Performance-hungry data center applications demand increasingly higher performance from their storage in addition to larger capacity memory at lower cost. While the existing storage technologies (e.g., HDD and flash-based SSD) are limited in their performance, the most prevalent memory technology (DRAM) is unable to address the capacity and cost requirements of these applications. Emerging byte-addressable, non-volatile memory technologies (such as PCM and RRAM) offer performance within an order of magnitude of DRAM, prompting their inclusion in the processor memory subsystem. Such load/store accessible non-volatile or persistent memory (referred to as NVM or PM) introduces an interesting new tier that bridges the performance gap between DRAM and PM, and serves the role of fast storage or slower memory. However, PM has several implications on system design, both hardware and software: (i) the hardware caching mechanisms, while necessary for acceptable performance, complicate the ordering and durability of stores to PM, (ii) the high performance of PM (compared to NAND) and the fact that it is byte-addressable necessitate rethinking of the system software to manage PM and the interfaces to expose PM to the applications, and (iii) the future memory-based applications that will likely employ systems coupling PM with DRAM (for cost and capacity reasons) must be extremely conscious of the performance characteristics of PM and the challenges of using fast vs. slow memory in ways that best meet their performance demands. The key contribution of our research is a set of technologies that addresses these challenges in a bottom-up fashion. Since the real hardware is not yet available, we first implement a hardware emulator that can faithfully emulate the relative performance characteristics of DRAM and PM in a system with separate DRAM and emulated PM regions. We use this emulator to perform all of our evaluations. Next we explore system software support to enable low-overhead PM access by new and legacy applications. Towards this end, we implement PMFS, an optimized light-weight POSIX file system that exploits PM's byte-addressability to avoid overheads of block-oriented storage and enable direct PM access by applications (with memory-mapped I/O). To provide strong consistency guarantees, PMFS requires only a simple hardware primitive that provides software enforceable guarantees of durability and ordering of stores to PM. We demonstrate that PMFS achieves significant (up to an order of magnitude) gains over traditional file systems (such as ext4) on a RAMDISK-like PM block device. Finally, we address the problem of designing memory-based applications for systems with both DRAM and PM by extending our system software to manage both the tiers. We demonstrate for several representative large in-memory applications that it is possible to use a small amount of fast DRAM and large amounts of slower PM without a proportional impact to an application's performance, provided the placement of data structures is done in a careful fashion. To simplify the application programming, we implement a set of libraries and automatic tools (called X-Mem) that enables programmers to achieve optimal data placement with minimal effort on their part. Finally, we demonstrate the potentially large benefits of application-driven memory tiering with X-Mem across a range of applications.

No description available.

Web services have made many kinds of data and computing services available. However, to use web services often requires significant programming efforts and thus limits the people who can take advantage of them to only a small group of skilled programmers. In this dissertation, I will present a tool called Gneiss that extends the spreadsheet model to support four challenging aspects of using web services: programming two-way data communications with web services, creating interactive GUI applications that use web data sources, using hierarchical data, and using live streaming data. Gneiss contributes innovations in spreadsheet languages, spreadsheet user interfaces and interaction techniques to allow programming tasks that currently require writing complex, lengthy code to instead be done using familiar spreadsheet mechanisms. Spreadsheets are arguably the most successful and popular data tools among people of all programming levels. This work advances the use of spreadsheets to new domains and could benefit a wide range of users from professional programmers to end-user programmers.

Aujourd'hui, les plates-formes hétérogènes et partagées que sont les grilles de calcul sont omniprésentes. De plus, le besoin d'exécuter des applications parallèles complexes est croissant. Cette thèse vise à ordonnancer des applications représentées par des graphes de tâches modelables (dont le nombre de processeurs est fixé par l'ordonnanceur) sur des grilles de calcul en exploitant le maximum de parallélisme, utilisant efficacement les ressources, gérant l'hétérogénéité et le partage des ressources. Nous avons pour cela opté pour des heuristiques pragmatiques car, bien qu'elles n'offrent pas de garantie de performance, elles peuvent néanmoins conduire à de bonnes performances moyennes tout en construisant des ordonnancements en des temps relativement courts. La plupart des heuristiques existantes n'ordonnancent les applications parallèles mixtes qu'en milieu homogène et utilisent parfois inefficacement les ressources. Nous avons donc tout d'abord étudié différentes heuristiques dans le cas de plates-formes homogènes et proposé des améliorations visant à améliorer le compromis entre réduction du temps de complétion et efficacité. Nous avons ensuite introduit la gestion de l'hétérogénéité dans l'heuristique proposée et comparé ses performances à celles d'un algorithme garanti. Enfin, nous avons tenu compte du caractère partagé des grilles en gérant la concurrence entre applications. L'approche retenue consiste à limiter la quantité de ressources que chaque application peut utiliser pour construire son ordonnancement. Nous avons également proposé plusieurs stratégies de détermination de cette contrainte de ressources. / Today, computing grids, that are shared and heterogeneous platforms, are ubiquitous. Furthermore, the need to execute complex parallel applications is growing. The aim of this thesis is to schedule applications modeled by moldable task graphs (the number of processors allocated to each task is fixed by the scheduler) onto computing grids to exploit maximum parallelism, use efficiently the resources and manage the sharing of resources. We chose to design pragmatic heuristics because, although they do not guarantee performance, they can lead to good average performance while computing schedules in relatively short times. Almost all existing heuristics only schedule mixed parallel applications onto homogeneous platforms and they sometimes use inefficiently the resources. Thus, we first studied different scheduling heuristics in the case of homogeneous platforms and propose improvements to have a good compromise between the completion time and the efficiency. We then introduced management of heterogeneity in the proposed heuristic and compared its performances with those of a guaranteed algorithm. Finally, we have taken into account the fact that grids are shared by managing competition between applications. Our approach is to limit the amount of resources that each application can use to build its schedule. We also proposed different strategies to determine that resource constraint.

Les nitrures d'éléments II-IV ZnSiN2, ZnGeN2 et ZnSnN2 forment une famille de semi-conducteurs liés aux nitrures d'éléments III (le GaN et ses alliages contenant de l'aluminium ou de l'indium). Ils s'obtiennent par construction en remplaçant l'élément III (Ga) périodiquement par un élément II (Zn) puis par un élément IV (Si, Ge ou Sn), ses voisins de gauche et de droite dans le tableau périodique. La structure cristalline qui en résulte est très proche de celle du GaN wurtzite. Le ZnGeN2 présente un désaccord de maille avec le GaN inférieur à 1%. Sa largeur de bande interdite est de quelques pour cents identique à celle du GaN et le large décalage de bande entre le GaN et le ZnGeN2 permet la formation d'une hétérostructure de type II. Ces données ont ouvert la voie à l'étude théorique de l'intégration des matériaux II-IV-N2 dans les zones actives de LEDs GaN. Ces puits quantiques de type II pourraient contribuer à améliorer les propriétés d'émission à grandes longueurs d'onde (verte et au-delà) des émetteurs à base de GaN. L'alliage ZnSn{x}Ge{1-x}N2 (de x = 0 à x = 1) étant peu connu, l'objectif de la thèse est de réaliser une étude expérimentale du matériau sous forme de couches minces élaborées par pulvérisation cathodique magnétron réactive. Ses propriétés structurales, optiques et électriques sont étudiées au moyen de différentes méthodes d'analyse. Il paraît ainsi possible de moduler son paramètre de maille a (de 3.22 A à 3.41 A) ainsi que la largeur de la bande interdite (de 2.1 eV pour le ZnSnN2 à 3.0 eV pour le ZnGeN2) mais également ses propriétés électriques sur plusieurs ordres de grandeur. L'utilisation de substrats de GaN permet, en outre, une analyse de l'interface entre les deux matériaux et l'étude des effets de quasi-épitaxie. / The II-IV-nitrides ZnSiN2, ZnGeN2 and ZnSnN2 represent a semiconductors family close to the III-nitrides (GaN and its aluminum and indium containing alloys). They are obtained by replacing periodically the group III element (Ga) by a group II element (Zn) and by a group IV element (Si, Ge or Sn), its left and right neighbors in the periodic table. The crystalline structure of ZnGeN2 is therefore really close to the one of wurtzite GaN. They show a lattice mismatch smaller than 1 %. The band gap of ZnGeN2 is almost identical to GaN and their large band offset enables the design of a type II heterostructure. These data set the stage for the theoretical study of II-IV-N2 integration into the active zones of GaN LEDs. These type II quantum wells could contribute to enhance the emission properties of GaN-based light emitters at high wavelengths (green and beyond). The ZnSn{x}Ge{1-x}N2 alloy (with x = 0 to x = 1) being rather unknown, the objective of this thesis is the experimental study of sputtered thin films of this material. Its structural, optical and electrical properties are investigated through different analysis methods. It seems possible to adjust its lattice parameter a (from 3.22 A to 3.41 A) as well as its band gap (from 2.1 eV for ZnSnN2 to 3.0 eV for ZnGeN2) but also its electrical properties on several orders of magnitude. The use of GaN substrates enables the investigation of the interface between both materials and quasi-epitaxy effects.

Typescript (photocopy). / Digitized by Kansas Correctional Industries / Department: Electrical and Computer Engineering.

La réalité mixte apporte certains avantages aux applications industrielles. Elle peut, entre autres, faciliter la visualisation et validation de projets ou assister des opérateurs durant des tâches spécifiques. Les systèmes de projection (PBS), tels que les CAVE ou la réalité augmentée spatiale, fournissent un environnement de réalité mixte permettant une collaboration directe avec des utilisateurs externes. Dans cette thèse, nous visons à améliorer l'utilisation des systèmes de projection pour des applications industrielles en abordant deux défis majeurs: (1) améliorer les composantes techniques des PBS et (2) augmenter l'expérience utilisateur dans les PBS. En tant que premier défi technique, nous visons à améliorer les systèmes de suivi de mouvements optiques. Nous proposons une approche permettant d’élargir l’espace de travail de ces systèmes grâce à deux méthodes. La première permet de suivre les mouvements à partir d’une seule caméra tandis ce que la deuxième permet de contrôler les caméras et suivre les objets dans l’espace de travail. Le système qui en résulte fournit des performances acceptables pour des applications en réalité mixte tout en augmentant considérablement l'espace de travail. Un tel système de suivi de mouvement peut permettre de mieux exploiter le potentiel des systèmes de projection et d’élargir le champ possible des interactions. En tant que deuxième défi technique, nous concevons un casque « tout-en-un » pour la réalité augmentée spatiale mobile. Le casque rassemble à la fois un système de projection et un système de suivi de mouvements qui sont embarqués sur la tête de l'utilisateur. Avec un tel système, les utilisateurs sont capables de se déplacer autour d'objets tangibles et de les manipuler directement à la main tout en projetant du contenu virtuel par-dessus. Nous illustrons notre système avec deux cas d'utilisation industriels: le prototypage virtuel et la visualisation médicale. Enfin, nous abordons le défi qui vise à améliorer l’expérience utilisateur dans les PBS. Nous proposons une approche permettant d’incarner un personnage virtuel et d’augmenter la perception spatiale des utilisateurs dans les PBS. Pour ce faire, nous ajoutons l’ombre virtuelle des utilisateurs dans les systèmes de projection immersifs. L'ombre virtuelle est directement corrélée aux mouvements des utilisateurs afin qu'ils la perçoivent comme si c'était la leur. Nous avons effectué une expérience afin d'étudier l'influence de la présence de l'ombre virtuelle sur le comportement des utilisateurs. / Mixed reality brings some advantages to industrial applications. It can, among others, facilitate visualizing and validating projects or assist operators during specific tasks. Projection-based Systems (PBS), such as CAVEs or spatial augmented reality provide a mixed reality environment enabling straightforward collaboration with external users. In this thesis, we aim at improving the usage of PBS for industrial applications by considering two main challenges: (1) improving the technical components of PBS and (2) improving the user experience when using PBS. As a first technical challenge, we propose to address the improvement of the tracking component. We introduce an approach that enables increasing the workspace of optical tracking systems by using two methods. As a first method, we propose to use monocular tracking. As a second method, we propose to use controlled cameras that follow the targets across the workspace. The resulting system provides acceptable performances for mixed reality applications while considerably increasing the workspace. Such a tracking system can make it easier to use large projection-based displays and can widen the range of available interactions. As a second technical challenge, we design an “all-in-one” headset for mobile spatial augmented reality on tangible objects. The headset gathers both a projection and a tracking system that are embedded on the user’s head. With such a system, the users are able to move around tangible objects and to manipulate them directly by hand while projecting virtual content over them. We illustrate our system with two industrial use cases: virtual prototyping and medical visualization. Finally, we address the challenge that aims at improving the user experience when using PBS. We introduce a method that provides virtual embodiment and increases the spatial perception of the users when using PBS. To do so we add the user’s virtual shadow in immersive projection-based systems. The virtual shadow is dynamically mapped to users’ movements in order to make them perceive the shadow as if it was their own. We then carry out an experiment to study the influence of the presence of the virtual shadow on the user experience and behavior.

A thesis submitted to the Faculty of Science, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. Johannesburg, 2015.

L'objectif de cette thèse est d'assurer le bon comportement des aspects fonctionnels des systèmes basés sur le web. Pour atteindre cet objectif, nous nous basons dans ce manuscrit, sur deux approches différentes de test: l'approche active et l'approche passive. Le principe du test actif consiste à générer automatiquement une suite de scénarios de tests qui sera appliquée sur un système sous test pour en étudier sa conformité par rapport à ses besoins fonctionnels. Quant au test passif, il consiste à observer passivement le système sous test, sans interrompre le flux normal de ses opérations. Pour l'approche active, nous proposons une méthodologie qui permet de générer automatiquement des séquences de test afin de valider la conformité d'un système par rapport à la description formel du comportement du système. Le comportement est spécifié en utilisant un modèle formel basé sur des machines à états finis étendues temporisées (TEFSM). La génération automatique des tests est ensuite effectuée en utilisant des outils développés dans notre laboratoire et permet d'obtenir des cas de test exécutables qui permettent au moteur de test d'interagir avec une application web réel. Dans l’approche passive, nous spécifions des propriétés fonctionnelles à tester sous la forme d'invariants temporisés.Nous analysons ensuite les traces d’exécution d’un Web service composé afin d’élaborer un verdict sur sa conformité par rapport au comportement souhaité du système. Plusieurs algorithmes et outils sont fournis dans ce manuscrit pour effectuer le test actif et passif des systèmes Web. Nous avons appliqué nos méthodologies à divers systèmes (le Mission Handler et le Travel Reservation Service) pour illustrer les approches proposées sur des systèmes réels / The objective of this thesis is to ensure the proper behaviour of the functional aspects of web based systems. To achieve this goal, we proposed two different test approaches: the active approach and the passive approach. Our goal is to automatically generate a suite of active test scenarios that will be applied on a system under test to examine its compliance with respect to its functional specification, and, when interrupting the normal flow of operation is problematic, to observe the system under test with passive testing. The goal of this work is developing a method and a set of tools to test web based systems using the active and passive testing approaches. Concerning the active testing approach, we present a methodology to cover the end-to-end testing process (from building the model until the test execution). This work tackles the gap between, on the one hand, generating abstract test cases from abstract models and, on the other hand, developing methods allowing concretizing these tests and automatically applying them on a real applications. Then, concerning the passive test approach, we present a methodology and a new tool for observing the behaviour of the communications of the web applications with external web services (for SOA based web applications) in order to check whether the observed behaviour is correct. All the methodologies and tools presented in this work are applied on two industrial case studies, Mission Handler and Travel Reservation Service, in order to validate our contributions in active and passive testing respectively

Les exopolysaccharides (EPS) bactériens peuvent avoir une haute valeur ajoutée comme agents de rétention d’eau en cosmétologie. Cette étude s’est intéressée à l’EPS de Ramlibacter tataouinensis TTB310 (Rta). Cette bactérie, isolée d'un sol semi-aride, possède un cycle cellulaire particulier avec des bâtonnets mobiles sensibles à la dessiccation et des kystes non-mobiles produisant un EPS lui permettant de tolérer la dessiccation prolongée. La production d’EPS et la croissance ont été optimisées par le choix de lactate comme source de C et d'énergie, le maintien du pH pendant la croissance avec de l'acide lactique, l’augmentation des concentrations des autres substrats et l’ajout des micro- et macro éléments. Ainsi des quantités suffisantes d'EPS ont été obtenues. Une extraction de l'EPS fermement attachée à la surface des bactéries en utilisant de l’acide trichloroacétique a été élaborée et optimisée. La caractérisation biochimique de l'EPS a été réalisée en combinant différentes techniques : CPG, FTICR-MS, RMN et FTIR. L'unité répétée de l'EPS de Rta est un décasaccharide constitué de ribose, glucose, galactose, mannose, rhamnose, acide glucuronique, désoxyhexose et avec des substituants tels que acétyle, succinyle et méthyle. Enfin, grâce à la disponibilité du génome entièrement séquencé de Rta, le cluster de gènes impliqué dans la production d'EPS a été identifié à l’aide des approches de biologie moléculaire et d'imagerie. La connaissance de la structure de l'EPS de Rta permettra de mettre au point les modifications physico-chimiques nécessaires à sa solubilisation pour en étudier les propriétés rhéologiques. / Bacterial exopolysaccharides (EPS) can have a high added value when used as water retention agents in cosmetology. This work was focused on the EPS of Ramlibacter tataouinensis TTB310 (Rta). Rta, isolated from a semi-arid soil, has a special cell cycle with mobile rods sensitive to desiccation and non-mobile cysts producing an EPS allowing it to tolerate desiccation. EPS production and bacterial growth were optimized by : choosing lactate as a source of C and energy, maintaining the pH during the growth with lactic acid, increasing the concentrations of the other substrates, and additionning of micro- and macro elements. Thus sufficient amounts of EPS have been obtained. An extraction of EPS firmly attached to the bacteria surface using trichloroacetic acid was developed and optimized. The biochemical characterization of Rta EPS was performed by combining different techniques : CPG, FTICR-MS, RMN and FTIR. The repeated unit of Rta EPS is a decasaccharide consisting of ribose, glucose, galactose, mannose, rhamnose, glucuronic acid, deoxyhexose and with substituents such as acetyl, succinyl and methyl. Finally, thanks to the availability of the fully sequenced Rta genome, the gene cluster involved in the production of EPS has been identified, through molecular biology and imaging approaches. The elucidation of the structure of Rta EPS makes possible the future development of the physico-chemical modifications necessary for its solubilization in order to study its rheological properties.