Esta pesquisa visa a modelagem de clusters de computadores, utilizando um modelo analítico simples que é representado por um grafo valorado denominado grafo da arquitetura. Para ilustrar tal metodologia, exemplificou-se a modelagem do cluster Myrinet/SCI do Instituto de Informática da UFRGS, que é do tipo heterogêneo e multiprocessado. A pesquisa visa também o estudo de métodos e tecnologias de software para o particionamento de grafos de aplicações e seu respectivo mapeamento sobre grafos de arquiteturas. Encontrar boas partições de grafos pode contribuir com a redução da comunicação entre processadores em uma máquina paralela. Para tal, utilizou-se o grafo da aplicação HIDRA, um dos trabalhos do GMCPAD, que modela o transporte de substâncias no Lago Guaíba. Um fator importante é o crescente avanço da oferta de recursos de alto desempenho como os clusters de computadores. Os clusters podem ser homogêneos, quando possuem um arquitetura com nós de mesma característica como: velocidade de processamento, quantidade de memória RAM e possuem a mesma rede de interconexão interligando-os. Eles também podem ser heterogêneos, quando alguns dos componentes dos nós diferem em capacidade ou tecnologia. A tendência é de clusters homogêneos se tornarem em clusters heterogêneos, como conseqüência das expansões e atualizações. Efetuar um particionamento que distribua a carga em clusters heterogêneos de acordo com o poder computacional de cada nó não é uma tarefa fácil, pois nenhum processador deve ficar ocioso e, tampouco, outros devem ficar sobrecarregados Vários métodos de particionamento e mapeamento de grafos foram estudados e três ferramentas (Chaco, Jostle e o Scotch) foram testadas com a aplicação e com a arquitetura modeladas. Foram realizados, ainda, vários experimentos modificando parâmetros de entrada das ferramentas e os resultados foram analisados. Foram considerados melhores resultados aqueles que apresentaram o menor número de corte de arestas, uma vez que esse parâmetro pode representar a comunicação entre os processadores de uma máquina paralela, e executaram o particionamento/mapeamento no menor tempo. O software Chaco e o software Jostle foram eficientes no balanceamento de carga por gerarem partições com praticamente o mesmo tamanho, sendo os resultados adequados para arquiteturas homogêneas. O software Scotch foi o único que permitiu o mapeamento do grafo da aplicação sobre o grafo da arquitetura com fidelidade, destacando-se também por executar particionamento com melhor qualidade e pela execução dos experimentos em um tempo significativamente menor que as outras ferramentas pesquisadas.

Esta pesquisa visa a modelagem de clusters de computadores, utilizando um modelo analítico simples que é representado por um grafo valorado denominado grafo da arquitetura. Para ilustrar tal metodologia, exemplificou-se a modelagem do cluster Myrinet/SCI do Instituto de Informática da UFRGS, que é do tipo heterogêneo e multiprocessado. A pesquisa visa também o estudo de métodos e tecnologias de software para o particionamento de grafos de aplicações e seu respectivo mapeamento sobre grafos de arquiteturas. Encontrar boas partições de grafos pode contribuir com a redução da comunicação entre processadores em uma máquina paralela. Para tal, utilizou-se o grafo da aplicação HIDRA, um dos trabalhos do GMCPAD, que modela o transporte de substâncias no Lago Guaíba. Um fator importante é o crescente avanço da oferta de recursos de alto desempenho como os clusters de computadores. Os clusters podem ser homogêneos, quando possuem um arquitetura com nós de mesma característica como: velocidade de processamento, quantidade de memória RAM e possuem a mesma rede de interconexão interligando-os. Eles também podem ser heterogêneos, quando alguns dos componentes dos nós diferem em capacidade ou tecnologia. A tendência é de clusters homogêneos se tornarem em clusters heterogêneos, como conseqüência das expansões e atualizações. Efetuar um particionamento que distribua a carga em clusters heterogêneos de acordo com o poder computacional de cada nó não é uma tarefa fácil, pois nenhum processador deve ficar ocioso e, tampouco, outros devem ficar sobrecarregados Vários métodos de particionamento e mapeamento de grafos foram estudados e três ferramentas (Chaco, Jostle e o Scotch) foram testadas com a aplicação e com a arquitetura modeladas. Foram realizados, ainda, vários experimentos modificando parâmetros de entrada das ferramentas e os resultados foram analisados. Foram considerados melhores resultados aqueles que apresentaram o menor número de corte de arestas, uma vez que esse parâmetro pode representar a comunicação entre os processadores de uma máquina paralela, e executaram o particionamento/mapeamento no menor tempo. O software Chaco e o software Jostle foram eficientes no balanceamento de carga por gerarem partições com praticamente o mesmo tamanho, sendo os resultados adequados para arquiteturas homogêneas. O software Scotch foi o único que permitiu o mapeamento do grafo da aplicação sobre o grafo da arquitetura com fidelidade, destacando-se também por executar particionamento com melhor qualidade e pela execução dos experimentos em um tempo significativamente menor que as outras ferramentas pesquisadas.

Esta pesquisa visa a modelagem de clusters de computadores, utilizando um modelo analítico simples que é representado por um grafo valorado denominado grafo da arquitetura. Para ilustrar tal metodologia, exemplificou-se a modelagem do cluster Myrinet/SCI do Instituto de Informática da UFRGS, que é do tipo heterogêneo e multiprocessado. A pesquisa visa também o estudo de métodos e tecnologias de software para o particionamento de grafos de aplicações e seu respectivo mapeamento sobre grafos de arquiteturas. Encontrar boas partições de grafos pode contribuir com a redução da comunicação entre processadores em uma máquina paralela. Para tal, utilizou-se o grafo da aplicação HIDRA, um dos trabalhos do GMCPAD, que modela o transporte de substâncias no Lago Guaíba. Um fator importante é o crescente avanço da oferta de recursos de alto desempenho como os clusters de computadores. Os clusters podem ser homogêneos, quando possuem um arquitetura com nós de mesma característica como: velocidade de processamento, quantidade de memória RAM e possuem a mesma rede de interconexão interligando-os. Eles também podem ser heterogêneos, quando alguns dos componentes dos nós diferem em capacidade ou tecnologia. A tendência é de clusters homogêneos se tornarem em clusters heterogêneos, como conseqüência das expansões e atualizações. Efetuar um particionamento que distribua a carga em clusters heterogêneos de acordo com o poder computacional de cada nó não é uma tarefa fácil, pois nenhum processador deve ficar ocioso e, tampouco, outros devem ficar sobrecarregados Vários métodos de particionamento e mapeamento de grafos foram estudados e três ferramentas (Chaco, Jostle e o Scotch) foram testadas com a aplicação e com a arquitetura modeladas. Foram realizados, ainda, vários experimentos modificando parâmetros de entrada das ferramentas e os resultados foram analisados. Foram considerados melhores resultados aqueles que apresentaram o menor número de corte de arestas, uma vez que esse parâmetro pode representar a comunicação entre os processadores de uma máquina paralela, e executaram o particionamento/mapeamento no menor tempo. O software Chaco e o software Jostle foram eficientes no balanceamento de carga por gerarem partições com praticamente o mesmo tamanho, sendo os resultados adequados para arquiteturas homogêneas. O software Scotch foi o único que permitiu o mapeamento do grafo da aplicação sobre o grafo da arquitetura com fidelidade, destacando-se também por executar particionamento com melhor qualidade e pela execução dos experimentos em um tempo significativamente menor que as outras ferramentas pesquisadas.

O problema de particionamento balanceado de grafos consiste em encontrar uma partição de tamanho k dos vértices de um grafo, minimizando o número de arestas que participam do corte tal que o tamanho de nenhuma parte exceda [en~k], para algum e e > [1, k). Essa dissertação estuda esse problema, apresentando uma revisão recente de heurísticas construtivas, heurísticas de refinamento e técnicas multinível. Também propomos um novo algoritmo híbrido para resolver esse problema de particionamento. Nós mostramos como diversas estratégias para construir e aprimorar partições, assim como algumas novas propostas, podem ser integradas para formar um GRASP com path-relinking. Reportamos experimentos computacionais que mostram que essa abordagem obtém soluções competitivas com particionadores no estado-da-arte. Em particular, o algoritmo híbrido é capaz de encontrar novos melhores valores conhecidos em algumas das menores instâncias, indicando que tem uma contribuição qualitativa comparado aos métodos existentes. / The balanced graph partitioning problem asks to find a k-partition of the vertex set of an undirected graph, which minimizes the total cut size and such that the size of no part exceeds en/k , for some ee > [1, k]. This dissertation studies this problem, providing a recent review of constructive heuristics, refinement heuristics and multilevel techniques. We also propose a new hybrid algorithm for solving this partitioning problem. We show how several good existing strategies for constructing and improving partitions, as well as some newly proposed ones, can be integrated to form a GRASP with path-relinking. We report computational experiments that show that this approach obtains solutions competitive with state-of-the-art partitioners. In particular, the hybrid algorithm is able to find new best known values in some of the smaller instances, indicating that it can make a qualitative contribution compared to existing methods.

O problema de particionamento balanceado de grafos consiste em encontrar uma partição de tamanho k dos vértices de um grafo, minimizando o número de arestas que participam do corte tal que o tamanho de nenhuma parte exceda [en~k], para algum e e > [1, k). Essa dissertação estuda esse problema, apresentando uma revisão recente de heurísticas construtivas, heurísticas de refinamento e técnicas multinível. Também propomos um novo algoritmo híbrido para resolver esse problema de particionamento. Nós mostramos como diversas estratégias para construir e aprimorar partições, assim como algumas novas propostas, podem ser integradas para formar um GRASP com path-relinking. Reportamos experimentos computacionais que mostram que essa abordagem obtém soluções competitivas com particionadores no estado-da-arte. Em particular, o algoritmo híbrido é capaz de encontrar novos melhores valores conhecidos em algumas das menores instâncias, indicando que tem uma contribuição qualitativa comparado aos métodos existentes. / The balanced graph partitioning problem asks to find a k-partition of the vertex set of an undirected graph, which minimizes the total cut size and such that the size of no part exceeds en/k , for some ee > [1, k]. This dissertation studies this problem, providing a recent review of constructive heuristics, refinement heuristics and multilevel techniques. We also propose a new hybrid algorithm for solving this partitioning problem. We show how several good existing strategies for constructing and improving partitions, as well as some newly proposed ones, can be integrated to form a GRASP with path-relinking. We report computational experiments that show that this approach obtains solutions competitive with state-of-the-art partitioners. In particular, the hybrid algorithm is able to find new best known values in some of the smaller instances, indicating that it can make a qualitative contribution compared to existing methods.

O problema de particionamento balanceado de grafos consiste em encontrar uma partição de tamanho k dos vértices de um grafo, minimizando o número de arestas que participam do corte tal que o tamanho de nenhuma parte exceda [en~k], para algum e e > [1, k). Essa dissertação estuda esse problema, apresentando uma revisão recente de heurísticas construtivas, heurísticas de refinamento e técnicas multinível. Também propomos um novo algoritmo híbrido para resolver esse problema de particionamento. Nós mostramos como diversas estratégias para construir e aprimorar partições, assim como algumas novas propostas, podem ser integradas para formar um GRASP com path-relinking. Reportamos experimentos computacionais que mostram que essa abordagem obtém soluções competitivas com particionadores no estado-da-arte. Em particular, o algoritmo híbrido é capaz de encontrar novos melhores valores conhecidos em algumas das menores instâncias, indicando que tem uma contribuição qualitativa comparado aos métodos existentes. / The balanced graph partitioning problem asks to find a k-partition of the vertex set of an undirected graph, which minimizes the total cut size and such that the size of no part exceeds en/k , for some ee > [1, k]. This dissertation studies this problem, providing a recent review of constructive heuristics, refinement heuristics and multilevel techniques. We also propose a new hybrid algorithm for solving this partitioning problem. We show how several good existing strategies for constructing and improving partitions, as well as some newly proposed ones, can be integrated to form a GRASP with path-relinking. We report computational experiments that show that this approach obtains solutions competitive with state-of-the-art partitioners. In particular, the hybrid algorithm is able to find new best known values in some of the smaller instances, indicating that it can make a qualitative contribution compared to existing methods.