nÃo hà / Long running applications are very common in High Performance Computing (HPC) domains. During the execution of this kind of application, some improvements or corrections can be identified and applied without making invalid the data that has been processed. In these cases, the ability to make changes in a parallel program during execution is considered useful. Dynamic reconfiguration is the term used to describe this technique, which can be implemented using different alternatives, like architecture description languages (ADL). An ADL allows a the specification of a software based on exogenous conectors to combine and define data types and protocols for orchestrating the interaction between components. This research has the goal of designing an ADL and implementing a configuration interpretation environment for the HPE component-based parallel computing platform. The main purpose of this language is to provide the ability to specify exogenous connectors and support dynamic reconfiguration. Case studies evaluate the performance of the component interpretation developed by the ADL, as well as validate the actions of dynamic reconfiguration. The results are an evidence that the overhead in the interpretation process for realistic problem instances is acceptable, in such a way that, when used wisely, the connectors can be used even in production scenarios. In some cases, the interpretation weight can be disregarded. The reconfiguration experiments are also deemed satisfactory, making the simplicity of the mechanism the major draw of the solution. / Nos domÃnios da ComputaÃÃo de Alto Desempenho (CAD), sÃo comuns aplicaÃÃes com tempo de execuÃÃo de longa duraÃÃo. Durante a execuÃÃo de uma aplicaÃÃo dessa natureza, podem ser identificadas melhorias ou correÃÃes nos algoritmos em execuÃÃo que nÃo invalidam o processamento previamente realizado. Neste cenÃrio, a capacidade de realizar modificaÃÃes em tempo de execuÃÃo se mostra de grande utilidade. A esta tÃcnica chamamos reconfiguraÃÃo dinÃmica, a qual, dentre outros meios discutidos ao longo do trabalho, pode ser implementada a partir do uso de linguagens de propÃsito especÃfico como as linguagens de descriÃÃo de arquitetura (ADL). Uma ADL permite a especificaÃÃo de um sistema de software a partir da construÃÃo de conectores exÃgenos com a funÃÃo de combinar e definir os formatos de dados e protocolos nas interaÃÃes de componentes. Este trabalho de pesquisa tem como objeto o projeto de uma ADL e a implementaÃÃo de um ambiente de interpretaÃÃo de configuraÃÃo para a plataforma de componentes paralelos HPE (Hash Programming Environment). Essa linguagem tem como principal propÃsito oferecer a capacidade de especificar conectores exÃgenos e suporte à reconfiguraÃÃo dinÃmica. Estudos de caso avaliam o desempenho da interpretaÃÃo dos componentes desenvolvidos pela ADL, como tambÃm validam as operaÃÃes de reconfiguraÃÃo dinÃmica. Os resultados mostram sobrecarga considerada aceitÃvel no processo de interpretaÃÃo, para instÃncias realÃsticas de problemas, de forma que, quando utilizado com prudÃncia, os conectores podem ser utilizados atà mesmo em cenÃrios de produÃÃo. Em alguns casos, o peso da interpretaÃÃo chega a ser desprezÃvel. Os ensaios de reconfiguraÃÃo tambÃm se mostram satisfatÃrios para os requisitos apresentados, sendo um dos principais diferencias da soluÃÃo, a simplicidade de uso do mecanismo.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A aplicaÃÃo de nuvens computacionais para oferecer serviÃos de ComputaÃÃo de Alto Desempenho (CAD) à um assunto bastante discutido no meio acadÃmico e industrial. Esta dissertaÃÃo està inserida no contexto do projeto de uma nuvem computacional para o desenvolvimento e execuÃÃo de aplicaÃÃes de CAD baseadas em componentes paralelos, doravante denominada nuvem de componentes. Um dos principais desafios na sua utilizaÃÃo consiste no suporte à programaÃÃo paralela, tarefa bastante suscetÃvel à erros, pois tais erros podem levar, ao longo do desenvolvimento, a problemas de sincronizaÃÃo de processos, que podem causar abortamento da execuÃÃo e a produÃÃo de dados incorretos, bem como a problemas relacionados ao uso ineficiente dos recursos computacionais. à importante que tais problemas sejam tratados no caso de aplicaÃÃes de longa duraÃÃo cujo respeito a um cronograma para obtenÃÃo de resultados à crÃtico, aplicaÃÃes estas bastante comuns no contexto de CAD. Uma possÃvel soluÃÃo para tais problemas consiste na verificaÃÃo do comportamento e das propriedades dos componentes na nuvem, antes que seja feita a sua execuÃÃo, tornando possÃvel que os usuÃrios dos componentes da nuvem saibam se um componente pode ser utilizado com seguranÃa em sua aplicaÃÃo. Nesse cenÃrio, o uso de mÃtodos formais surge como uma alternativa atraente. A contribuiÃÃo desta dissertaÃÃo consiste em um processo de derivaÃÃo e verificaÃÃo de propriedades de componentes na nuvem. Tal processo envolve a especificaÃÃo formal do comportamento dos componentes por meio de contratos descritos pela linguagem Circus. EntÃo, atravÃs de um processo de refinamento e traduÃÃo tendo como ponto de partida o contrato, chega-se à implementaÃÃo de um componente para execuÃÃo sobre uma plataforma de computaÃÃo paralela. AtravÃs desse processo, torna-se possÃvel oferecer garantias aos desenvolvedores em relaÃÃo ao comportamento dos componentes no contexto de suas aplicaÃÃes. Para a prova de conceito, o processo à aplicado sobre a especificaÃÃo "papel-e-caneta" de dois benchmarks do NAS Parallel Benchmarks, IS e CG, bastante difundidos na Ãrea de CAD. / The use of cloud computing to offer High Performance Computing (HPC) services has been widely discussed in the academia and industry. In this respect, this dissertation is included in the context of designing a cloud computing platform for the development of component-based parallel computing applications, referred as cloud of components. Many important challenges about using the cloud of components relate to parallel programming, an error-prone task due to synchronization issues, which may lead to abortion and production of incorrect data during execution of applications, and the inefficient use of computational resources. These problems may be very relevant in the case of long running applications with tight timelines to obtain critical results, quite common in the context of HPC. One possible solution to these problems is the formal analysis of the behavior of the components of an application through the cloud services, before their execution. Thus, the users of the components may know if a component can be safely used in their application. In this scenario, formal methods becomes useful. In this dissertation, it is proposed a process for specification and derivation of parallel components implementation for the cloud of components. This process involves the formal specification of the components behavior through contracts described using the Circus formal specification language. Then, through a refinement and translation process, which takes the contract as a start point, one may produce an implementation of a component that may execute on a parallel computing platform. Through this process, it becomes possible to offer guarantees to developers about the components behavior in their applications. To validate the proposed idea, the process is applied to contracts that have been described based on two benchmarks belonging to the NAS Parallel Benchmarks, widely adopted in HPC for evaluate the performance of parallel programming and computing platforms.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Reduzir a complexidade do software e permitir o desenvolvimento em larga escala de aplicaÃÃes voltados à ComputaÃÃo de Alto Desempenho (CAD) tem exigido o desenvolvimento de ferramentas com potencial capacidade de abstraÃÃo na construÃÃo de sistemas. As tecnologias que envolvem o desenvolvimento de componentes procuram alcanÃar esses requisitos, buscando oferecer suporte a reuso, interoperabilidade, produtividade e maior flexibilidade de manutenÃÃo e desenvolvimento de aplicaÃÃes de alto desempenho. No entanto, conciliar alto poder de abstraÃÃo com alto poder de expressividade na construÃÃo de componentes de aplicaÃÃes nÃo à algo trivial, o que as atuais tecnologias nÃo tÃm conseguido solucionar, uma vez que adotam as tradicionais formas de paralelismo por processos. Diante disso, a plataforma HPE (Hash Programming Environment), baseada no modelo de componentes Hash, tem buscado suportar formas mais gerais de paralelismo, conciliando expressividade com alto poder de abstraÃÃo, uma vez que o modelo Hash à baseado em interesses de software e nÃo em processo, como à feito tradicionalmente. Nesse contexto, esta dissertaÃÃo busca explorar os recursos do HPE, certificando-se de sua viabilidade no contexto de aplicaÃÃes de alto desempenho e validando suas tÃcnicas de programaÃÃo paralela baseadas em componentes. Isso tem resultado em um processo de construÃÃo de aplicaÃÃes cientÃficas sob a abordagem de componentes, tendo como base o conjunto de aplicativos NPB (Nas Parallel Benchmarks), o qual passa por um processo rigoroso de conversÃo para ser suportado pelo HPE. No processo de conversÃo e refatoraÃÃo em componentes, busca-se conservar as estruturas originais do NPB, sem alteraÃÃes significativas nos cÃdigos que declaram e inicializam as estruturas de dados, bem como os que descrevem computaÃÃes, topologia de processos e comunicaÃÃo entre os processos. Para validaÃÃo da plataforma, uma avaliaÃÃo sistemÃtica de desempenho à feita, tendo como princÃpio isolar e mensurar o peso ou o efeito da refatoraÃÃo do NPB em componentes do modelo Hash. / In order to deal with programming-in-the-large requirements in emerging applications of High Performance Computing (HPC), it is still necessary the development of new software development tools for reconciling high level of abstraction, expressiveness and high performance. The technologies behind CBHPC (Component-Based High Performance Computing) target these requirements, looking for reuse of software parts, interoperability across execution platforms, high development productivity and easy maintenance. However, to reconcile high level of abstraction, high performance and high expressiveness for parallel programming models and patterns when building HPC applications is not trivial. For this reason, most of the current technologies fail in this context, since they adopt the traditional process-oriented perspective in the architecture of parallel programs. The HPE platform (Hash Programming Environment) sits on top of the Hash component model to support general forms of parallelism, by combining high expressiveness with high level of abstraction. The Hash component model proposes a concern-oriented perspective to parallel programming, in alternative to the traditional process-oriented approach. In this context, this dissertation is about the efficacy and efficiency of HPE for HPC applications, also validating some of its parallel programming techniques based on components. For that, a set of programs from NPB (NAS Parallel Benchmarks), a widely disseminated collection of benchmarks for evaluating the performance of parallel computing platforms, written in Fortran, C and Java, have been refactored into components aimed at the HPE platform. In such refactoring, the original structure of the benchmarks has been preserved, with minimal changes in the code that declare and initialize data structures, as well as those that describe computations and communication patterns. Using the component-based versions of the benchmarks, a systematic performance evaluation has been performed for quantifying the overheads caused strictly by the component-based structure.