Hub and Spoke systems, is a important research area in localization theory. This occur, because of these systems are very used in logistics problems, e.g., telecommunication networks and transport of passenger and load.To serve the demand of each pair source destination, basically, the Hub and Spoke system replaces direct connections between the pairs for a hubs network. These hubs group the traffic sharing the transportation medium. To get the best hubs configuration is necessary efficient methods, because this problem, hubs allocation, is a NP-problem. In this work was developed an parallel implementation of the Benders Decomposition method for the uncapacitated multiple allocation hub location problem. In our implementation we use the Skorin- Kapov model. The parallel implementation of Benders Decomposition for hub and spoke problem is not known in literature. The results show that the parallel approach is applicable and more efficient that nonparallel one. The experiments reveals that the parallel algorithm had a time execution 70% minor when compared with the nonparallel one. / Sistemas do tipo eixo raio, tornaram-se uma importante área de pesquisa da teoria de localização nas últimas décadas. Esse destaque deve-se em grande parte ao sucesso de sua utilização em sistemas logísticos, tanto de transporte de passageiros quanto de cargas, e em redes de telecomunicações. Ao invés de servir cada par origem destino de demanda com uma conexão direta, sistemas do tipo eixo raio substituem essas conexões diretas por uma rede de concentradores. Esses concentradores permitem que o tráfego seja agrupado e transportado através de um meio de transporte compartilhado, para ser então entregue aos respectivos destinos. Sendo um problema NP, é necessário o uso de métodos eficientes para sua resolução. Neste trabalho, é desenvolvida uma implementação em paralelo do método de Decomposição de Benders para o problema de localização de concentradores de alocação múltipla não capacitados. A implementação em paralelo do método de Decomposição de Benders para o problema eixo raio não é conhecido na literatura, entretanto os bons resultados obtidos pelo algoritmo paralelo desenvolvido revelam que a abordagem paralela é aplicável e mais eficiente. Nos experimentos realizados, o algoritmo paralelo apresentou um tempo de resposta até 70% menor que o tempo de resposta do algoritmo seqüencial.

Computação em nuvem é um novo paradigma, onde recursos computacionais são disponibilizados como serviços. Neste cenário, o usuário não tem a necessidade de adquirir infraestrutura, ele pode alugar os recursos de um provedor e usá-los durante um certo período de tempo. Além disso, o usuário pode facilmente alocar e desalocar quantos recursos ele desejar, num ambiente totalmente elástico. O usuário só é cobrado pelo efetivo uso que for feito dos recursos alocados, isso significa que ele somente pagará pelo que for utilizado. Por outro lado, usuários de processamento de alto desempenho (PAD) tem a necessidade de utilizar grande poder computacional como uma ferramenta de trabalho. Para se ter acesso a estes recursos, são necessários investimentos financeiros adequados para aquisição de sistemas para PAD. Mas, neste caso, duas situações podem incorrer em problemas. O usuário necessita ter acesso aos recursos financeiros totais para adquirir e manter um sistema para PAD, e esses recusros são limitados. O propósito dessa dissertação é avaliar se o paradigma de computação em nuvem é um ambiente viável para PAD, verificando se este modelo de computação tem a capaciodade de prover acesso a ambientes que podem ser utilizados para a execução de aplicações de alto desempenho, e também, se o custo benefício apresentado é melhor do que o de sistemas tradicionais. Para isso, todo o modelo de computação em nuvem foi avaliado para se identificar quais partes dele tem o potencial para ser usado para PAD. Os componentes identificados foram avaliados utilizando-se proeminentes provedores de computação em nuvem. Foram analisadas as capacidades de criação de ambientes de PAD, e tais ambientes tiveram seu desempenho analisado através da utilização de técnicas tradicionais. Para a avaliação do custo benefício, foi criado e aplicado um modelo de custo. Os resultados mostraram que todos os provedores analisados possuem a capacidade de criação de ambientes de PAD. Em termos de desempenho, houveram alguns casos em que os provedores de computação em nuvem foram melhores do que um sistema tradicional. Na perspectiva de custo, a nuvem apresenta uma alternativa bastante interessante devido ao seu modelo de cobrança de acordo com o uso. Como conclusão dessa dissertação, foi mostrado que a computação em nuvem pode ser utilizada como uma alternativa real para ambientes de PAD. / Cloud computing is a new paradigm, where computational resources are offered as services. In this context, the user does not need to buy infrastructure, the resources can be rented from a provider and used for a period of time. Furthermore the user can easily allocate as many resources as needed, and deallocate them as well, in a totally elastic environment. The resources need to be paid only for the effective usage time. On the other hand, High-Performance Computing (HPC) requires a large amount of computational power. To acquire systems capable for HPC, large financial investments are necessary. Apart from the initial investment, the user must pay the maintenance costs, and has only limited computational resources. To overcome these issues, this thesis aims to evaluate the cloud computing paradigm as a candidate environment for HPC. We analyze the efforts and challenges for porting and deploy HPC applications to the cloud. We evaluate if this computing model can provide sufficient capacities for running HPC applications, and compare its cost efficiency to traditional HPC systems, such as clusters. The cloud computing paradigm was analyzed to identify which models have the potential to be used for HPC purposes. The identified models were then evaluated using major cloud providers, Microsoft Windows Azure, Amazon EC2 and Rackspace and compare them to a traditional HPC system. We analyzed the capabilities to create HPC environments, and evaluated their performance. For the evaluation of the cost efficiency, we developed an economic model. The results show that all the evaluated providers have the capability to create HPC environments. In terms of performance, there are some cases where cloud providers present a better performance than the traditional system. From the cost perspective, the cloud presents an interesting alternative due to the pay-per-use model. Summarizing the results, this dissertation shows that cloud computing can be used as a realistic alternative for HPC environments.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T19:53:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 99227.pdf: 1448705 bytes, checksum: a068a40fabbc7b22d1abb1d08aac8dd3 (MD5) Previous issue date: 1995 / Projeto e implementação de um sistema operacional para multicomputador, fundamentado no modelo cliente-servidor, com micronúcleo distribuído e interface de programação compatível com a do sistema Unix, objetivando a exploração do paralelismo a nível de aplicações e de sistemas. Construção de um simulador multiprogramado para um multicomputador com rede de interconexão dinâmica, objetivando servir como plataforma para a implementação do sistema operacional proposto.Projeto e implementação de um sistema operacional para multicomputador, fundamentado no modelo cliente-servidor, com micronúcleo distribuído e interface de programação compatível com a do sistema Unix, objetivando a exploração do paralelismo a nível de aplicações e de sistemas. Construção de um simulador multiprogramado para um multicomputador com rede de interconexão dinâmica, objetivando servir como plataforma para a implementação do sistema operacional proposto.

Esta Dissertação apresenta um modelo de paralelismo de grão fino para utilização em aplicações baseadas em objetos distribuídos. A pesquisa é desenvolvida sobre o modelo de distribuição de objetos da linguagem DPC++, uma extensão de C++ concebida na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. A motivação para o desenvolvimento deste modelo é a crescente disponibilidade de arquiteturas multiprocessadas e de tecnologias de comunicação de alto desempenho, o que permite o aproveitamento eficiente de um nível de concorrência de menor granularidade. O objetivo do trabalho é integrar de forma adequada e eficiente a utilização de tal nível de concorrência no modelo original de distribuição de objetos de DPC++, permitindo que as aplicações desenvolvidas com a linguagem possam explorar ao máximo o poder computacional oferecido pelas arquiteturas citadas. Como principais características, o modelo proposto apresenta a capacidade de concorrência entre os métodos de um mesmo objeto distribuído e a introdução de um mecanismo de sincronização baseado na semântica de monitores. Os resultados obtidos com a implementação de uma aplicação de geração de fractais de Mandelbrot demonstram que, em termos de desempenho, o modelo apresentado efetivamente atinge seus objetivos. Além disso, a extinção a sintaxe original de programação de DPC++ revela importante contribuição no sentido de aumentar o poder de expressão da linguagem para o desenvolvimento de aplicações paralelas. / This Thesis presents a fine-grain concurrency model for applications based on distributed objects. The basis for the development of this research is the model of distribution of objects presented by the language DPC++, an extension of C++ conceived at the Federal University of Rio Grande do Sul. The motivation for the development of this model is the growing availability of multiprocessor architectures and high-performance communication technologies, which allows for the efficient use of a finer grain of concurrency. The purpose of this work is to efficiently integrate such level of concurrency into the original model of distribution of objects of DPC++, making it possible for the applications developed with the language to thoroughly explore the computational power offered by the mentioned architectures. As main features the proposed model presents the possibility of concurrency between the methods of a single distributed object and the introduction of a synchronisation mechanism based on the semantics of monitors. The results obtained with the implementation of aMandelbrot fractal generation application showthat, in relation to performance, the presented model effectively reaches its purposes. In addition, the extension to the original programming sintax of DPC++ reveals an important contribution towards a higher expressivity degree in the development of parallel applications.

Esta Dissertação apresenta um modelo de paralelismo de grão fino para utilização em aplicações baseadas em objetos distribuídos. A pesquisa é desenvolvida sobre o modelo de distribuição de objetos da linguagem DPC++, uma extensão de C++ concebida na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. A motivação para o desenvolvimento deste modelo é a crescente disponibilidade de arquiteturas multiprocessadas e de tecnologias de comunicação de alto desempenho, o que permite o aproveitamento eficiente de um nível de concorrência de menor granularidade. O objetivo do trabalho é integrar de forma adequada e eficiente a utilização de tal nível de concorrência no modelo original de distribuição de objetos de DPC++, permitindo que as aplicações desenvolvidas com a linguagem possam explorar ao máximo o poder computacional oferecido pelas arquiteturas citadas. Como principais características, o modelo proposto apresenta a capacidade de concorrência entre os métodos de um mesmo objeto distribuído e a introdução de um mecanismo de sincronização baseado na semântica de monitores. Os resultados obtidos com a implementação de uma aplicação de geração de fractais de Mandelbrot demonstram que, em termos de desempenho, o modelo apresentado efetivamente atinge seus objetivos. Além disso, a extinção a sintaxe original de programação de DPC++ revela importante contribuição no sentido de aumentar o poder de expressão da linguagem para o desenvolvimento de aplicações paralelas. / This Thesis presents a fine-grain concurrency model for applications based on distributed objects. The basis for the development of this research is the model of distribution of objects presented by the language DPC++, an extension of C++ conceived at the Federal University of Rio Grande do Sul. The motivation for the development of this model is the growing availability of multiprocessor architectures and high-performance communication technologies, which allows for the efficient use of a finer grain of concurrency. The purpose of this work is to efficiently integrate such level of concurrency into the original model of distribution of objects of DPC++, making it possible for the applications developed with the language to thoroughly explore the computational power offered by the mentioned architectures. As main features the proposed model presents the possibility of concurrency between the methods of a single distributed object and the introduction of a synchronisation mechanism based on the semantics of monitors. The results obtained with the implementation of aMandelbrot fractal generation application showthat, in relation to performance, the presented model effectively reaches its purposes. In addition, the extension to the original programming sintax of DPC++ reveals an important contribution towards a higher expressivity degree in the development of parallel applications.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-06-01Bitstream added on 2014-06-13T19:28:00Z : No. of bitstreams: 1 albuquerque_lct_me_ilha.pdf: 1335297 bytes, checksum: 58c32f83ffe9cb091c553528e64dc780 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é revisada a literatura sobre o funcionamento de um sistema de telefonia celular e apresentadas propostas de aplicações de processamento distribuído, baseada em Algoritmos Genéticos na resolução do problema de alocação de canais para o sistema celular. O estudo realizado para a apresentação desta dissertação descreve o modelamento da rede celular em termos de dois operadores genéticos, além disso, são propostas duas técnicas para o problema de alocação de canais em uma rede de telefonia celular. Uma das técnicas trabalha com a compatibilidade eletromagnética, já a outra, trabalha com a mínima relação sinal interferência (SIR). Os resultados das duas técnicas são obtidos de dois algoritmos de processamento distribuído, desenvolvidos em linguagem C e com a biblioteca de programação distribuída (Message Passing Interface – MPI). Os algoritmos propostos, através de uma função objetivo, calculam a alocação sem conflito de canais entre as células, na primeira abordagem satisfazendo a compatibilidade eletromagnética e exigências da demanda de tráfego, e na segunda abordagem satisfazendo a mínima SIR e exigências da demanda de tráfego, ambos otimizando a alocação de canais / The literature about the cell phone system functioning and proposals of the distributed processing applications based on Genetic Algorithms in the assigning channels problems resolutions are presented in this study. This dissertation describes the cell phone problems modeling by two genetic operators and proposes two techniques for the telephone network allocation channels problems. One of the techniques works with the electromagnetic compatibility and the other with minimal signal interference ratio (SIR). The results of the two techniques are obtained by two algorithms distributed processing, developed in C language and Message Passing Interface (MPI). The algorithms proposed, by an objective function, calculate the allocation without channels conflict. At first, satisfying the electromagnetic compatibility and traffic demand requirements and then satisfying the minimum SIR and traffic demand requirements, both optimizing the channels allocation

The manual transformation of sequential programs into parallel code is not an easy task. It requires very effort and attention of the developer during this process at great risk of introducing errors that can not be perceived by the programmer. One of these problems, strongly connected to shared memory parallel programming is the race condition. This problem occurs because of the simultaneous manipulation performed for more than a thread on a variable shared between them, with the result of this variable dependent of the access order. Exploring this difficulty, this work proposes an approach that helps the programmer during the refactoring of a sequential code for OpenMP parallel code, identifying variables in an automated manner that may have problems of race condition. To this end, we propose a verification algorithm based on access to the variables and made its implementation using the Photran framework tool (a plugin for editing FORTRAN code integrated into the Eclipse IDE). For purposes of empirical evaluation of the algorithm, we present tests with small programs and code examples showing the operation of the tool in the cases provided. In addition, it presents a case study based on a real and complex application, showing the ability of the algorithm to identify all the variables at risk, as well as illustrating some of its known limitations. / A transformação manual de programas sequenciais em código paralelo não é uma tarefa fácil. Ela requer muito esforço e atenção do programador durante esse processo, correndo grande risco de se introduzir erros que podem não ser percebidos pelo programador. Um desses problemas, fortemente ligado à programação paralela em memória compartilhada, é a condição de corrida. Esse problema ocorre em virtude da manipulação concomitante realizada por mais de uma thread sobre uma variável compartilhada entre elas, sendo o resultado desta variável dependente da ordem de acesso. Explorando essa dificuldade, este trabalho propõe uma abordagem que auxilie o programador durante a refatoração de código sequencial para código paralelo OpenMP, identificando de forma automatizada variáveis que podem vir a ter problemas de condição de corrida. Para tanto, é proposto um algoritmo de verificação baseado no acesso às variáveis e feita a sua implementação utilizando-se do framework da ferramenta Photran (um plugin para edição de código Fortran integrado ao IDE Eclipse). Para fins de avaliação empírica do algoritmo, apresentam-se testes realizados com pequenos programas e exemplos de código, mostrando o funcionamento da ferramenta nos casos previstos. Além disso, apresenta-se um estudo de caso baseado em uma aplicação real e complexa, mostrando a habilidade do algoritmo em identificar as variáveis em risco, bem como ilustrando algumas de suas limitações conhecidas.

Computação em nuvem é um novo paradigma, onde recursos computacionais são disponibilizados como serviços. Neste cenário, o usuário não tem a necessidade de adquirir infraestrutura, ele pode alugar os recursos de um provedor e usá-los durante um certo período de tempo. Além disso, o usuário pode facilmente alocar e desalocar quantos recursos ele desejar, num ambiente totalmente elástico. O usuário só é cobrado pelo efetivo uso que for feito dos recursos alocados, isso significa que ele somente pagará pelo que for utilizado. Por outro lado, usuários de processamento de alto desempenho (PAD) tem a necessidade de utilizar grande poder computacional como uma ferramenta de trabalho. Para se ter acesso a estes recursos, são necessários investimentos financeiros adequados para aquisição de sistemas para PAD. Mas, neste caso, duas situações podem incorrer em problemas. O usuário necessita ter acesso aos recursos financeiros totais para adquirir e manter um sistema para PAD, e esses recusros são limitados. O propósito dessa dissertação é avaliar se o paradigma de computação em nuvem é um ambiente viável para PAD, verificando se este modelo de computação tem a capaciodade de prover acesso a ambientes que podem ser utilizados para a execução de aplicações de alto desempenho, e também, se o custo benefício apresentado é melhor do que o de sistemas tradicionais. Para isso, todo o modelo de computação em nuvem foi avaliado para se identificar quais partes dele tem o potencial para ser usado para PAD. Os componentes identificados foram avaliados utilizando-se proeminentes provedores de computação em nuvem. Foram analisadas as capacidades de criação de ambientes de PAD, e tais ambientes tiveram seu desempenho analisado através da utilização de técnicas tradicionais. Para a avaliação do custo benefício, foi criado e aplicado um modelo de custo. Os resultados mostraram que todos os provedores analisados possuem a capacidade de criação de ambientes de PAD. Em termos de desempenho, houveram alguns casos em que os provedores de computação em nuvem foram melhores do que um sistema tradicional. Na perspectiva de custo, a nuvem apresenta uma alternativa bastante interessante devido ao seu modelo de cobrança de acordo com o uso. Como conclusão dessa dissertação, foi mostrado que a computação em nuvem pode ser utilizada como uma alternativa real para ambientes de PAD. / Cloud computing is a new paradigm, where computational resources are offered as services. In this context, the user does not need to buy infrastructure, the resources can be rented from a provider and used for a period of time. Furthermore the user can easily allocate as many resources as needed, and deallocate them as well, in a totally elastic environment. The resources need to be paid only for the effective usage time. On the other hand, High-Performance Computing (HPC) requires a large amount of computational power. To acquire systems capable for HPC, large financial investments are necessary. Apart from the initial investment, the user must pay the maintenance costs, and has only limited computational resources. To overcome these issues, this thesis aims to evaluate the cloud computing paradigm as a candidate environment for HPC. We analyze the efforts and challenges for porting and deploy HPC applications to the cloud. We evaluate if this computing model can provide sufficient capacities for running HPC applications, and compare its cost efficiency to traditional HPC systems, such as clusters. The cloud computing paradigm was analyzed to identify which models have the potential to be used for HPC purposes. The identified models were then evaluated using major cloud providers, Microsoft Windows Azure, Amazon EC2 and Rackspace and compare them to a traditional HPC system. We analyzed the capabilities to create HPC environments, and evaluated their performance. For the evaluation of the cost efficiency, we developed an economic model. The results show that all the evaluated providers have the capability to create HPC environments. In terms of performance, there are some cases where cloud providers present a better performance than the traditional system. From the cost perspective, the cloud presents an interesting alternative due to the pay-per-use model. Summarizing the results, this dissertation shows that cloud computing can be used as a realistic alternative for HPC environments.

Neste trabalho foi realizado o projeto e o desenvolvimento do framework de classes OOPS - Object-Oriented Parallel System. Esta é uma ferramenta que utiliza orientação a objetos para apoiar a implementação de programas científicos concorrentes para execução paralela. O OOPS fornece abstrações de alto nível para que o programador da aplicação não se envolva diretamente com detalhes de implementação paralela, sem contudo ocultar completamente aspectos paralelos de projeto, como particionamento e distribuição dos dados, por questões de eficiência e de desempenho da aplicação. Para isso, o OOPS apresenta um conjunto de classes que permitem o encapsulamento de técnicas comumente encontradas em programação de sistemas paralelos. Utiliza o conceito de processadores virtuais organizados em grupos, aos quais podem ser aplicadas topologias que fornecem modos de comunicação entre os processadores virtuais, e contêineres podem ter seus elementos distribuídos por essas topologias, com componentes paralelos atuando sobre eles. A utilização das classes fornecidas pelo OOPS facilita a implementação do código sem adicionar sobrecarga significativa à aplicação paralela, representando uma camada fina sobre a biblioteca de passagem de mensagens usada. / This work describes the design and development of the OOPS (Object Oriented Parallel System) class framework, which is a tool that uses object orientation to support programming of concurrent scientific applications for parallel execution. OOPS provides high level abstractions to avoid application programmer\'s involvement with many parallel implementation details. For performance considerations, some parallel aspects such as decomposition and data distribution are not completely hidden from the application programmer. To achieve its intents, OOPS encapsulates some programming techniques frequently used for parallel systems. Virtual processors are organized in groups, over which topologies that provide communication between the processors can be constructed; distributed containers have their elements distributed across the processors of a topology, and parallel components use these containers for their work. The use of the classes supplied by OOPS simplifies the implementation of parallel applications, without incurring in pronounced overhead. OOPS is thus a thin layer over the message passing interface used for its implementation.

Computação em nuvem é um novo paradigma, onde recursos computacionais são disponibilizados como serviços. Neste cenário, o usuário não tem a necessidade de adquirir infraestrutura, ele pode alugar os recursos de um provedor e usá-los durante um certo período de tempo. Além disso, o usuário pode facilmente alocar e desalocar quantos recursos ele desejar, num ambiente totalmente elástico. O usuário só é cobrado pelo efetivo uso que for feito dos recursos alocados, isso significa que ele somente pagará pelo que for utilizado. Por outro lado, usuários de processamento de alto desempenho (PAD) tem a necessidade de utilizar grande poder computacional como uma ferramenta de trabalho. Para se ter acesso a estes recursos, são necessários investimentos financeiros adequados para aquisição de sistemas para PAD. Mas, neste caso, duas situações podem incorrer em problemas. O usuário necessita ter acesso aos recursos financeiros totais para adquirir e manter um sistema para PAD, e esses recusros são limitados. O propósito dessa dissertação é avaliar se o paradigma de computação em nuvem é um ambiente viável para PAD, verificando se este modelo de computação tem a capaciodade de prover acesso a ambientes que podem ser utilizados para a execução de aplicações de alto desempenho, e também, se o custo benefício apresentado é melhor do que o de sistemas tradicionais. Para isso, todo o modelo de computação em nuvem foi avaliado para se identificar quais partes dele tem o potencial para ser usado para PAD. Os componentes identificados foram avaliados utilizando-se proeminentes provedores de computação em nuvem. Foram analisadas as capacidades de criação de ambientes de PAD, e tais ambientes tiveram seu desempenho analisado através da utilização de técnicas tradicionais. Para a avaliação do custo benefício, foi criado e aplicado um modelo de custo. Os resultados mostraram que todos os provedores analisados possuem a capacidade de criação de ambientes de PAD. Em termos de desempenho, houveram alguns casos em que os provedores de computação em nuvem foram melhores do que um sistema tradicional. Na perspectiva de custo, a nuvem apresenta uma alternativa bastante interessante devido ao seu modelo de cobrança de acordo com o uso. Como conclusão dessa dissertação, foi mostrado que a computação em nuvem pode ser utilizada como uma alternativa real para ambientes de PAD. / Cloud computing is a new paradigm, where computational resources are offered as services. In this context, the user does not need to buy infrastructure, the resources can be rented from a provider and used for a period of time. Furthermore the user can easily allocate as many resources as needed, and deallocate them as well, in a totally elastic environment. The resources need to be paid only for the effective usage time. On the other hand, High-Performance Computing (HPC) requires a large amount of computational power. To acquire systems capable for HPC, large financial investments are necessary. Apart from the initial investment, the user must pay the maintenance costs, and has only limited computational resources. To overcome these issues, this thesis aims to evaluate the cloud computing paradigm as a candidate environment for HPC. We analyze the efforts and challenges for porting and deploy HPC applications to the cloud. We evaluate if this computing model can provide sufficient capacities for running HPC applications, and compare its cost efficiency to traditional HPC systems, such as clusters. The cloud computing paradigm was analyzed to identify which models have the potential to be used for HPC purposes. The identified models were then evaluated using major cloud providers, Microsoft Windows Azure, Amazon EC2 and Rackspace and compare them to a traditional HPC system. We analyzed the capabilities to create HPC environments, and evaluated their performance. For the evaluation of the cost efficiency, we developed an economic model. The results show that all the evaluated providers have the capability to create HPC environments. In terms of performance, there are some cases where cloud providers present a better performance than the traditional system. From the cost perspective, the cloud presents an interesting alternative due to the pay-per-use model. Summarizing the results, this dissertation shows that cloud computing can be used as a realistic alternative for HPC environments.