Thesis (M.Arch. (Research))--University of the Witwatersrand, Faculty of Engineering and the Built Environment, 2012. / Abstract: The on-campus learning environment often falls far short of the expectations of architecture students. One reason is that these students are seldom given a voice in how their schools are designed, or how the facilities are managed. This study tested the use of Post Occupancy Evaluation (POE), and Importance-Performance Analysis (IPA) as a strategic method of addressing this shortcoming. To do this research, a POE questionnaire was developed, based on the theoretical underpinnings of good design of places for adult learning, questionnaire design, POE, and IPA. After implementation of the questionnaire at four South African schools of architecture, the collected data were processed using standard spreadsheet software. Once the results were presented in an IPA matrix format, it was clear that there are several commonalities in the needs and desires of architecture students from the different schools. Some requirements, such as that for well-equipped computer laboratories were not surprising. Others, such as a universal need for quiet, separate spaces in which to work; and outdoor places where they can gather to work or ‘chill’ away from their studios and classrooms were less expected outcomes. The typically poor quality of indoor environmental conditions was exposed as one of the main reasons why architecture students now often prefer to make use of alternative, off-campus ways of working, and of communicating with each other and with their teachers. The implication of these findings is that by combining POE and IPA, it is possible to identify and monitor the attributes that are necessary for a satisfactory on-campus learning environment. Where shortcomings are identified with POE, strategic responses can easily be devised using IPA. The dissertation is concluded with suggestions for future applications of the proposed questionnaire and data analysis method, to enable benchmarking at schools of architecture and improve the on-campus environment of students of architecture.

Um das principais características da tecnologia de virtualização é a Live Migration, que permite que máquinas virtuais sejam movimentadas entre máquinas físicas sem a interrupção da execução. Esta característica habilita a implementação de políticas mais sofisticadas dentro de um ambiente de computação na nuvem, como a otimização de uso de energia elétrica e recursos computacionais. Entretanto, a Live Migration pode impor severa degradação de desempenho nas aplicações das máquinas virtuais e causar diversos impactos na infraestrutura dos provedores de serviço, como congestionamento de rede e máquinas virtuais co-existentes nas máquinas físicas. Diferente de diversos estudos, este estudo considera a carga de trabalho da máquina virtual um importante fator e argumenta que escolhendo o momento adequado para a migração da máquina virtual pode-se reduzir as penalidades impostas pela Live Migration. Este trabalho introduz a Application-aware Live Migration (ALMA), que intercepta as submissões de Live Migration e, baseado na carga de trabalho da aplicação, adia a migração para um momento mais favorável. Os experimentos conduzidos neste trabalho mostraram que a arquitetura reduziu em até 74% o tempo das migrações para os experimentos com benchmarks e em até 67% os experimentos com carga de trabalho real. A transferência de dados causada pela Live Migration foi reduzida em até 62%. Além disso, o presente introduz um modelo que faz a predição do custo da Live Migration para a carga de trabalho e também um algoritmo de migração que não é sensível à utilização de memória da máquina virtual. / A key feature in virtualization technology is the Live Migration, which allows a Virtual Machine to be moved from a physical host to another without execution interruption. This feature enables the implementation of more sophisticated policies inside a cloud environment, such as energy and computational resources optimization. However, live migration can impose severe performance degradation for virtual machine application and cause multiple impacts in service provider infrastructure, such as network congestion and co-located virtual machine performance degradation. Unlike of several studies this work consider the virtual machine workload an important factor and argue that carefully choosing a proper moment to migrate it can reduce the live migration penalties. This work introduces the Application-aware Live Migration Architecture (ALMA), which intercepts live migrations submissions and, based in the application workload, postpone the migration to a more propitious live migration moment. The experiments conducted by this work demonstrated that the architecture reduced up to 74% for live migration time for benchmarks and 67% for real applications workload. The network data transfer during the live migration was reduced up to 62%. Also, the present work introduces a model to predict live migration cost for the application and an algorithm that it is not memory usage sensitive.

Existem muitos fatores capazes de influenciar o desempenho de um programa paralelo MPI (Message Passing Interface). Dentre esses fatores, podemos citar a quantidade de dados processados, o número de nós envolvidos na solução do problema, as características da rede de interconexão, o tipo de switch utilizado, entre outros. Por isso, realizar predições de desempenho sobre programas paralelos que utilizam passagem de mensagem não é uma tarefa trivial. Com o intuito de modelar e predizer o comportamento dos programas citados anteriormente, nosso trabalho foi desenvolvido baseado em uma metodologia de análise e predição de desempenho de programas paralelos MPI. Inicialmente, propomos um modelo gráfico, denominado DP*Graph+, para representar o código das aplicações. Em seguida, desenvolvemos modelos analíticos, utilizando técnicas de ajuste de curvas, para representar o comportamento das estruturas de repetição compostas por primitivas de comunicação e/ou computação local. Além disso, elaboramos modelos para predizer o comportamento de aplicações do tipo mestre/escravo. Durante o desenvolvimento das atividades de análise e predição de desempenho, implementamos algumas funções para automatizar tarefas e facilitar nosso trabalho. Por último, modelamos e estimamos o desempenho de duas versões diferentes de um programa de multiplicação de matrizes, a fim de validar os modelos propostos. Os resultados das predições realizadas sobre os programas de multiplicação de matrizes foram satisfatórios. Na maioria dos casos preditos, os erros ficaram abaixo de 6 %, confirmando a validade e a precisão dos modelos elaborados. / There are many factors able to influence the performance of a MPI (Message Passing Interface) parallel program. Within these factors, we may cite: amount of data, number of nodes, characteristics of the network and type of switch, among others. Then, performance prediction isn’t a easy task. The work was developed based on a methodology of analysis and performance prediction of MPI parallel programs. First of all, we proposed a graphical model, named DP*Graph+, to represent the code of applications. Next, we developed analytical models applying curve fitting techniques to represent the behavior of repetition structure compounds by comunication primitives and/or local computations. Besides, we elaborated models to predict aplications of type master/slave. For development of performance prediction activities, some functions was developed to automate tasks and make our work easy. Finally, we modeled and predicted the performance of two different programs of matrix multiplication to prove the accuracy of models. The results of predictions on the programs were good. In the majority of predicted cases, the errors were down 6 %. With these results, we proved the accuracy of developed models.

As recentes pesquisas na área de Gestão de Processos de Negócio (GPN) vêm contribuindo para aumentar a eficiência nas organizações. A GPN pode ser compreendida como o conjunto de métodos, técnicas e ferramentas computacionais desenvolvidas para amparar os processos de negócios. Tipicamente, a GPN é fundamentada por modelos de processos. Esses modelos, além de permitirem a automação da configuração e execução, aumentam a capacidade de análise dos processos de negócio. Apesar de auxiliar os especialistas de negócio nas diferentes fases envolvidas no ciclo de vida de um processo de negócio (projeto, configuração, implantação/execução e a análise), os modelos definidos em linguagens específicas de domínio, como a BPMN (Business Process Model and Notation), não são os mais apropriados para amparar a fase de análise. De formal geral, esses modelos não possuem uma semântica operacional formalmente definida (o que limita o seu uso para a verificação e validação dos processos) e nem mecanismos para quantificar o comportamento modelado (o que impossibilita a análise de desempenho). Neste trabalho de doutorado, nós desenvolvemos um arcabouço que ampara e automatiza os principais passos envolvidos na análise de desempenho de processos de negócio via modelagem analítica. Nós estudamos a viabilidade da aplicação de três formalismos Markovianos na modelagem de processos de negócio: as Redes de Petri Estocásticas, as Álgebras de Processo Estocásticas e as Redes de Autômatos Estocásticos (SAN, do inglês Stochastic Automata Networks). Escolhemos SAN como formalismo base para o método proposto neste trabalho. Nosso arcabouço é constituído por: (i) uma notação para enriquecer modelos de processos de negócio descritos em BPMN com informações sobre o seu gerenciamento de recursos, e (ii) um algoritmo que faz a conversão automática desses modelos não-formais de processos para modelos estocásticos em SAN. Com isso, somos capazes de capturar o impacto causado pela contenção de recursos no desempenho de um processo de negócio. A partir de um modelo em SAN gerado com o nosso arcabouço, podemos predizer variados índices de desempenho que são boas aproximações para o desempenho esperado do processo de negócio no mundo real. / Recent results in the research field of Business Process Management (BPM) are contributing to improve efficiency in organizations. BPM can be seen as a set of methods, techniques and tools developed to support business processes in their different requirements. Usually, the BPM techniques are based on a process model. In addition to enabling automated process configuration and execution, these models also increase the analizability of business processes. Despite being able to support business specialists in different phases of the life cycle of a business process (design, configuration, execution, and analysis), the models created in domain-specific languages, such as BPMN (Business Process Model and Notation), are not the most appropriated ones to support the analysis phase. Generally, these models have neither a formally defined operational semantics (which hinders their use for verification and validation), nor mechanisms to quantify the modeled behavior (which hinders their use for performance analysis). In this PhD research, we developed a framework to support and to automatize the main steps involved in the analytical modeling of business processes aiming performance evaluation. We studied the viability of applying three Markovian formalisms in business process modeling: Stochastic Petri Nets, Stochastic Process Algebras and Stochastic Automata Networks (SAN). We have chosen SAN to support the method proposed in this work. Our framework is composed of: (i) a notation to enrich BPMN business process models with information concerning the associated resource management and (ii) an algorithm that automatically converts these non-formal business process models in SAN stochastic models. With this, we are able to capture the impact caused by resource contention in the performance of a business process. From a model generated through our framework, we are able to extract varied performance indices that are good approximations for the expected process performance in the real world.

O desenvolvimento de programas paralelos e distribuídos encontra na programação baseada em passagem de mensagens uma abordagem eficaz para explorar adequadamente as características das máquinas de memória distribuída. Com o uso de clusters e de bibliotecas de suporte às trocas de mensagens, como o padrão MPI (Message Passing Interface), aplicações eficientes e economicamente viáveis podem ser construídas. Em tais sistemas, o tempo despendido nas comunicações constitui um importante fator de desempenho a ser considerado e requer a utilização de procedimentos e cuidados para a sua correta caracterização. Neste trabalho, modelos analíticos de primitivas de comunicação bloqueante MPI são desenvolvidos segundo uma metodologia de análise e predição apropriada. São tratadas algumas das principais operações ponto-a-ponto e coletivas e, utilizando técnicas de ajuste de curvas e tempos experimentais, o comportamento das primitivas de comunicação é representado em equações, possibilitando ainda a realização de análises e predições de desempenho em função do tamanho das mensagens e do número de processos envolvidos. Através de testes em um cluster de estações de trabalho, a precisão dos modelos elaborados é comprovada. Sendo a maioria dos erros percentuais inferiores a 8%, os resultados obtidos confirmam a validade do processo de modelagem. Além disso, o trabalho apresenta um conjunto de funções construídas com o objetivo de oferecer suporte a atividades de análise e predição, procurando facilitar e automatizar sua execução. / The development of parallel and distributed programs finds at message-passing programming a powerful approach to explore properly the distributed memory machines issues. Using clusters and message-passing libraries, as MPI standard (Message Passing Interface), efficient and cost effective applications can be constructed. In these systems, the time spent with communications means a important performance factor to be considered and its correct characterization requires procedures and cautions. In this work, analytic models for MPI blocking communication primitives are developed according one appropriate methodology for analysis and prediction. Some of the main peer-to-peer and collective operations are treated, and through curve fitting techniques and experimental times the behavior of the communication primitives is represented in equations, allowing also the accomplishment of performance analysis and prediction in function of the message length and the number of processes. Tests realized in a cluster of workstations prove the accuracy of the elaborated models. With most of errors within 8%, the obtained results show the validity of the modeling process. Also, the work presents a set of functions constructed with the purpose of support analysis and prediction activities, in order to facilitate and automate them.

Esta tese parte da hipótese de que nem todos os edifícios de escritório com certificação ambiental na cidade de São Paulo, construídos entre os anos 2000 a 2016, atendem de modo satisfatório as condições de iluminação natural, segundo as recomendações hoje em vigor. Esses edifícios contemporâneos possuem grandes áreas envidraçadas em suas fachadas, sem proteção solar, que causam problemas de conforto térmico e luminoso. Para evitar o ofuscamento, os usuários acionam proteções solares internas como telas e persianas, o que acaba por impedir ou diminuir o acesso à luz natural. A pesquisa realizada fez um levantamento dos padrões construtivos prevalecentes em 28 edifícios de escritório que se enquadram na especificação descrita acima para verificar questões como: a profundidade da planta, transmissão luminosa dos vidros, WWR (Wall Window Ratio), entre outras. Os dados encontrados serviram para a elaboração de modelos referenciais, usados em simulações computacionais, com o objetivo de verificar a influência de variáveis arquitetônicas no desempenho da iluminação natural. As simulações foram realizadas no plug-in Diva do programa Rhinoceros 3D, que simula a iluminação natural de forma integrada com os softwares Radiance/DAYSIM, já validados pela comunidade científica internacional. O tratamento dos dados foi feito através de um método inédito de avaliação do desempenho luminoso e os resultados obtidos mostraram que 60% dos cenários analisados foram reprovados. Esta tese propõe uma metodologia de avaliação do desempenho luminoso de edifícios de escritório que considere de modo integrado a disponibilidade de luz natural, o conforto visual e o consumo de energia. / This thesis is based on the hypothesis that not all office buildings with environmental certification in the city of São Paulo, constructed between 2000 and 2016, meet satisfactorily the conditions of daylighting, according to the recommendations currently in force. These contemporary offices have large glass areas without sun protection in their facades, causing problems of thermal and luminous comfort. In order to avoid glare, users employ indoor shading devices such as rollers and blinds, which ultimately prevent or reduce access to daylight. This research has carried out a survey on the prevailing constructive patterns of 28 office buildings that follow the specifications described above, to verify issues such as plan depth, light transmission of glasses, WWR (Wall Window Ratio), among others. The collected data were used to elaborate reference models used in computational simulations, aiming at verifying the influence of architectural variables on the performance of daylighting. The simulations were carried out with the Diva plug-in for Rhinoceros 3D program, which simulates daylighting, integrated with software Radiance/DAYSIM, already validated by the international scientific community. The data treatment was carried out through an innovative method for evaluating luminous performance, and the obtained results showed that 60% of the analyzed scenarios were disapproved. This thesis proposes that the methodology for evaluating the luminous performance of office buildings should consider the availability of daylight, visual comfort, and energy consumption in an integrated way.

Tem-se verificado, na prática, que a falta de drenagem subsuperficial é um dos principais fatores de deterioração precoce dos pavimentos. Ainda, verifica-se que são relativamente poucos os procedimentos de dimensionamento e modelos de análise de previsão de desempenho que consideram efetivamente o efeito deletério da drenagem na vida útil dos pavimentos. No entanto, observa-se que pesquisas e experiências estrangeiras não estabeleceram ainda uma correlação quantitativa confiável entre a presença dos dispositivos de drenagem e o desempenho dos mesmos. No trabalho foi realizada análise de sensibilidade dos modelos da AASHTO (versão de 1993) e HDM-4, considerados os mais difundidos na atualidade. Os modelos empregam coeficientes de drenagem para a consideração dos efeitos danosos da presença de água livre no interior de estruturas de pavimentos rígidos e flexíveis. Teoricamente, verificou-se que os modelos são sensitivos quanto à influência das condições de drenagem no desempenho dos pavimentos. Foram analisados dados reais de certa malha viária no interior do estado de São Paulo e verificou-se, na prática, que os pavimentos flexíveis sem acostamento pavimentado, ou seja, com condições precárias de drenagem, têm apresentado desempenho inferior quando comparados com estruturas dotadas de acostamentos pavimentados mais impermeáveis. Constatou-se a dificuldade de se adotar os coeficientes de drenagem nos modelos analisados, apesar da grande importância da fixação adequada no dimensionamento. Comenta-se no trabalho que, além da existência de dispositivos de drenagem subsuperficial, é necessário checar a sua continuidade e capacidade hidráulica ao longo de todo o sistema. Sugerem-se procedimentos para o dimensionamento hidráulico do sistema de drenagem de pavimentos e a necessidade de se considerar a avaliação econômica ao longo de um período, de acordo com o desempenho esperado do pavimento (LCCA - Life Cycle Cost Analysis) quando da definição da concepção de pavimentos rodoviários drenantes, principalmente quando submetidos a tráfego pesado e em condições climáticas desfavoráveis. / There has been verified, in practice, that the absence of pavement drainage is one of the main factors of early degradation of pavements. More, there are few procedures of design and performance analysis that effectively consider the damage of water during the design period. However, foreign experiments and researches do not establish a reliable correlation between the construction of pavement drainage features and pavement performance. In this text, there has been analyzed the AASHTO (version of 1993) and HDM-4 models, considered the most spread out in the present time. These models consider the damage effects of free water inside flexible or rigid pavement structures. Theoretically, it was verified that the models are sensitive about the influence of the conditions of draining in the pavement performance. It had been analyzed real data of certain roadway network in the interior of the state of São Paulo and it was verified, in practical, that the flexible pavements without paved shoulder, that is, with precarious conditions of drainage, have presented lower performance when compared with structures endowed with paved shoulders more impermeable. It was evidenced the difficulty of adopting the drainage coefficients in the analyzed models, although the great importance of the setting adjusted in the design. It is commented that, beyond the existence of devices of subsurface draining, is necessary to check its continuity and hydraulical capacity throughout the system. It\'s suggested procedures for the hydraulical design of the pavement drainage system and the necessity of considering the economic evaluation throughout a period, in accordance with the waited performance (LCCA - Life Cycle Cost Analysis) when the definition of the conception of road pavements, mainly when submitted the heavy traffic and in unfavorable climatic conditions.

Esta tese apresenta um estudo sobre a implementação de sistema de detecção e reconhecimento de faces no processador CELL na plataforma CBE, utilizando um sistema Playstation 3. Inicialmente, diversas abordagens para reconhecimento e detecção de faces são estudadas, bem como arquiteturas de processador multi núcleos. São apresentadas três implementação, sendo a segunda implementação premiada com quarto colocado no IBM CELL UNIVERSITY CHALLENGE 2007 para desenvolvimento de programas para plataforma Cell BE. A terceira implementação apresenta os resultados interessantes relacionados a vetorização do processamento dos dados da detecção de objetos e os recursos adotados para obter o melhor desempenho. / This thesis presents a study of face detection implementation on CBE plataform and employ the system with Playstation 3 hardware. Several approaches for face detection and recognition are studied as well as multicore processor architetures. We implemented three versions of system. First implementation was a naive reference implementation with worst performance. Second implementation granted fourth prize in IBM CELL UNIVERSITY CHALLENGE 2007 that incentive development on CBE plataform. Third implementation had most interesting results with vectorized approaches on code of object detection.

Este projeto de mestrado apresenta uma visão de como áreas da Ciência da Computação relacionadas a desempenho (Avaliação de Desempenho, Engenharia de Desempenho de Software e Teste de Desempenho de Software) podem ser relacionas e também propõe uma metodologia de análise de desempenho que contém conceitos das áreas anteriormente apontadas, para que esta seja mais completa e possa ser compreendida por profissionais das três áreas. Para formalizar esse relacionamento, foi construída uma ontologia que mostra como ocorre a correlação entre as áreas, e a partir dessa metodologia proposta, foi possível analisar o desempenho da ferramenta ValiPar, em sua versão paralela e concluir que o principal gargalo com relação a escalabilidade dela é sua porção executada sequencialmente. Por fim, foi observado que a metodologia apresenta vantagens se comparada as demais, como uma formalização nas suas etapas de análise. / This master project presents a view of how Computers Science areas related to performance (Performance Evaluation, Software Performance Engineering and Software Performance Testing) can be related and also proposes a performance analysis methodology that contains concepts from all areas previously identified, so that it is more complete and can be understood by professionals of these three areas. To formalize this relationship, an ontology that shows how the correlation occurs between areas was built. And from the proposed methodology, it was possible to analyze the performance of ValiPar tool, in its parallel version, and it was concluded that the main bottleneck with respect to its scalability is its portion executed sequentially. Finally, it was observed that the proposed methodology has advantages compared to others, as a formalization in its analysis steps.

Várias características da Internet mudaram drasticamente desde que o TCP foi criado, como o maior compartilhamento de recursos devido à maior quantidade de usuários, maior largura de banda disponível, a existência de muitas conexões que podem percorrer longas distâncias e a ubiquidade das redes sem fio. Confrontado com essas novas características, o TCP apresenta diversas limitações. Dentre elas estão a subutilização da rede quando a largura de banda é da ordem de centenas de Gbps, o favorecimento de conexões que possuem pouco atraso (poucas dezenas de milisegundos), a incapacidade de distinção de causas de perdas de pacote e a demora para estabelecimento de conexões seguras (até 3 RTTs). Nesse contexto, com o objetivo de tornar o transporte de dados na Internet mais rápido e eficiente, a Google desenvolveu o protocolo QUIC. O QUIC propõe diversos avanços em relação aos protocolos existentes, como um novo mecanismo para estabelecimento de conexão e controle de congestionamento otimizado. Resultados apresentados pela Google mostraram claro ganho de desempenho em relação ao TCP, justificando o trabalho de tornar o QUIC um padrão IETF da Internet. Porém, esses resultados são impossíveis de serem verificados porque nos relatórios divulgados não há informação suficiente para que os cenários de teste sejam reproduzidos e porque é implausível possuir a mesma infraestrutura para os testes que a Google tem. Neste trabalho, avaliamos o desempenho do protocolo QUIC em diversos cenários de rede, comparando-o com o desempenho de várias implementações do TCP, principalmente o CUBIC. Diferente do realizado na literatura, todos os cenários utilizados são bem descritos, permitindo a reprodutibilidade dos experimentos. Além disso, para a realização dos experimentos foi criado um novo módulo que implementa o QUIC no simulador de redes NS-3. Este módulo está disponível como software livre, permitindo que outros pesquisadores usem o módulo para replicar e verificar nossos experimentos e para criarem novos experimentos de forma reprodutível. Ademais, eles também podem usar o módulo como uma ferramenta para avaliar, de maneira rápida, o comportamento de novas técnicas dentro do protocolo. / Many characteristics of the Internet have drastically changed since TCP was created such as the increase on resource sharing due to a larger number of Internet users, the growth of available bandwidth, the existence of many connections that may travel long distances and the ubiquity of wireless networks. When faced with those new characteristics, TCP showed severe limitations. Among them are network underutilization in high bandwidth environments of hundreds of Gbps, favoring of connections with small delays (few tens of milliseconds), incapacity of distinguishing packet loss causes and high delays for establishing secure connections (up to 3 RTTs). In this context, with the goal of making Internet data transport faster and more efficient, Google has developed the QUIC protocol. QUIC proposes many advances compared to existing protocols, such as a new mechanism for establishing connections and an optimized congestion control algorithm. Google has reported results indicating that QUIC performs better than TCP, justifying the work on making QUIC an IETF Internet standard. However, those results cannot be verified because on the published reports there is not enough information to reproduce the test scenarios and it is implausible to have the same test infrastructure Google has. In this work, we evaluate QUICs performance in a number of network scenarios, comparing it with the performance of different TCP flavours, specially TCP CUBIC. Unlike other works in the literature, all scenarios are well described, enabling experiment replicability. Furthermore, to run experiments we created a new module that implements QUIC on the network simulator NS-3. The module is available as free software, allowing other researchers to use it to reproduce and verify our experiments and to create new ones in a replicable way. Additionally, they can use the module as a tool to quickly assess the behaviour of new techniques in the protocol.