Estágio realizado no INESC Porto e orientado pelo Eng.º Rui Barros / Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado na ALERT Life Sciences Computing, S.A. e orientado pelo Eng.º Filipe Pereira / Tese de mestrado integrado. Engenharia Informática e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:42:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000439447-Texto+Completo-0.pdf: 12654350 bytes, checksum: 6b1e68a168b4468adf4d1eba9517ad21 (MD5) Previous issue date: 2012 / This work proposes a Domain-Specific Language for Parallel Patterns Oriented Parallel Programming (LED-PPOPP). Its main purpose is to provide a way to decrease the amount of effort necessary to develop parallel programs, offering a way to guide developers through patterns which are implemented by the language interface. The idea is to exploit this approach avoiding large performance losses in the applications. Patterns are specialized solutions, previously studied, and used to solve a frequent problem. Thus, parallel patterns offer a higher abstraction level to organize the algorithms in the exploitation of parallelism. They also can be easily learned by inexperienced programmers and software engineers. This work carried out a case study based on the Master/Slave pattern, focusing on the parallelization of algorithms for multi-core architectures. The implementation was validated through experiments to evaluate the programming effort to write code in LED-PPOPP and the performance achieved by the parallel code automatically generated. The obtained results let us conclude that a significant reduction in the parallel programming effort occurred in comparison to the Pthreads library utilization. Additionally, the final performance of the parallelized algorithms confirms that the parallelization with LED-PPOPP does not bring on significant losses related to parallelization using OpenMP in most of the all experiments carried out. / Este trabalho propôs uma Linguagem Específica de Domínio de Programação Paralela Orientada a Padrões Paralelos (LED-PPOPP). O principal objetivo é reduzir o esforço e induzir o programador a desenvolver algoritmos paralelos guiando-se através de padrões que são implementados pela interface da linguagem, evitando que ocorram grandes perdas de desempenho nas aplicações. Anteriormente estudados, os padrões são soluções especializadas e utilizadas para resolver um problema frequente. Assim, padrões paralelos são descritos em um alto nível de abstração para organizar os algoritmos na exploração do paralelismo, podendo ser facilmente interpretados por programadores inexperientes e engenheiros de software. Como ponto de partida, este trabalho realizou um estudo de caso baseandose no padrão Mestre/Escravo, focando na paralelização de algoritmos para arquiteturas multi-core. Através de experimentos para medição de esforço e desempenho, a implementação de estudo de caso foi avaliada obtendo bons resultados. Os resultados obtidos mostram que houve uma redução no esforço de programação paralela em relação a utilização da biblioteca Pthreads. Já com relação ao desempenho final das aplicações paralelizadas, foi possível comprovar que a paralelização com LED-PPOPP não acarreta perdas significativas com relação a paralelizações com OpenMP na quase totalidade das aplicações testadas.

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

Esse trabalho de dissertação está incluído no contexto das pesquisas realizadas no Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído da UFRGS. Ele aborda as áreas da computação de alto desempenho, interfaces simples de programação e de sistemas de interconexão de redes velozes. A máquina paralela formada por agregados (clusters) tem se destacado por apresentar os recursos computacionais necessários às aplicações intensivas que necessitam de alto desempenho. Referente a interfaces de programação, Java tem se mostrado uma boa opção para a escrita de aplicações paralelas por oferecer os sistemas de RMI e de soquetes que realizam comunicação entre dois computadores, além de todas as facilidades da orientação a objetos. Na área a respeito de interconexão de rede velozes está emergindo como uma tentativa de padronização a nova tecnologia Infiniband. Ela proporciona uma baixa latência de comunicação e uma alta vazão de dados, além de uma série de vantagens implementadas diretamente no hardware. É neste contexto que se desenvolve o presente trabalho de dissertação de mestrado. O seu tema principal é o sistema Aldeia que reimplementa a interface bastante conhecida de soquetes Java para realizar comunicação assíncrona em agregados formados por redes de sistema. Em especial, o seu foco é redes configuradas com equipamentos Infiniband. O Aldeia objetiva assim preencher a lacuna de desempenho do sistema padrão de soquetes Java, que além de usar TCP/IP possui um caráter síncrono. Além de Infiniband, o Aldeia também procura usufruir dos avanços já realizados na biblioteca DECK, desenvolvida no GPPD da UFRGS. Com a sua adoção, é possível realizar comunicação com uma interface Java sobre redes Myrinet, SCI, além de TCP/IP. Somada a essa vantagem, a utilização do DECK também proporciona a propriedade de geração de rastros para a depuração de programas paralelos escritos com o Aldeia. Uma das grandes vantagens do Aldeia está na sua capacidade de transmitir dados assincronamente. Usando essa técnica, cálculos da aplicação podem ser realizados concorrentemente com as operações pela rede. Por fim, os canais de dados do Aldeia substituem perfeitamente aqueles utilizados para a serialização de objetos. Nesse mesmo caminho, o Aldeia pode ser integrado à sistemas que utilizem a implementação de soquetes Java, agora para operar sobre redes de alta velocidade. Palavras-chave: Arquitetura Infiniband, agregado de computadores, linguagem de programação Java, alto desempenho, interface de programação.

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Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-12-22T03:04:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336608.pdf: 1830988 bytes, checksum: 6910f9c097841c4bd005460dc08788ca (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta pesquisa apresenta uma metodologia na identificação de paroxis-mos epileptiformes em sinais de EEG baseada no escalograma Wavelet, que é um mapeio do sinal no tempo e na escala usando uma função Wavelet. Foram avaliadas 65 funções Wavelet das famílias: Daubechies, Biorthogonal, Symlets, Reverse Biorthogonal e Coiflets. Após confor-mar o conjunto de padrões mediante o escalograma foi usada uma rede neural Multi-Layer Perceptron (MLP) para identificar os eventos epileptiformes (espículas e ondas agudas). Foram usados dois bancos de sinais: EEG-Bank-A e EEG-Bank-B, de características totalmente diferentes para testar a metodologia proposta. Propuseram-se duas formas de treinar a rede neural: usando o escalograma diádico completo ou usando as escalas diádicas mais relacionadas à atividade epileptiforme, que demonstraram ser: 25, 26, 27 e 28. O propósito é diminuir a alta redundância de informação do escalograma Wavelet contínuo, diminuindo também o alto custo computacional. Foram treinadas e validadas 260 redes neurais usando o mesmo vetor de pesos inicial. Os testes foram realizados de forma cruzada (entre os bancos), gerando os indicadores de desempenho: sensibilidade, especificidade, valor preditivo positivo, valor preditivo negativo, prevalência, eficiência (EFI) e área abaixo da curva ROC (AUC, Area Under the Curve). As funções Wavelet analisadas foram avaliadas baseadas no produto da área abaixo da curva ROC e da eficiência (AUC x EFI). Para o EEG-Bank-A, foram escolhidas as funções bior3.7, bior3.9 e rbio1.5, obtendo os indicadores de desempenho: sensibilidade de 78,21%, especificidade de 94,52%, valor preditivo positivo de 89,97%, valor preditivo negativo de 87,33%, prevalência de 38,62%, eficiência de 88,22% e AUC de 0,9617. Para o EEG-Bank-B foram escolhidas rbio1.5, rbio1.3 e coif1, obtendo os indicadores de desempenho: sensibilidade de 89,03%, especificidade de 89,33%, valor preditivo positivo de 85,40%, valor preditivo negativo de 92,07%, prevalência de 41,21%, eficiência de 89,20% e AUC de 0,9461. A função rbio1.5 forneceu altos indicadores de desempenho para os dois bancos utilizados. Em geral, todas as funções Wavelet são uteis na identificação de paroxismos epileptiformes, porém as funções daub10 até daub15 atingiram um produto (AUC x EFI) menor de 75%, que foi considerado um valor baixo. O tempo de processamento do sistema proposto foi de 2,5 segundos.<br> / Abstract : This research presents a methodology for the identification of epilepti-form paroxysms in EEG signals based on Wavelet scalogram that maps the signal in time and scale using a Wavelet function. It was used 65 Wavelet functions of families: Daubechies, Biorthogonal, Symlets, Re-verse Biorthogonal and Coiflets. After feature extraction via scalograms it was designed a Multi-Layer Perceptron (MLP) artificial neural net-work to identify the epileptiform events (spikes and sharp waves). Two banks of signals were used: EEG-Bank-A and EEG-Bank-B which are totally different and they will help to test the proposed methodology. It was proposed two ways for the training stage: using the full dyadic scalogram or the dyadic scales more strongly related to epileptiform activity, the dyadic scales: 25, 26, 27 and 28. The purpose is to decrease high redundancy of information of the CWT also reducing the high computational cost. It was trained 260 neural networks using the same vector of initial weights. The tests were performed using a cross-data technique (between the banks), generating the following indicators of performance: sensitivity, specificity, positive and negative predictive values, prevalence, maximum efficiency and area under the ROC curve (AUC). The Wavelet functions were evaluated based on the AUC x EFI product. For EEG-Bank-A the functions bior3.7, bior3.9 and rbio1.5 were chosen obtaining the indicators of performance: sensitivity of 78.21%, specificity of 94.53%, positive predictive value of 89.97%, negative predictive value of 87.33%, prevalence of 38.62%, maximum efficiency of system of 88.22% and AUC of 0.9617. For EEG-Bank-B were chosen rbio1.5, rbio1.3 and coif1 obtaining the indicators: sensitivity of 89.03%, specificity of 89.33%, positive predictive value of 85.40%, negative predictive value of 92.07%, prevalence of 41.21%, maximum efficiency of 89.20% and AUC of 0.9461. The rbio1.5 function provides high indicators of performance for both banks. In general, all Wavelet functions are useful for the identification of epileptiform paroxysms, even though the function daub10 to daub15 reached AUC x EFI indicators smaller than 75% that was considered a low value. Finally, the processing time of the proposed system was 2.5 seconds.

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