Esta tesis investiga la implementación hardware eficiente de los sistemas de memoria transaccional (HTM) en un chip multiprocesador escalable (CMP), identificando aspectos que limitan el rendimiento y proponiendo técnicas que solventan dichas patologías. Las contribuciones de la tesis son varios diseños HTM complementarios que alcanzan un rendimiento robusto y evitan comportamientos patológicos, mediante la introducción de flexibilidad y adaptabilidad, sin que dichas técnicas apenas supongan un incremento en la complejidad del sistema global. Esta disertación considera tanto sistemas HTM de política ansiosa como aquellos diseñados bajo el enfoque perezoso, y afrontamos las sobrecargas en el rendimiento que son inherentes a cada política. Quizá la contribución más relevante de esta tesis es ZEBRA, un sistema HTM de política híbrida que adapta su comportamiento en función de las características dinámicas de la carga de trabajo. / This thesis focuses on the hardware mechanisms that provide optimistic concurrency control with guarantees of atomicity and isolation, with the intent of achieving high-performance across a variety of workloads, at a reasonable cost in terms of design complexity. This thesis identifies key inefficiencies that impact the performance of several hardware implementations of TM, and proposes mechanisms to overcome such limitations. In this dissertation we consider both eager and lazy approaches to HTM system design, and address important sources of overhead that are inherent to each policy. This thesis presents a hybrid-policy, adaptable HTM system that combines the advantages of both eager and lazy approaches in a low complexity design. Furthermore, this thesis investigates the overheads of the simpler, fixed-policy HTM designs that leverage a distributed directory-based coherence protocol to detect data races over a scalable interconnect, and develops solutions that address some performance degrading factors.

The research we have conducted has been aimed at developing a new mechanism of extraction and use of parallelism at a high level, based on speculation techniques, in cluster environments. This allows our mechanism to be architecture independent and to be adapted to heterogeneous environments. As a drawback there are some limitations due to the fact of working at a high level, such as memory address access dependencies and those occurring in vector operations. The Master/Slave Speculative Parallelization Architecture for Computer Clusters (MSSPACC) is considered that works at the TLP taking advantage of the execution tools of the ILP level. It works at TLP level because the program is divided into threads which we call blocks. The blocks they are considered like single instructions and follow the same pattern of a superscalar processor ILP (input variables are considered like operands and the output like the result of the execution). / L’objectiu d’aquesta recerca és desenvolupar un nou mecanisme d'extracció i explotació del paral•lelisme basat en tècniques d'especulació a nivell d’aplicació sobre clústers. Així hem aconseguit que el sistema no tingui una dependència arquitectònica i poder adaptar-se a entorns heterogenis. Com a contrapartida ens hem trobat amb les limitacions degudes al fet de treballar a nivell d’aplicació, com són les dependències d’adreces d’accés a memòria i les provocades en operacions amb vectors. La proposta desenvolupada s’anomena Master/Slave Speculative Parallelization Architecture for Computer Clusters (MSSPACC) i es pot considerar que treballa a nivell TLP aprofitant les eines d’execució del nivell ILP. Divideix el programa en fils d’execució que anomenem blocs bàsics que s’executen seguint el mateix patró ILP d’un processador Superescalar, considerant que un bloc bàsic és equivalent a una instrucció, les variables d’entrada com a operants i les de sortida com al resultat de l’execució del bloc bàsic.

En esta tesis se estudia el modelo de ejecución de los procesadores multithreaded especulativos así como los requisitos necesarios para su implementación. El modelo de ejecución se basa en la inserción de instrucciones de spawn dentro del código secuencial. De esta manera, la ejecución de un programa en estos procesadores es similar a cualquier otro hasta que se encuentra con un punto de spawn. Entonces, se crea un nuevo thread especulativo en el punto indicado por la instrucción de spawn y ambos threads se ejecutan en paralelo. Cuanto el thread creador llega al punto inicial del thread especulativo, se ha de verificar si la especulación ha sido correcta. En ese caso, el contexto del thread no especulativo se gradúa y se libera para uso futuro de más threads especulativos. En caso de que la verificación no haya sido correcta, se recupera el estado correcto. En este modelo de ejecución siempre hay un thread no especulativo y puede haber múltiples threads especulativos.Para soportar este modelo de ejecución, se necesita: i) hardware capaz de crear y gestionar threads especulativo y ii) un mecanismo de particionado para dividir los programas en threads especulativos. Se han estudiado varias plataformas para gestionar threads de forma concurrente. Por un lado, los procesadores clustered se benefician de menores retardos, menor potencia consumida y una menor complejidad aunque las latencias de comunicación sean mayores. Por otro lado, las arquitecturas centralizadas se benefician del hecho de compartir recursos y menor latencia de comunicación, pero la complejidad del hardware es mucho mayor. En cualquier caso, el hardware ha de ser capaz de ejecutar múltiples threads simultáneamente con el inconveniente de que algunos valores van a tener que compartirse mientras que otros son copias privadas. Es decir, el procesador deberá ser capaz de gestionar múltiples versiones de un mismo registro o posición de memoria para cada uno de los threads que se estén ejecutando.Además, se ha puesto especial énfasis en la gestión de las dependencias de datos entre los threads especulativos ya que tienen un impacto muy importante en el rendimiento del procesador. Encontrar threads independientes es casi imposible en aplicaciones irregulares, por tanto los threads especulativos necesitarán de valores producidos por otros threads especulativos. Se han estudiado dos mecanismos: sincronizar el thread productor y el thread consumidor y predecir los valores dependientes. En el primer caso, se han propuesto mecanismos para pasar el valor tan pronto como ha sido producido del productor al consumidor, especialmente en el caso de valores de memoria. Por otro lado, el segundo modelo es mucho más atrayente ya que si todos los valores dependientes fueran predichos de forma correcta, los threads pasarían a ejecutarse de forma independiente. Se han evaluado múltiples predictores de valores propuestos en la literatura y se ha presentado un nuevo predictor especialmente pensado para este tipo de arquitecturas que es el predictor de incremento. Este predictor usa la información de control de los threads especulativos para predecir los valores y los resultados obtenidos son muy prometedores aún con tamaños muy reducidos del predictor. Finalmente, el particionado de las aplicaciones afecta al rendimiento de este tipo de procesadores. Se han propuesto y evaluado varios esquemas de particionado. Una familia de estos esquemas asigna threads especulativos a construcciones de programa que por si solas proporcionan cierta independencia de control. Políticas de esta familia son aquellas que crean threads especulativos en iteraciones de bucles, continuaciones de bucles y continuaciones de subrutinas. La segunda familia de esquemas de particionadose ayuda de un análisis basado en profiling para encontrar las parejas de spawn más idóneas para cada uno de los códigos. De esta manera, aquellas partes del programa que cumplan las mejores características se seleccionan para crear threads especulativos. Algunos criterios de selección que han sido considerados en esta tesis han sido: la independencia de control, el tamaño mínimo de los threads, la independencia de datos y su predictabilidad. Los resultados obtenidos por ambas familias han sido muy significativos, aunque el esquema basado en técnicas de profile mejora los resultados obtenidos por la otra familia.

Esta pesquisa situa-se no campo da Educação a Distância, enfocando especificamente o processo de constituição de redes virtuais de aprendizagem. Investigou como o Seminário Integrador (SI) contribuiu para a formação de uma rede de aprendizagem no curso de Pedadogia a Distância (PEAD/UFRGS), no polo de Alvorada. Identificou as arquiteturas pedagógicas, propostas pelo SI, que possibilitaram a interação entre os alunos-professores. Verificou a correspondência de tais atividades às reações dos alunos-professores em termos de interação, bem como a averiguação das transformações das relações interindividuais na formação da rede de aprendizagem. A metodologia utilizada foi um estudo de caso, onde os dados qualitativos coletados foram estudados por meio da análise de conteúdo temática. Foram extraídas amostras referentes aos Eixos III e IX do curso. A categoria de análise utilizada foi de relações interindividuais e previu cinco níveis de interação: relações unidirecionais, primeiras interações, início das relações colaborativas, relações colaborativas e relações cooperativas. Na primeira amostra (Eixo III), somente os quatro primeiros níveis foram encontrados. O Eixo IX evidenciou a ocorrência de relações cooperativas e a formação de uma rede virtual de aprendizagem. Constatou-se que essa rede virtual de aprendizagem formou-se no PEAD/Alvorada, graças ao protagonismo dos alunos-professores e à mediação das professoras orientadoras, o que culminou em uma intensa relação de trocas interindividuais e num exercício constante de reflexão e metarreflexão. / Esta investigación se encuentra en el campo de la educación a distancia, centrándose específicamente en el proceso de creación de redes virtuales de aprendizaje. Investigó cómo el Seminario Integrador (SI) ha contribuido a la formación de una red de aprendizaje en el curso de Pedagogía a Distancia (PEAD / UFRGS), en el polo de Alvorada. Identificó las arquitecturas pedagógicas propuestas por el SI, que permitierón la interacción entre los estudiantes de pedagogía. Comprobó la correspondencia de este tipo de actividades a las reacciones de los estudiantes de pedagogía en términos de interacción, y investigó la transformación de las relaciones interpersonales en la conformación de la red de aprendizaje. La metodología utilizada fue un estudio de caso en el que se estudiaron los datos cualitativos recogidos a través de análisis de contenido temático. Las muestras se extrajeron relativos a Eje III y IX del curso. La categoría de análisis utilizado fue las relaciones interpersonales y predijo cinco niveles de interacción: relaciones de sentido único, primeras interacciones, inicio de relaciones de colaboración, las relaciones de colaboración y las relaciones de cooperación. En la primera muestra (Eje III), sólo se encontraron los primeros cuatro niveles. El Eje IX evidenció la aparición de relaciones de cooperación y formación de una red virtual de aprendizaje. Se encontró que una red virtual de aprendizaje fué formada en PEAD/Alvorada, gracias al liderazgo de los estudiantes de pedagogía y de la mediación de los maestros orientadores, que culminaron en una intensa relación de los intercambios interpersonales, y un ejercicio constante de reflexión y metarreflexión.

Esta pesquisa situa-se no campo da Educação a Distância, enfocando especificamente o processo de constituição de redes virtuais de aprendizagem. Investigou como o Seminário Integrador (SI) contribuiu para a formação de uma rede de aprendizagem no curso de Pedadogia a Distância (PEAD/UFRGS), no polo de Alvorada. Identificou as arquiteturas pedagógicas, propostas pelo SI, que possibilitaram a interação entre os alunos-professores. Verificou a correspondência de tais atividades às reações dos alunos-professores em termos de interação, bem como a averiguação das transformações das relações interindividuais na formação da rede de aprendizagem. A metodologia utilizada foi um estudo de caso, onde os dados qualitativos coletados foram estudados por meio da análise de conteúdo temática. Foram extraídas amostras referentes aos Eixos III e IX do curso. A categoria de análise utilizada foi de relações interindividuais e previu cinco níveis de interação: relações unidirecionais, primeiras interações, início das relações colaborativas, relações colaborativas e relações cooperativas. Na primeira amostra (Eixo III), somente os quatro primeiros níveis foram encontrados. O Eixo IX evidenciou a ocorrência de relações cooperativas e a formação de uma rede virtual de aprendizagem. Constatou-se que essa rede virtual de aprendizagem formou-se no PEAD/Alvorada, graças ao protagonismo dos alunos-professores e à mediação das professoras orientadoras, o que culminou em uma intensa relação de trocas interindividuais e num exercício constante de reflexão e metarreflexão. / Esta investigación se encuentra en el campo de la educación a distancia, centrándose específicamente en el proceso de creación de redes virtuales de aprendizaje. Investigó cómo el Seminario Integrador (SI) ha contribuido a la formación de una red de aprendizaje en el curso de Pedagogía a Distancia (PEAD / UFRGS), en el polo de Alvorada. Identificó las arquitecturas pedagógicas propuestas por el SI, que permitierón la interacción entre los estudiantes de pedagogía. Comprobó la correspondencia de este tipo de actividades a las reacciones de los estudiantes de pedagogía en términos de interacción, y investigó la transformación de las relaciones interpersonales en la conformación de la red de aprendizaje. La metodología utilizada fue un estudio de caso en el que se estudiaron los datos cualitativos recogidos a través de análisis de contenido temático. Las muestras se extrajeron relativos a Eje III y IX del curso. La categoría de análisis utilizado fue las relaciones interpersonales y predijo cinco niveles de interacción: relaciones de sentido único, primeras interacciones, inicio de relaciones de colaboración, las relaciones de colaboración y las relaciones de cooperación. En la primera muestra (Eje III), sólo se encontraron los primeros cuatro niveles. El Eje IX evidenció la aparición de relaciones de cooperación y formación de una red virtual de aprendizaje. Se encontró que una red virtual de aprendizaje fué formada en PEAD/Alvorada, gracias al liderazgo de los estudiantes de pedagogía y de la mediación de los maestros orientadores, que culminaron en una intensa relación de los intercambios interpersonales, y un ejercicio constante de reflexión y metarreflexión.

En los últimos años se han propuesto diferentes aproximaciones para el desarrollo de sistemas altamente complejos. Algunos esfuerzos intentan aplicar la aproximación de Líneas de Producto Software tratando de sacar partido de la reutilización masiva para producir sistemas software que comparten un conjunto común de características. Una Línea de Producto Software (LPS) es un conjunto de sistemas software que comparten un conjunto de características comunes que satisfacen las necesidades específicas de un segmento de mercado particular y que son desarrollados a partir de un conjunto de activos software comunes de un modo preestablecido [6]. El desarrollo de una LPS consta de dos procesos básicos: la Ingeniería del Dominio, donde se establece cuáles son las partes comunes y las variables y se construye un conjunto de activos (product¿s line core assets) como partes de los sistemas software a desarrollar, y la Ingeniería de la Aplicación, donde los core assets son reutilizados sistemáticamente para derivar productos específicos. De este modo se reducen costes y tiempo de desarrollo. En el desarrollo de líneas de producto se presentan dos arquitecturas software que juegan dos roles diferenciados; i) la arquitectura de la línea de producto que da soporte a todas los posibles productos que pueden ser obtenidos a partir de la línea de producto y que cuenta con los mecanismos de variabilidad necesarios para cubrir toda la gama de productos y ii) la arquitectura de producto, que es creada a partir de la arquitectura de la línea de producto ejerciendo los mecanismos de variabilidad, para que esta se adapte a los requisitos del producto en desarrollo. En general, el aseguramiento de la calidad del producto es una actividad crucial para el éxito de la industria del software, pero es, si cabe, más importante cuando se trata del desarrollo de líneas de producto software, dado que la reutilización masiva de core assets hace que los atributos de calidad (propiedades físicas o abstractas de un artefacto software) de los core assets impacten en la calidad de todos los productos de una línea de producto. Este hecho es de especial relevancia cuando tratamos con la arquitectura software, que es el core asset mas critico en el desarrollo de líneas de producto. La arquitectura software es la vía para conseguir el cumplimiento de los requisitos no funcionales de nuestro producto, por lo que asegurar que estos requisitos se cumplen durante el proceso de derivación de la arquitectura es una actividad crítica en el proceso de desarrollo. El desarrollo de líneas de producto va, en la mayoría de los casos, ligada a la aplicación del paradigma de desarrollo dirigido por modelos. El Desarrollo de Software Dirigido por Modelos (DSDM) que promueve el uso de modelos durante a lo largo de todo el proceso de desarrollo de software, permitiendo que estos modelos puedan ser transformados sucesivamente hasta la obtención del producto final. En la literatura no se encuentran propuestas que, de forma completa, sistemática y automatizada, permitan obtener arquitecturas de producto software que cumplan una serie de requisitos de calidad. El presente trabajo de investigación pretende la mejora del contexto anterior proponiendo el método QuaDAI (Quality Driven Architecture Derivation and Improvement), un método de derivación, evaluación y mejora de la calidad de arquitecturas software en el Desarrollo de Líneas de Producto Dirigido por Modelos mediante la definición de un artefacto (el multimodelo) y de un proceso dirigido por transformaciones que permite automatizar un proceso (el de derivación, evaluación y mejora) de por si altamente complejo. Este método va dirigido a empresas de desarrollo de software que utilice el paradigma de LPS y que pretendan introducir técnicas automatizadas de aseguramiento de calidad y para investigadores interesados en el campo de las arquitecturas software, líneas de producto y desarrollo dirigido por modelos. / González Huerta, J. (2014). Derivación, Evaluación y Mejora de la Calidad de Arquitecturas Software en el Desarrollo de Líneas de Producto Software Dirigido por Modelos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/36448 / TESIS

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Change is an intrinsic property of software. A software system, during its lifetime, may require several updates, improvements, or new features. If these change requirements are not addressed, the risk of becoming a useless system increases. In fact, this is a challenging issue of safety- and mission-critical software systems, which cannot be stopped to perform maintenance or evolution operations due to their continuous operation. To reduce the aging of these critical systems, they must be provided with mechanisms enabling their dynamic evolution, i.e. the support of changes on their structure and behaviour while they remain in operation. This thesis is concerned with the design of a framework to build architecture-based, dynamically evolvable, software systems. The fact that this framework is a software architecture based approach provides the following advantages: (i) it offers a high-level of abstraction for describing dynamic changes; (ii) it allows varying the level of system description; and (iii) it advantages from the existing support for system modelling, code-generation, and formal analysis provided by architecture description languages. The framework presented in this thesis, called Dynamic PRISMA, is characterized by the combination of two levels of dynamism: Dynamic Reconfiguration, which addresses changes at the configuration level (i.e. the architectural configuration), and Dynamic Type Evolution, which addresses changes at the type-level (i.e. the specification of architectural types and instances). This combination is one of the major contributions of this thesis: thus a system is not only able to reconfigure at runtime the building blocks it is composed of (i.e. architectural types), but also to redefine these building blocks (or introduce new ones) at runtime. Another contribution of the thesis is the identification of the concerns related to dynamic evolution and their integration in the framework through aspects. This improves the separation of concerns and allows us to change reconfiguration specifications, evolution mechanisms, or the business logic independently of each other. A third contribution of this thesis is how this dynamism is supported: reconfiguration through autonomic capabilities, which provides proactivity according to either internal or external stimuli; and type evolution through asynchronous reflection, which enables the modification of a type specification and the transformation of their instances at different rates (i.e. when they are ready for evolution). Specifically, the asynchronous evolution semantics is precisely described by means of graph transformations. This formalism has been chosen because it naturally models both the system architecture and its asynchronous evolution. The work presented in this thesis is illustrated through a case study from the robotics domain; an area which could potentially benefit from the results of this thesis. / El cambio es una propiedad intrínseca del software. Un sistema software, a lo largo de su vida útil, puede necesitar actualizaciones, mejoras o la integración de nuevas características. Si estas necesidades de cambio no son cubiertas, el riesgo de que el sistema software deje de ser útil aumenta. Esto supone un reto para los sistemas críticos, los cuales no pueden ser detenidos para realizar operaciones de mantenimiento o evolución debido a que deben estar continuamente operativos. Para reducir el envejecimiento de dichos sistemas, éstos deben incorporar mecanismos que les permitan evolucionar dinámicamente, i.e. tolerar cambios tanto estructurales como de comportamiento mientras están operativos. Esta tesis aborda el diseño de una infraestructura para la construcción de sistemas software dinámicamente evolucionables y basados en arquitecturas software. Las razones que han motivado el uso de un enfoque basado en arquitecturas software son: (i) proporcionan un alto nivel de abstracción para definir cambios dinámicos; (ii) permiten variar el nivel de descripción del sistema; y (iii) permiten reutilizar las herramientas existentes para modelado de sistemas, generación automática de código, y análisis formal proporcionadas por los lenguajes de descripción de arquitecturas. El marco presentado en esta tesis, llamado Dynamic PRISMA, se caracteriza por la combinación de dos niveles de dinamismo: Reconfiguración Dinámica, que aborda los cambios a nivel de configuración (i.e. la configuración arquitectónica), y Evolución Dinámica de Tipos, que aborda los cambios a nivel de tipos (i.e. la especificación de tipos arquitectónicos e instancias). Esta combinación es una de las mayores contribuciones de esta tesis: así, un sistema no es solamente capaz de reconfigurar durante su ejecución los elementos constructivos que lo forman (i.e. los tipos arquitectónicos), sino también de redefinir dichos elementos constructivos (o introducir otros) durante su ejecución. Otra contribución de la tesis es la identificación de las funcionalidades relacionadas con la evolución dinámica y su integración a través de aspectos. Esto mejora la separación de funcionalidades y permite cambiar de forma independiente entre sí las especificaciones de reconfiguración, los mecanismos de evolución, o la lógica de negocio. Una tercera contribución es cómo este dinamismo se ha soportado: la reconfiguración a través de capacidades autonómicas, aportando así proactividad en función de estímulos internos y/o externos; y la evolución de tipos a través de la reflexión asíncrona, permitiendo así modificar la especificación de un tipo y la transformación de sus instancias en distintos tiempos (i.e. cuando éstas están listas para su evolución). Además, la semántica de la evolución asíncrona se ha formalizado a través de transformaciones de grafos, lo que ha permitido modelar de forma natural tanto la arquitectura de un sistema como su evolución asíncrona. Por último, el trabajo presentado en esta tesis se ha ilustrado a través de un caso de estudio del dominio robótico; un área que podría verse potencialmente beneficiada con los resultados de esta tesis. / Costa Soria, C. (2011). DYNAMIC EVOLUTION AND RECONFIGURATION OF SOFTWARE ARCHITECTURES THROUGH ASPECTS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11038 / Palancia

Tesis por compendio / [ES] Las aplicaciones científicas implican generalmente una carga computacional variable y no predecible a la que las instituciones deben hacer frente variando dinámicamente la asignación de recursos en función de las distintas necesidades computacionales. Las aplicaciones científicas pueden necesitar grandes requisitos. Por ejemplo, una gran cantidad de recursos computacionales para el procesado de numerosos trabajos independientes (High Throughput Computing o HTC) o recursos de alto rendimiento para la resolución de un problema individual (High Performance Computing o HPC). Los recursos computacionales necesarios en este tipo de aplicaciones suelen acarrear un coste muy alto que puede exceder la disponibilidad de los recursos de la institución o estos pueden no adaptarse correctamente a las necesidades de las aplicaciones científicas, especialmente en el caso de infraestructuras preparadas para la ejecución de aplicaciones de HPC. De hecho, es posible que las diferentes partes de una aplicación necesiten distintos tipos de recursos computacionales. Actualmente las plataformas de servicios en la nube se han convertido en una solución eficiente para satisfacer la demanda de las aplicaciones HTC, ya que proporcionan un abanico de recursos computacionales accesibles bajo demanda. Por esta razón, se ha producido un incremento en la cantidad de clouds híbridos, los cuales son una combinación de infraestructuras alojadas en servicios en la nube y en las propias instituciones (on-premise). Dado que las aplicaciones pueden ser procesadas en distintas infraestructuras, actualmente la portabilidad de las aplicaciones se ha convertido en un aspecto clave. Probablemente, las tecnologías de contenedores son la tecnología más popular para la entrega de aplicaciones gracias a que permiten reproducibilidad, trazabilidad, versionado, aislamiento y portabilidad. El objetivo de la tesis es proporcionar una arquitectura y una serie de servicios para proveer infraestructuras elásticas híbridas de procesamiento que puedan dar respuesta a las diferentes cargas de trabajo. Para ello, se ha considerado la utilización de elasticidad vertical y horizontal desarrollando una prueba de concepto para proporcionar elasticidad vertical y se ha diseñado una arquitectura cloud elástica de procesamiento de Análisis de Datos. Después, se ha trabajo en una arquitectura cloud de recursos heterogéneos de procesamiento de imágenes médicas que proporciona distintas colas de procesamiento para trabajos con diferentes requisitos. Esta arquitectura ha estado enmarcada en una colaboración con la empresa QUIBIM. En la última parte de la tesis, se ha evolucionado esta arquitectura para diseñar e implementar un cloud elástico, multi-site y multi-tenant para el procesamiento de imágenes médicas en el marco del proyecto europeo PRIMAGE. Esta arquitectura utiliza un almacenamiento distribuido integrando servicios externos para la autenticación y la autorización basados en OpenID Connect (OIDC). Para ello, se ha desarrollado la herramienta kube-authorizer que, de manera automatizada y a partir de la información obtenida en el proceso de autenticación, proporciona el control de acceso a los recursos de la infraestructura de procesamiento mediante la creación de las políticas y roles. Finalmente, se ha desarrollado otra herramienta, hpc-connector, que permite la integración de infraestructuras de procesamiento HPC en infraestructuras cloud sin necesitar realizar cambios en la infraestructura HPC ni en la arquitectura cloud. Cabe destacar que, durante la realización de esta tesis, se han utilizado distintas tecnologías de gestión de trabajos y de contenedores de código abierto, se han desarrollado herramientas y componentes de código abierto y se han implementado recetas para la configuración automatizada de las distintas arquitecturas diseñadas desde la perspectiva DevOps. / [CA] Les aplicacions científiques impliquen generalment una càrrega computacional variable i no predictible a què les institucions han de fer front variant dinàmicament l'assignació de recursos en funció de les diferents necessitats computacionals. Les aplicacions científiques poden necessitar grans requisits. Per exemple, una gran quantitat de recursos computacionals per al processament de nombrosos treballs independents (High Throughput Computing o HTC) o recursos d'alt rendiment per a la resolució d'un problema individual (High Performance Computing o HPC). Els recursos computacionals necessaris en aquest tipus d'aplicacions solen comportar un cost molt elevat que pot excedir la disponibilitat dels recursos de la institució o aquests poden no adaptar-se correctament a les necessitats de les aplicacions científiques, especialment en el cas d'infraestructures preparades per a l'avaluació d'aplicacions d'HPC. De fet, és possible que les diferents parts d'una aplicació necessiten diferents tipus de recursos computacionals. Actualment les plataformes de servicis al núvol han esdevingut una solució eficient per satisfer la demanda de les aplicacions HTC, ja que proporcionen un ventall de recursos computacionals accessibles a demanda. Per aquest motiu, s'ha produït un increment de la quantitat de clouds híbrids, els quals són una combinació d'infraestructures allotjades a servicis en el núvol i a les mateixes institucions (on-premise). Donat que les aplicacions poden ser processades en diferents infraestructures, actualment la portabilitat de les aplicacions s'ha convertit en un aspecte clau. Probablement, les tecnologies de contenidors són la tecnologia més popular per a l'entrega d'aplicacions gràcies al fet que permeten reproductibilitat, traçabilitat, versionat, aïllament i portabilitat. L'objectiu de la tesi és proporcionar una arquitectura i una sèrie de servicis per proveir infraestructures elàstiques híbrides de processament que puguen donar resposta a les diferents càrregues de treball. Per a això, s'ha considerat la utilització d'elasticitat vertical i horitzontal desenvolupant una prova de concepte per proporcionar elasticitat vertical i s'ha dissenyat una arquitectura cloud elàstica de processament d'Anàlisi de Dades. Després, s'ha treballat en una arquitectura cloud de recursos heterogenis de processament d'imatges mèdiques que proporciona distintes cues de processament per a treballs amb diferents requisits. Aquesta arquitectura ha estat emmarcada en una col·laboració amb l'empresa QUIBIM. En l'última part de la tesi, s'ha evolucionat aquesta arquitectura per dissenyar i implementar un cloud elàstic, multi-site i multi-tenant per al processament d'imatges mèdiques en el marc del projecte europeu PRIMAGE. Aquesta arquitectura utilitza un emmagatzemament integrant servicis externs per a l'autenticació i autorització basats en OpenID Connect (OIDC). Per a això, s'ha desenvolupat la ferramenta kube-authorizer que, de manera automatitzada i a partir de la informació obtinguda en el procés d'autenticació, proporciona el control d'accés als recursos de la infraestructura de processament mitjançant la creació de les polítiques i rols. Finalment, s'ha desenvolupat una altra ferramenta, hpc-connector, que permet la integració d'infraestructures de processament HPC en infraestructures cloud sense necessitat de realitzar canvis en la infraestructura HPC ni en l'arquitectura cloud. Es pot destacar que, durant la realització d'aquesta tesi, s'han utilitzat diferents tecnologies de gestió de treballs i de contenidors de codi obert, s'han desenvolupat ferramentes i components de codi obert, i s'han implementat receptes per a la configuració automatitzada de les distintes arquitectures dissenyades des de la perspectiva DevOps. / [EN] Scientific applications generally imply a variable and an unpredictable computational workload that institutions must address by dynamically adjusting the allocation of resources to their different computational needs. Scientific applications could require a high capacity, e.g. the concurrent usage of computational resources for processing several independent jobs (High Throughput Computing or HTC) or a high capability by means of using high-performance resources for solving complex problems (High Performance Computing or HPC). The computational resources required in this type of applications usually have a very high cost that may exceed the availability of the institution's resources or they are may not be successfully adapted to the scientific applications, especially in the case of infrastructures prepared for the execution of HPC applications. Indeed, it is possible that the different parts that compose an application require different type of computational resources. Nowadays, cloud service platforms have become an efficient solution to meet the need of HTC applications as they provide a wide range of computing resources accessible on demand. For this reason, the number of hybrid computational infrastructures has increased during the last years. The hybrid computation infrastructures are the combination of infrastructures hosted in cloud platforms and the computation resources hosted in the institutions, which are named on-premise infrastructures. As scientific applications can be processed on different infrastructures, the application delivery has become a key issue. Nowadays, containers are probably the most popular technology for application delivery as they ease reproducibility, traceability, versioning, isolation, and portability. The main objective of this thesis is to provide an architecture and a set of services to build up hybrid processing infrastructures that fit the need of different workloads. Hence, the thesis considered aspects such as elasticity and federation. The use of vertical and horizontal elasticity by developing a proof of concept to provide vertical elasticity on top of an elastic cloud architecture for data analytics. Afterwards, an elastic cloud architecture comprising heterogeneous computational resources has been implemented for medical imaging processing using multiple processing queues for jobs with different requirements. The development of this architecture has been framed in a collaboration with a company called QUIBIM. In the last part of the thesis, the previous work has been evolved to design and implement an elastic, multi-site and multi-tenant cloud architecture for medical image processing has been designed in the framework of a European project PRIMAGE. This architecture uses a storage integrating external services for the authentication and authorization based on OpenID Connect (OIDC). The tool kube-authorizer has been developed to provide access control to the resources of the processing infrastructure in an automatic way from the information obtained in the authentication process, by creating policies and roles. Finally, another tool, hpc-connector, has been developed to enable the integration of HPC processing infrastructures into cloud infrastructures without requiring modifications in both infrastructures, cloud and HPC. It should be noted that, during the realization of this thesis, different contributions to open source container and job management technologies have been performed by developing open source tools and components and configuration recipes for the automated configuration of the different architectures designed from the DevOps perspective. The results obtained support the feasibility of the vertical elasticity combined with the horizontal elasticity to implement QoS policies based on a deadline, as well as the feasibility of the federated authentication model to combine public and on-premise clouds. / López Huguet, S. (2021). Elastic, Interoperable and Container-based Cloud Infrastructures for High Performance Computing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172327 / TESIS / Compendio