A presente tese trata o problema do reescalonamento de processos durante a execução da aplicação, oferecendo rebalanceamento dinâmico de carga entre os recursos disponíveis. Uma vez que os cenários da computação distribuída envolvem cada vez mais recursos e aplicações dinâmicas, a carga é uma medida variável e um mapeamento inicial processos-recursos pode não permanecer eficiente no decorrer do tempo. O estado dos recursos e da rede podem variar no decorrer da aplicação, bem como a quantidade de processamento e a interação entre os processos. Consequentemente, o remapeamento de processos para novos recursos é pertinente para aumentar o uso dos recursos e minimizar o tempo de execução da aplicação. Nesse contexto, essa tese de doutorado apresenta um modelo de reescalonamento chamado MigBSP, o qual controla a migração de processos de aplicações BSP (Bulk Synchronous Parallel). O modelo de aplicação BSP foi adotado visto que torna a programação paralela mais fácil e é muito comum nos cenários de desenvolvimento de aplicações científicas. Considerando o escopo de aplicações BSP, as novas idéias de MigBSP são em número de três: (i) combinação de três métricas - Memória, Computação e Comunicação - em uma outra escala com o intuito de medir o Potencial de Migração de cada processo BSP; (ii) emprego de um Padrão de Computação e outro Padrão de Comunicação para controlar a regularidade dos processos e; (iii) adatação eficiente na freqüência do lançamento do reescalonamento de processos. A infra-estrutura de máquina paralela considera sistemas distribuídos heterogêneos (diferentes velocidades de processador e de rede). Os processos podem passar mensagens entre si e a máquina paralela pode agregar redes locais e clusters. O modelo de reescalonamento provê um formalismo matemático para decidir as seguintes questões: (i) Quando lançar o reescalonamento dos processos; (ii) Quais processos são candidatos a migração e; (iii) Para onde os processos selecionados serão migrados. A técnica de simulação foi usada para validar MigBSP. Além do próprio MigBSP, três aplicações científicas foram foram desenvolvidas e executadas usando o simulador Simgrid. Os resultados mostraram que MigBSP oferece oportunidade de ganhar desempenho sem alterações no código fonte da aplicação. MigBSP torna possível ganhos de desempenho na casa de 20%, bem como produz uma baixa sobrecarga quando migrações são inviáveis. Sua sobrecarga média ficou abaixo de 8% do tempo de execução normal da aplicação. Essa taxa foi obtida desabilitando quaisquer migrações indicadas por MigBSP. Os resultados mostraram que a união das métricas consideradas é uma boa solução para o controle de migração de processos. Além disso, eles revelaram que as adaptações desenvolvidas na freqüência do reescalonamento são cruciais para tornar a execução de MigBSP viável, principalmente em ambientes desbalanceados. / This thesis treats the processes rescheduling problem during application runtime, offering dynamic load rebalancing among the available resources. Since most distributed computing scenarios involve more and more resources and dynamic applications, the load is a variable measure and an initial processes-processors deployment may not remain efficient with time. The resources and the network states can vary during application execution, as well as the amount of processing and the interactions among the processes. Consequently, the remapping of processes to new processors is pertinent to improve resource utilization and to minimize application execution time. In this context, this thesis presents a rescheduling model called MigBSP, which controls the processes migration of BSP (Bulk Synchronous Parallel) applications. BSP application model was adopted because it turns parallel programming easier and is very common in scientific applications development scenarios. Considering the scope of BSP applications, the novel ideas of MigBSP are threefold: (i) combination of three metrics - Memory, Computation and Communication - in a scalar one in order to measure the potential of migration of each BSP process; (ii) employment of both Computation and Communication Patterns to control processes’ regularity and; (iii) efficient adaptation regarding the periodicity to launch processes rescheduling. In our infrastructure, we are considering heterogeneous (different processor and network speed) distributed systems. The processes can pass messages among themselves and the parallel machine can gather local area networks and clusters. The proposed model provides a mathematical formalism to decide the following questions about load (BSP processes) balancing: (i) When to launch the processes rescheduling; (ii) Which processes will be candidates for migration and; (iii) Where to put the processes that will be migrated actually. We used the simulation technique to validate MigBSP. Besides MigBSP, three scientific application were developed and executed using Simgrid simulator. In general, the results showed that MigBSP offers an opportunity to get performance in an effortless manner to the programmer since its does not need modification on application code. MigBSP makes possible gains of performance up to 20% as well as produces a low overhead when migrations do not take place. Its mean overhead is lower than 8% of the normal application execution time. This rate was obtained disabling any processes migration indicated by MigBSP. The results show that the union of considered metrics is a good solution to control processes migration. Moreover, they revealed that the developed adaptations are crucial to turn MigBSP execution viable, mainly on unbalanced environments.

O aumento crescente no número de processadores das arquiteturas paralelas que estão no topo dos rankings de desempenho, apesar de permitir uma maior capacidade de processamento, também traz consigo um aumento na taxa de falhas diretamente proporcional ao número de processadores. Atualmente, as técnicas de tolerância a falhas com recuperação retroativa são as mais empregadas em aplicações MPI, principalmente a técnica de checkpoint coordenado. No entanto, previsões afirmam que essa última técnica será inadequada para as arquiteturas emergentes. Em contrapartida, as técnicas de log de mensagens possuem características que as tornam mais apropriadas no novo cenário que se estabelece. O presente trabalho consiste em uma proposta de log de mensagens pessimista remoto com checkpoint não-coordenado e a avaliação de desempenho da comunicação MPI sobre Publish/Subscriber no qual se baseia o log de mensagens. O trabalho compreende: um estudo das técnicas de tolerância a falhas mais empregadas em ambientes de alto desempenho e a motivação para a escolha dessa variante de log de mensagens; a proposta de log de mensagens; uma implementação de comunicação Open MPI sobre OpenAMQ e sua respectiva avaliação de desempenho com comunicação tradicional TCP/IP e com o log de mensagens pessimista local da distribuição do Open MPI. Os benchmarks utilizados foram o NetPIPE, o NAS Parallel Benchmarks e a aplicação Virginia Hydrodynamics (VH-1). / The growing number of processors in parallel architectures at the top of performance rankings allows a higher processing capacity. However, it also brings an increase in the fault rate which is directly proportional to the number of processors. Nowadays, coordinated checkpoint is the most widely used rollback technique for system recovery in the occurrence of faults in MPI applications. Nevertheless, projections point that this technique will be inappropriate for the emerging architectures. On the other hand, message logging seems to be more appropriate to this new scenario. This work consists in a proposal of pessimistic message logging (remote based) with non-coordinated checkpoint and the performance evaluation of an MPI communication mechanism that works over Publish/Subscriber channels in which the proposed message logging is based. The work is organized as following: an study of fault tolerant techniques used in HPC and the motivation for choosing this variant of message logging; a message logging proposal; an implementation of Open MPI communication over OpenAMQ; performance evaluation and comparision with the tradicional TCP/IP communication and a pessimistic message logging (sender based) from Open MPI distribution. The benchmark set is composed of NetPIPE, NAS Parallel Benchmarks and Virginia Hydrodynamics (VH-1).

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-10-17Bitstream added on 2014-06-13T20:30:51Z : No. of bitstreams: 1 gulo_casj_me_sjrp.pdf: 1004896 bytes, checksum: d189543ceda76e9ee5b4a62ae7aaaffa (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A evolução constante na velocidade de cálculos dos processadores tem sido uma grande aliada no desenvolvimento de áreas da Ciência que exigem processamento de alto desempenho. Associados aos recursos computacionais faz-se necessário o emprego de técnicas de computação paralela no intuito de explorar ao máximo a capacidade de processamento da arquitetura escolhida, bem como, reduzir o tempo de espera no processamento. No entanto, o custo financeiro para aquisição deste tipo dehardwarenão é muito baixo, implicando na busca de alternativas para sua utilização. As arquiteturas de processadores multicoree General Purpose Computing on Graphics Processing Unit(GPGPU), tornam-se opções de baixo custo, pois são projeta-das para oferecer infraestrutura para o processamento de alto desempenho e atender aplicações de tempo real. Com o aperfeiçoamento das tecnologias multicomputador, multiprocessador e GPGPU, a paralelização de técnicas de processamento de imagem tem obtido destaque por vi-abilizar a redução do tempo de processamento de métodos complexos aplicados em imagem de alta resolução. Neste trabalho, é apresentado o estudo e uma abordagem de paralelização em GPGPU, utilizando a arquitetura CUDA, do método de suavização de imagem baseado num modelo variacional, proposto por Jin e Yang (2011), e sua aplicação em imagens com al-tas resoluções. Os resultados obtidos nos experimentos, permitiram obter um speedupde até quinze vezes no tempo de processamento de imagens, comparando o algoritmo sequencial e o algoritmo otimizado paralelizado em CUDA, o que pode viabilizar sua utilização em diversas aplicações de tempo real / Supported by processors evolution, high performance computing have contributed to develop-ment in several scientific research areas which require advanced computations, such as image processing, augmented reality, and others. To fully exploit high performance computing availa-ble in these resources and to decrease processing time, is necessary apply parallel computing. However, those resources are expensive, which implies the search for alternatives ways to use it. The multicore processors architecture andGeneral Purpose Computing on Graphics Proces-sing Unit(GPGPU) become a low cost options, as they were designed to provide infrastructure for high performance computing and attend real-time applications.With the improvements gai-ned in technologies related to multicomputer, multiprocessor and, more recently, to GPGPUs, the parallelization of computational image processing techniques has gained extraordinary pro-minence. This parallelization is crucial for the use of such techniques in applications that have strong demands in terms of processing time, so that even more complex computational algo-rithms can be used, as well as their use on images of higher resolution. In this research, the parallelization in GPGPU of a recent image smoothing method based on a variation model is described and discussed. This method was proposed by Jin and Yang (2011) and is in-demand due to its computation time, and its use with high resolution images. The results obtained are very promising, revealing a speedup about fifteen times in terms of computational speed

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:52:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissFSS.pdf: 471874 bytes, checksum: 52bc0458fea36b975556da8d0d9d80ca (MD5) Previous issue date: 2003-08-14 / This work consists in the development of genetic algorithms for the Task-to-Processo Assignment Problem in multiprocessor applications. Specifically, the objective is to find the task-to-processor assignment that minimizes the total delay in a particular multiprocessor digital signal processing architecture. We present a description of our algorithm implementations and the results found with a set of 117 randomly generated and real-life instances. The algorithms performance is compared with the results provided by a competitive dynamic list heuristic and a multiple start search algorithm. The results indicate lower delays in more than 68% of the instances, at a higher computational cost. / O objetivo deste projeto consiste no desenvolvimento de algoritmos genéticos para resolução do problema de designação de tarefas em multiprocessadores de processamento digital de sinal (PDS). Especificamente, busca-se minimizar o atraso total em uma arquitetura de multiprocessadores particular, bastante utilizada em sistemas reais. Neste trabalho são apresentadas implementações de algoritmos genéticos, e os resultados computacionais decorrentes de sua aplicação a um conjunto de 117 exemplos gerados aleatoriamente e extraídos de contextos reais. O desempenho dos algoritmos é analisado, comparando-se a qualidade das soluções e os tempos computacionais requeridos com os obtidos por uma heurística competitiva da literatura e por um algoritmo de busca multiple starts. Os algoritmos genéticos obtiveram menores valores de atraso em mais de 68% dos exemplos, a um tempo computacional maior.

Orientador: Antonio Carlos Sementille / Banca: José Remo Ferreira Brega / Banca: Edgard A. Lamounier Junior / Resumo: A evolução constante na velocidade de cálculos dos processadores tem sido uma grande aliada no desenvolvimento de áreas da Ciência que exigem processamento de alto desempenho. Associados aos recursos computacionais faz-se necessário o emprego de técnicas de computação paralela no intuito de explorar ao máximo a capacidade de processamento da arquitetura escolhida, bem como, reduzir o tempo de espera no processamento. No entanto, o custo financeiro para aquisição deste tipo dehardwarenão é muito baixo, implicando na busca de alternativas para sua utilização. As arquiteturas de processadores multicoree General Purpose Computing on Graphics Processing Unit(GPGPU), tornam-se opções de baixo custo, pois são projeta-das para oferecer infraestrutura para o processamento de alto desempenho e atender aplicações de tempo real. Com o aperfeiçoamento das tecnologias multicomputador, multiprocessador e GPGPU, a paralelização de técnicas de processamento de imagem tem obtido destaque por vi-abilizar a redução do tempo de processamento de métodos complexos aplicados em imagem de alta resolução. Neste trabalho, é apresentado o estudo e uma abordagem de paralelização em GPGPU, utilizando a arquitetura CUDA, do método de suavização de imagem baseado num modelo variacional, proposto por Jin e Yang (2011), e sua aplicação em imagens com al-tas resoluções. Os resultados obtidos nos experimentos, permitiram obter um speedupde até quinze vezes no tempo de processamento de imagens, comparando o algoritmo sequencial e o algoritmo otimizado paralelizado em CUDA, o que pode viabilizar sua utilização em diversas aplicações de tempo real / Abstract: Supported by processors evolution, high performance computing have contributed to develop-ment in several scientific research areas which require advanced computations, such as image processing, augmented reality, and others. To fully exploit high performance computing availa-ble in these resources and to decrease processing time, is necessary apply parallel computing. However, those resources are expensive, which implies the search for alternatives ways to use it. The multicore processors architecture andGeneral Purpose Computing on Graphics Proces-sing Unit(GPGPU) become a low cost options, as they were designed to provide infrastructure for high performance computing and attend real-time applications.With the improvements gai-ned in technologies related to multicomputer, multiprocessor and, more recently, to GPGPUs, the parallelization of computational image processing techniques has gained extraordinary pro-minence. This parallelization is crucial for the use of such techniques in applications that have strong demands in terms of processing time, so that even more complex computational algo-rithms can be used, as well as their use on images of higher resolution. In this research, the parallelization in GPGPU of a recent image smoothing method based on a variation model is described and discussed. This method was proposed by Jin and Yang (2011) and is in-demand due to its computation time, and its use with high resolution images. The results obtained are very promising, revealing a speedup about fifteen times in terms of computational speed / Mestre

Orientador: Sérgio Azevedo de Oliveira / Banca: Rubén Augusto Romero Lazaro / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Resumo: Neste trabalho foram implementados diversos agentes heuristicos construtivos, baseados no modelo híbrido linear, que fazem parte de um time assíncrono que tem como objetivo gerar configurações de boa qualidade para inicializar as metaheuríticas que resolvem o problema do planejamento da expansão da transmissão dos sistemas de energia elétrica. A teoria de times assíncronos foi aplicada para reunir as qualidades individuais dos métodos heurísticos, de uma maneira que, partindo de uma configuração base (sem adições) e utilizando um fluxo de dados cíclico, os agentes construtivos adicionassem circuitos a esta configuração de maneira sistemática e aleatória até que esta atenda as demandas de carga solicitadas pelo sistema elétrico em um horizonte futuro. Estas configurações foram então utilizadas por um algoritmo genético no intuito de validar a qualidade das mesmas. Os algoritmos foram implementados em Fortran, utilizando as rotinas de trocas de mensagens do LAM-MPI e simulados para sistemas teste de pequeno, médio e grande porte em ambiente de processamento distribuido. Os resultados comprovam que os times ass'ıncronos de vários metodos heurísticos são mais eficazes comparados com uma única heurística. / Abstract: In this study, it was implemented several constructive heuristic algorithms, based on hybrid linear model, which are part of a asynchronous team that aims to generate initial solutions with good quality for meta-heuristics that solve the transmission expansion planning problem of electric power systems. The theory of asynchronous team was applied to meet the individual qualities of each heuristic method, in a way that, starting from a base network configuration and using a cyclical flow of data, heuristic agents add circuits to is configuration in a systematic and random way until they meet the load demands requested by the electrical system on a future horizon. Then these configurations are utilized by a genetic algorithm in order to validate the quality of them. The algorithms were implemented in Fortran, using exchanging messages routines from LAM-MPI and simulated for small, medium and large size test-systems in distributed processing environment. The results show that the solutions obtained with asynchronous teams of several heuristic methods are more effective than the solutions with a single heuristic algorithm. / Mestre

CNPq / Este trabalho apresenta um algoritmo genético paralelo (AGP) para o problema de dobramento de proteínas, utilizando o modelo 3DHP-SC. Este modelo tem sido pouco abordado devido ao elevado grau de complexidade envolvido. Foi proposta uma função de fitness baseada na energia livre e na compacidade do dobramento. Operadores genéticos especiais foram desenvolvidos, além de estratégias para auxiliar o algoritmo no processo de busca de conformações de proteínas. Vários experimentos foram realizados para ajustar todos os parâmetros do sistema, incluindo os parâmetros básicos do AG (probabilidades de mutação e crossover, e o tamanho de torneio) e os parâmetros dos operadores especiais e das estratégias. O efeito da matriz de energias para o modelo no desempenho do algoritmo também foi estudado. Uma comparação com outra abordagem de computação evolucionária também foi realizada, a fim de verificar o desempenho do método proposto. Devido a não existir, até então, benchmarks para teste deste modelo, foi proposto um conjunto de 25 sequências baseado em outro modelo mais simplificado. Os resultados obtidos mostraram que o AGP alcançou um bom nível de eficiência e obteve dobramentos biologicamente coerentes, sugerindo a adequabilidade da metodologia proposta. / This work presents a parallel genetic algorithm (PGA) for the protein folding problem, using the 3DHP-SC model. This model has been sparsely studied in the literature due to its complexity. A new fitness function was proposed, based on the free-energy and compacity of the folding. Special genetic operators were developed, besides strategies to aid the algorithm in the search of protein conformations. Many experiments were done to adjust all the parameters of the system, including the basic parameters of the GA (mutation and crossover probability, and tournament size) and parameters of the special genetic operators and strategies. The effect of the energy matrix of the model in the performance of the algorithm was also studied. Moreover, a comparison with other evolutionary computation approach was done, to verify the performance of the proposed method. Since there is no benchmark available to date, a set of 25 sequences was used, based on a simpler model. Results show that the PGA achieved a good level of efficiency and obtained biologically coherent results, suggesting its adequacy for the problem.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaCMLA_da_capa_ate_pag_32.pdf: 11099536 bytes, checksum: 4f9f0f481f00f3c8e66d9a39f591e6a2 (MD5) Previous issue date: 2005-02-01 / ln this work, it was deveIoped a parallel cooperative genetic algorithm with different evolution behaviors to train and to define architectures for MuItiIayer Perceptron neural networks. MuItiIayer Perceptron neural networks are very powerful tools and had their use extended vastIy due to their abiIity of providing great resuIts to a broad range of appIications. The combination of genetic algorithms and parallel processing can be very powerful when applied to the Iearning process of the neural network, as well as to the definition of its architecture since this procedure can be very slow, usually requiring a lot of computational time. AIso, research work combining and appIying evolutionary computation into the design of neural networks is very useful since most of the Iearning algorithms deveIoped to train neural networks only adjust their synaptic weights, not considering the design of the networks architecture. Furthermore, the use of cooperation in the genetic algorithm allows the interaction of different populations, avoiding local minima and helping in the search of a promising solution, acceIerating the evolutionary process. Finally, individuaIs and evolution behavior can be exclusive on each copy of the genetic algorithm running in each task enhancing the diversity of populations / Neste trabalho foi desenvolvido um algoritmo gen?tico paralelo cooperativo com diferentes comportamentos evolutivos para o treinamento e defini??o de redes neurais Perceptron de M?ltiplas Camadas. As redes neurais Perceptron de M?ltiplas Camadas s?o ferramentas poderosas e tiveram seu uso intensificado j? que s?o capazes de proporcionar bons resultados para diversas aplica??es. A combina??o de algoritmos gen?ticos e de processamento paralelo aplicados no processo de treinamento e na defini??o de redes neurais Perceptron de M?ltiplas Camadas ? interessante uma vez que o processo de aprendizagem geralmente ? lento e a maioria dos algoritmos de treinamento existente realiza apenas o ajuste dos pesos sin?pticos da rede neural. Sabe-se que, sem conhecimento pr?vio da aplica??o, ? dif?cil definir uma arquitetura ideal para a rede neural. Desta maneira, tem-se que t?cnicas para automatizar a defini??o da arquitetura de redes neurais s?o de interesse. Al?m disso, o uso de coopera??o no algoritmo gen?tico permite a explora??o de ?reas promissoras do espa?o de busca encontradas por diferentes popula??es, pode evitar m?nimos locais e possibilita a re-introdu??o nas popula??es de informa??es previamente perdidas. Por fim, atrav?s da incorpora??o de diferentes comportamentos evolutivos, intensifica-se a diversidade dos indiv?duos e, assim, a busca por uma solu??o promissora

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ClaudioACF.pdf: 1310703 bytes, checksum: 20942a00fb9b1da452758bbafaf1b59d (MD5) Previous issue date: 2003-09-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / The last years have presented an increase in the acceptance and adoption of the parallel processing, as much for scientific computation of high performance as for applications of general intention. This acceptance has been favored mainly for the development of environments with massive parallel processing (MPP - Massively Parallel Processing) and of the distributed computation. A common point between distributed systems and MPPs architectures is the notion of message exchange, that allows the communication between processes. An environment of message exchange consists basically of a communication library that, acting as an extension of the programming languages that allow to the elaboration of applications parallel, such as C, C++ and Fortran. In the development of applications parallel, a basic aspect is on to the analysis of performance of the same ones. Several can be the metric ones used in this analysis: time of execution, efficiency in the use of the processing elements, scalability of the application with respect to the increase in the number of processors or to the increase of the instance of the treat problem. The establishment of models or mechanisms that allow this analysis can be a task sufficiently complicated considering parameters and involved degrees of freedom in the implementation of the parallel application. An joined alternative has been the use of collection tools and visualization of performance data, that allow the user to identify to points of strangulation and sources of inefficiency in an application. For an efficient visualization one becomes necessary to identify and to collect given relative to the execution of the application, stage this called instrumentation. In this work it is presented, initially, a study of the main techniques used in the collection of the performance data, and after that a detailed analysis of the main available tools is made that can be used in architectures parallel of the type to cluster Beowulf with Linux on X86 platform being used libraries of communication based in applications MPI - Message Passing Interface, such as LAM and MPICH. This analysis is validated on applications parallel bars that deal with the problems of the training of neural nets of the type perceptrons using retro-propagation. The gotten conclusions show to the potentiality and easinesses of the analyzed tools. / Os ?ltimos anos t?m apresentado um aumento na aceita??o e ado??o do processamento paralelo, tanto para computa??o cient?fica de alto desempenho como para aplica??es de prop?sito geral. Essa aceita??o tem sido favorecida principalmente pelo desenvolvimento dos ambientes com processamento maci?amente paralelo (MPP - Massively Parallel Processing) e da computa??o distribu?da. Um ponto comum entre sistemas distribu?dos e arquiteturas MPPs ? a no??o de troca de mensagem, que permite a comunica??o entre processos. Um ambiente de troca de mensagem consiste basicamente de uma biblioteca de comunica??o que, atuando como uma extens?o das linguagens de programa??o, permite a elabora??o de aplica??es paralelas, tais como C, C++ e Fortran. No desenvolvimento de aplica??es paralelas, um aspecto fundamental esta ligado ? an?lise de desempenho das mesmas. V?rias podem ser as m?tricas utilizadas nesta an?lise: tempo de execu??o, efici?ncia na utiliza??o dos elementos de processamento, escalabilidade da aplica??o com respeito ao aumento no n?mero de processadores ou ao aumento da inst?ncia do problema tratado. O estabelecimento de modelos ou mecanismos que permitam esta an?lise pode ser uma tarefa bastante complicada considerando-se par?metros e graus de liberdade envolvidos na implementa??o da aplica??o paralela. Uma alternativa encontrada tem sido a utiliza??o de ferramentas de coleta e visualiza??o de dados de desempenho, que permitem ao usu?rio identificar pontos de estrangulamento e fontes de inefici?ncia em uma aplica??o. Para uma visualiza??o eficiente torna-se necess?rio identificar e coletar dados relativos ? execu??o da aplica??o, etapa esta denominada instrumenta??o. Neste trabalho ? apresentado, inicialmente, um estudo das principais t?cnicas utilizadas na coleta dos dados de desempenho, e em seguida ? feita uma an?lise detalhada das principais ferramentas dispon?veis que podem ser utilizadas em arquiteturas paralelas do tipo Cluster Beowulf com Linux sobre plataforma X86 utilizando bibliotecas de comunica??o baseadas em aplica??es MPI - Message Passing Interface, tais como LAM e MPICH . Esta an?lise ? validada sobre aplica??es paralelas que tratam do problema do treinamento de redes neurais do tipo perceptrons usando retropropaga??o. As conclus?es obtidas mostram as potencialidade e facilidades das ferramentas analisadas.

Em ambientes de Computação de Alto Desempenho, as aplicações científicas dependem dos Sistemas de Arquivos Paralelos (SAP) para obter desempenho de Entrada/Saída (E/S), especialmente ao lidar com grandes quantidades de dados. No entanto, E/S ainda é um gargalo para um número crescente de aplicações, devido à diferença histórica entre a velocidade de processamento e de acesso aos dados. Para aliviar a concorrência causada por milhares de nós que acessam um número significativamente menor de servidores SAP, normalmente nós intermediários de E/S são adicionados entre os nós de processamento e o sistema de arquivos. Cada nó intermediário encaminha solicitações de vários clientes para o sistema, uma configuração que dá a este componente a oportunidade de executar otimizações como o escalonamento de requisições de E/S. O objetivo desta dissertação é avaliar diferentes algoritmos de escalonamento, na camada de encaminhamento de E/S, cuja finalidade é melhorar o padrão de acesso das aplicações, agregando e reordenando requisições para evitar padrões que são conhecidos por prejudicar o desempenho. Demonstramos que os escalonadores FIFO (First In, First Out), HBRR (Handle-Based Round-Robin), TO (Time Order), SJF (Shortest Job First) e MLF (Multilevel Feedback) são apenas parcialmente eficazes porque o padrão de acesso não é o principal fator que afeta o desempenho na camada de encaminhamento de E/S, especialmente para requisições de leitura Um novo algoritmo de escalonamento chamado TWINS é proposto para coordenar o acesso de nós intermediários de E/S aos servidores de dados do sistema de arquivos paralelo. Nossa abordagem reduz a concorrência nos servidores de dados, um fator previamente demonstrado como reponsável por afetar negativamente o desempenho. O algoritmo proposto é capaz de melhorar o tempo de leitura de arquivos compartilhados em até 28% se comparado a outros algoritmos de escalonamento e em até 50% se comparado a não fazer o encaminhamento de requisições de E/S. / In High Performance Computing (HPC) environments, scientific applications rely on Parallel File Systems (PFS) to obtain Input/Output (I/O) performance especially when handling large amounts of data. However, I/O is still a bottleneck for an increasing number of applications, due to the historical gap between processing and data access speed. To alleviate the concurrency caused by thousands of nodes accessing a significantly smaller number of PFS servers, intermediate I/O nodes are typically employed between processing nodes and the file system. Each intermediate node forwards requests from multiple clients to the parallel file system, a setup which gives this component the opportunity to perform optimizations like I/O scheduling. The objective of this dissertation is to evaluate different scheduling algorithms, at the I/O forwarding layer, that work to improve concurrent access patterns by aggregating and reordering requests to avoid patterns known to harm performance. We demonstrate that the FIFO (First In, First Out), HBRR (Handle- Based Round-Robin), TO (Time Order), SJF (Shortest Job First) and MLF (Multilevel Feedback) schedulers are only partially effective because the access pattern is not the main factor that affects performance in the I/O forwarding layer, especially for read requests. A new scheduling algorithm, TWINS, is proposed to coordinate the access of intermediate I/O nodes to the parallel file system data servers. Our approach decreases concurrency at the data servers, a factor previously proven to negatively affect performance. The proposed algorithm is able to improve read performance from shared files by up to 28% over other scheduling algorithms and by up to 50% over not forwarding I/O requests.