. In the scope of the thesis, a Poisson solver was also ported from CPU to Nvidia GPUs. To optimise the Poisson solver, a batched matrix multiplication kernel was developed to efficiently perform small matrix multiplications in bulk, to better utilise the GPU. Optimisations using shared memory and kernel unification was done. The performance of the different implementations was tested on two systems using a GTX1660 and dual Nvidia A100 respectively. The results show only small differences in performance between the two versions of the GS kernels when only considering computational cost, and in a multi-rank setup the communication time completely overwhelms any potential difference. The shared memory matrix multiplication kernel yielded around a 20% performance boost for the Poisson solver. Both versions vastly outperformed cuBLAS. The unified kernel also had a large positive impact on the performance, yielding up to a 50% increase in throughput. / Neko är ett KTH-projekt med syfte att vidareutveckla det populära beräkningsströmningsdynamik-programmet Nek5000 för moderna datorsystem. Speciell vikt har lagts vid att stödja heterogena plattformar med dedikerade accelleratorer för flyttalsberäkningar. Den idag vanligast förekommande sådana är grafikkort (GPUer). En viktig del av Neko är Gather-Scatter (GS)-funktionen, som är den huvudsakliga kommunikations-funktionen mellan processer i programmet. I GS-funktionen kan race conditions uppstå då flera trådar skriver till samma minnesaddress samtidigt. Detta kan undvikas med atomic operations, men användande av dessa kan ha negativ inverkan på prestanda. I detta masterarbete utvecklades en alternativ implementation där element i GS-algoritmen grupperades på sådant sätt att alla operationer på samma element kommer i block. På så sätt kan de enkelt behandlas i sekvens och därmed undvika behovet av atomic operations. Inom ramen för masterarbetet implementerades en numerisk lösare av Poisson’s ekvation för GPUer. Optimering av koden genom att göra matrismultiplikationer i bulk genomfördes, och vidare genom utnyttjande av shared memory. Prestandan utvärderades på två olika datorsystem med en GTX1660 respektive två A100 GPUer. Enbart små skillnader sågs mellan de olika GS-implementationerna, med en svag fördel om ca 5% högre prestanda för den grupperade varianten i högupplösta domäner. Poisson-lösaren visade på höga prestandasiffror jämfört med cuBLAS-biblioteket.

O estudo e desenvolvimento de sistemas distribuídos é uma tarefa que demanda grande esforço e recursos. Por este motivo, a pesquisa em sistemas deste tipo pode ser auxiliada com o uso de simuladores, bem como por meio da emulação. A vantagem de se usar simuladores é que eles permitem obter resultados bastante satisfatórios sem causar impactos indesejados no mundo real e, conseqüentemente, evitando desperdícios de recursos. Além disto, testes em larga escala podem ser controlados e reproduzidos. Neste sentido, vem sendo desenvolvido desde 2000 um framework para simulação de algoritmos distribuídos denominado Neko. Por meio deste framework, algoritmos podem ser simulados em uma única máquina ou executados em uma rede real utilizando-se o mesmo código nos dois casos. Entretanto, através de um estudo realizado sobre os modelos de defeitos mais utilizados na literatura, verificou-se que o Neko é ainda bastante restrito nesta área. A única classe de defeito abordada, lá referida como colapso, permite apenas o bloqueio temporário de mensagens do processo. Assim, foram definidos mecanismos para a simulação das seguintes classes de defeitos: omissão de mensagens, colapso de processo, e alguns defeitos de rede tais como quebra de enlace, perda de mensagens e particionamento. A implementação foi feita em Java e as alterações necessárias no Neko estão documentadas no texto. Para dar suporte aos mecanismos de simulação de defeitos, foram feitas alterações no código fonte de algumas classes do framework, o que exige que a versão original seja alterada para utilizar as soluções. No entanto, qualquer aplicação desenvolvida anteriormente para a versão original poderá ser executada normalmente independente das modificações efetuadas. Para testar e validar as propostas e soluções desenvolvidas foram utilizados estudos de caso. Por fim, para facilitar o uso do Neko foi gerado um documento contendo informações sobre instalação, configuração e principais mecanismos disponíveis no simulador, incluindo o suporte a simulação de defeitos desenvolvido neste trabalho. / The study and development of distributed systems is a task that demands great effort and resources. For this reason, the research in systems of this type can be assisted by the use of simulators, as well as by means of the emulation. The advantage of using simulators is that, in general, they allow to get acceptable results without causing harming impacts in the real world and, consequently, preventing wastefulness of resources. Moreover, tests on a large scale can be controlled and reproduced. In this way, since 2000, a framework for the simulation of distributed algorithms called Neko has been developed. By means of this framework, algorithms can be simulated in a single machine or executed in a real network, using the same code in both cases. However, studying the most known and used failure models developed having in mind distributed systems, we realized that the support offered by Neko for failure simulation was too restrictive. The only developed failure class, originally named crash, allowed only a temporary blocking of process’ messages. Thus, mechanisms for the simulation of the following failure classes were defined in the present work: omission of messages, crash of processes, and some network failures such as link crash, message drop and partitioning. The implementation was developed in Java and the necessary modifications in Neko are registered in this text. To give support to the mechanisms for failure simulation, some changes were carried out in the source code of some classes of the framework, what means that the original version should be modified to use the proposed solutions. However, all legacy applications, developed for the original Neko version, keep whole compatibility and can be executed without being affected by the new changes. In this research, some case studies were used to test and validate the new failure classes. Finally, with the aim to facilitate the use of Neko, a document about the simulator, with information on how to install, to configure, the main available mechanisms and also on the developed support for failure simulation, was produced.

O estudo e desenvolvimento de sistemas distribuídos é uma tarefa que demanda grande esforço e recursos. Por este motivo, a pesquisa em sistemas deste tipo pode ser auxiliada com o uso de simuladores, bem como por meio da emulação. A vantagem de se usar simuladores é que eles permitem obter resultados bastante satisfatórios sem causar impactos indesejados no mundo real e, conseqüentemente, evitando desperdícios de recursos. Além disto, testes em larga escala podem ser controlados e reproduzidos. Neste sentido, vem sendo desenvolvido desde 2000 um framework para simulação de algoritmos distribuídos denominado Neko. Por meio deste framework, algoritmos podem ser simulados em uma única máquina ou executados em uma rede real utilizando-se o mesmo código nos dois casos. Entretanto, através de um estudo realizado sobre os modelos de defeitos mais utilizados na literatura, verificou-se que o Neko é ainda bastante restrito nesta área. A única classe de defeito abordada, lá referida como colapso, permite apenas o bloqueio temporário de mensagens do processo. Assim, foram definidos mecanismos para a simulação das seguintes classes de defeitos: omissão de mensagens, colapso de processo, e alguns defeitos de rede tais como quebra de enlace, perda de mensagens e particionamento. A implementação foi feita em Java e as alterações necessárias no Neko estão documentadas no texto. Para dar suporte aos mecanismos de simulação de defeitos, foram feitas alterações no código fonte de algumas classes do framework, o que exige que a versão original seja alterada para utilizar as soluções. No entanto, qualquer aplicação desenvolvida anteriormente para a versão original poderá ser executada normalmente independente das modificações efetuadas. Para testar e validar as propostas e soluções desenvolvidas foram utilizados estudos de caso. Por fim, para facilitar o uso do Neko foi gerado um documento contendo informações sobre instalação, configuração e principais mecanismos disponíveis no simulador, incluindo o suporte a simulação de defeitos desenvolvido neste trabalho. / The study and development of distributed systems is a task that demands great effort and resources. For this reason, the research in systems of this type can be assisted by the use of simulators, as well as by means of the emulation. The advantage of using simulators is that, in general, they allow to get acceptable results without causing harming impacts in the real world and, consequently, preventing wastefulness of resources. Moreover, tests on a large scale can be controlled and reproduced. In this way, since 2000, a framework for the simulation of distributed algorithms called Neko has been developed. By means of this framework, algorithms can be simulated in a single machine or executed in a real network, using the same code in both cases. However, studying the most known and used failure models developed having in mind distributed systems, we realized that the support offered by Neko for failure simulation was too restrictive. The only developed failure class, originally named crash, allowed only a temporary blocking of process’ messages. Thus, mechanisms for the simulation of the following failure classes were defined in the present work: omission of messages, crash of processes, and some network failures such as link crash, message drop and partitioning. The implementation was developed in Java and the necessary modifications in Neko are registered in this text. To give support to the mechanisms for failure simulation, some changes were carried out in the source code of some classes of the framework, what means that the original version should be modified to use the proposed solutions. However, all legacy applications, developed for the original Neko version, keep whole compatibility and can be executed without being affected by the new changes. In this research, some case studies were used to test and validate the new failure classes. Finally, with the aim to facilitate the use of Neko, a document about the simulator, with information on how to install, to configure, the main available mechanisms and also on the developed support for failure simulation, was produced.

O estudo e desenvolvimento de sistemas distribuídos é uma tarefa que demanda grande esforço e recursos. Por este motivo, a pesquisa em sistemas deste tipo pode ser auxiliada com o uso de simuladores, bem como por meio da emulação. A vantagem de se usar simuladores é que eles permitem obter resultados bastante satisfatórios sem causar impactos indesejados no mundo real e, conseqüentemente, evitando desperdícios de recursos. Além disto, testes em larga escala podem ser controlados e reproduzidos. Neste sentido, vem sendo desenvolvido desde 2000 um framework para simulação de algoritmos distribuídos denominado Neko. Por meio deste framework, algoritmos podem ser simulados em uma única máquina ou executados em uma rede real utilizando-se o mesmo código nos dois casos. Entretanto, através de um estudo realizado sobre os modelos de defeitos mais utilizados na literatura, verificou-se que o Neko é ainda bastante restrito nesta área. A única classe de defeito abordada, lá referida como colapso, permite apenas o bloqueio temporário de mensagens do processo. Assim, foram definidos mecanismos para a simulação das seguintes classes de defeitos: omissão de mensagens, colapso de processo, e alguns defeitos de rede tais como quebra de enlace, perda de mensagens e particionamento. A implementação foi feita em Java e as alterações necessárias no Neko estão documentadas no texto. Para dar suporte aos mecanismos de simulação de defeitos, foram feitas alterações no código fonte de algumas classes do framework, o que exige que a versão original seja alterada para utilizar as soluções. No entanto, qualquer aplicação desenvolvida anteriormente para a versão original poderá ser executada normalmente independente das modificações efetuadas. Para testar e validar as propostas e soluções desenvolvidas foram utilizados estudos de caso. Por fim, para facilitar o uso do Neko foi gerado um documento contendo informações sobre instalação, configuração e principais mecanismos disponíveis no simulador, incluindo o suporte a simulação de defeitos desenvolvido neste trabalho. / The study and development of distributed systems is a task that demands great effort and resources. For this reason, the research in systems of this type can be assisted by the use of simulators, as well as by means of the emulation. The advantage of using simulators is that, in general, they allow to get acceptable results without causing harming impacts in the real world and, consequently, preventing wastefulness of resources. Moreover, tests on a large scale can be controlled and reproduced. In this way, since 2000, a framework for the simulation of distributed algorithms called Neko has been developed. By means of this framework, algorithms can be simulated in a single machine or executed in a real network, using the same code in both cases. However, studying the most known and used failure models developed having in mind distributed systems, we realized that the support offered by Neko for failure simulation was too restrictive. The only developed failure class, originally named crash, allowed only a temporary blocking of process’ messages. Thus, mechanisms for the simulation of the following failure classes were defined in the present work: omission of messages, crash of processes, and some network failures such as link crash, message drop and partitioning. The implementation was developed in Java and the necessary modifications in Neko are registered in this text. To give support to the mechanisms for failure simulation, some changes were carried out in the source code of some classes of the framework, what means that the original version should be modified to use the proposed solutions. However, all legacy applications, developed for the original Neko version, keep whole compatibility and can be executed without being affected by the new changes. In this research, some case studies were used to test and validate the new failure classes. Finally, with the aim to facilitate the use of Neko, a document about the simulator, with information on how to install, to configure, the main available mechanisms and also on the developed support for failure simulation, was produced.