Este trabalho analisa o impacto causado no desempenho de uma simulação distribuída quando técnicas de particionamento convencionais são empregadas. Essas técnicas não levam em conta informações inerentes ao estado da simulação. Pelo fato da execução de uma simulação também estar sujeita a sofrer interferências da plataforma, informações sobre a potência computacional de cada recurso utilizado e sobre o tipo de simulação, podem ser aplicadas em seu particionamento. Foram utilizadas informações estáticas, geradas através da avaliação da plataforma com benchmarks, e dinâmicas, obtidas através de índices de carga. Os resultados obtidos da utilização destas técnicas se mostram atrativos, principalmente quando o objetivo é a execução das simulações em ambientes que não disponibilizam políticas de escalonamento específicas e sim políticas convencionais. Nos estudos de casos avaliados, observaram-se ganhos satisfatórios, como a redução de até 24% do tempo de execução, um aumento de até 22% de eficiência e 79% menos rollbacks causados. Percebe-se que dependendo do tempo que se dispõe e dos objetivos pretendidos, as técnicas convencionais podem ser empregadas em simulações distribuídas. Este trabalho também contribui com o aperfeiçoamento das duas ferramentas utilizadas: WARPED e AMIGO. Uma interface de comunicação entre as duas ferramentas foi desenvolvida, ampliando assim seus campos de utilização. / This work analyses the impact caused on distributed simulation performance when conventional partitioning techniques are employed. These techniques do not take into account inherent information about the state of the simulation. Since a simulation execution is subject to platform interference, information about the type of simulations and about the computational power of resources may be applied to the partitioning process. Static performance information, generated from evaluating the platform with benchmarks has been employed, as well as dynamic load information provided by load indices. The results obtained with this approach are attractive, mainly when the objective is to execute simulations on environments which make conventional scheduling policies available, instead of specific policies. The evaluated case studies show satisfactory performance gains of up to 24% of reduction in execution time, 22% of improvement in efficiency and reduction of up to 79% in rollbacks. So, depending on the available time and the aimed objectives, it is worth using conventional techniques to assist distributed simulation partitioning. This work also contributes to the improvement of both tools used in it: Warped and AMIGO. A communication interface has been developed to integrate the tools, extending their capabilities.

O presente trabalho trata da simulação do escoamento interno dos dutos de distribuição de ar condicionado de aeronaves regionais, buscando compreender e analisar a influência da configuração dos orifícios de insuflamento de ar na distribuição de velocidade e pressão no interior dos dutos e através dos orifícios. Utiliza-se o ambiente computacional FLOWMASTER, para o desenvolvimento dos modelos e análises comparativas. Foram simuladas seis configurações distintas de orifícios de insuflamento e comparadas quanto ao balanceamento e perda de carga gerada no duto. Os resultados mostraram que as configurações com orifícios de diâmetros maiores e mais espaçados apresentam o melhor balanceamento, no entanto, também apresentam as maiores perda de carga. Desta forma é possível escolher um valor ótimo para o diâmetro dos orifícios de insuflamento estabelecendo um compromisso entre o balanceamento e a perda de carga no duto.

Na medida em que a manufatura enxuta ou Lean Manufacture é introduzida na indústria aeronáutica, processos originalmente concebidos no modelo em docas são transformados em linhas de fabricação ou montagem. Os processos dessa indústria têm características peculiares, sendo que a mais importante é o alto takt, ou seja, da ordem de dias. O objetivo deste trabalho é propor um método para rebalancear tais linhas de montagens, segundo um contexto industrial que impõe, ainda, um conjunto particular de premissas. O método proposto é chamado de MRL-ATT (Método de Rebalanceamento de Linha - Alto Tempo Takt) e pode ser entendido como um roteiro de atividades de um projeto. O método tem um enfoque abrangente do problema e foi desenvolvido a partir de diferentes teorias e ferramentas. Alguma delas originalmente criadas para as indústrias de baixo tempo takt (como a automobilística) tiveram de ser adaptadas para a indústria aeronáutica. O método foi aplicado em uma linha de montagem de um conjunto estrutural aeronáutico e obteve resultados superiores às metas pré-definidas.

Algoritmos de balanceamento de carga são utilizados em sistemas distribuídos para homogeneizar a ocupação dos recursos computacionais disponíveis. A homogeneidade na ocupação do ambiente permite otimizar a alocação de recursos e, conseqüentemente, aumentar o desempenho das aplicações. Com o advento dos sistemas distribuídos de alta escala, fazem-se necessárias pesquisas para a construção de algoritmos de balanceamento de carga que sejam capazes de gerir com eficiência esses sistemas. Essa eficiência é medida através do número de mensagens geradas no ambiente, do suporte a ambientes heterogêneos, do uso de políticas que consomem poucos recursos do sistema, da estabilidade em alta carga, da escalabilidade do sistema e dos baixos tempos de resposta. Com o objetivo de atender as necessidades dos sistemas distribuídos de alta escala, este doutorado propõe, apresenta e avalia um novo algoritmo de balanceamento de carga denominado TLBA (Tree Load Balancing Algorithm). Esse algoritmo organiza os computadores do sistema em uma topologia lógica na forma de árvore, sobre a qual são executadas operações de balanceamento de carga. Para validar o TLBA foi construído um simulador que, submetido a testes, permitiu comprovar suas contribuições, que incluem: o baixo número de mensagens geradas pelas operações de balanceamento de carga; a estabilidade em altas cargas; os baixos tempos médios de resposta de processos. Para validar os resultados de simulação, foi construído um protótipo do TLBA. Esse protótipo confirmou os resultados de simulação e, conseqüentemente, as contribuições do algoritmo. / Load balancing algorithms are applied in distributed systems to homogenize the occupation of the available computational resources. The homogeneity of the environment occupation allows optimising the resource allocation and consequently, increasing the application performance. With the advent of the large-scale distributed systems, it was necessary to start researching the construction of load balancing algorithms which are able to manage these systems with efficiency. This efficiency is measured through the number of messages generated on the environment; the support to heterogeneous environments and the load balance policies which should spend the minimal resources time; the stability in overloaded situations; the system scalability; and the processes average response times, that should be small. With the aim to achieve the large-scale distributed systems requirements, this Ph.D. proposes, presents and evaluates a new load balancing algorithm named TLBA (Tree Load Balancing Algorithm). This algorithm arranges the computers on a logical network topology with a tree format. The load balancing operations are executed over this tree. To evaluate the TLBA algorithm, a simulator was built that was submitted to tests that confirmed the following characteristics: the small number of messages generated by the load balancing operations; the stability in overloaded situations; the small average processes response times. To validate the simulation results a TLBA prototype was implemented. This prototype confirmed the simulation results and consequently the contributions of the proposed algorithm.

Submitted by Nara Lays Domingues Viana Oliveira (naradv) on 2015-07-16T15:53:35Z No. of bitstreams: 1 LUCAS.pdf: 1303250 bytes, checksum: 9f822df40e01702f7d665e6b6a631bf2 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-16T15:53:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUCAS.pdf: 1303250 bytes, checksum: 9f822df40e01702f7d665e6b6a631bf2 (MD5) Previous issue date: 2012 / Nenhuma / Migração de processos é um pertinente mecanismo para oferecer balanceamento dinâmico de carga, principalmente em ambientes dinâmicos e heterogêneos. Em especial, esse tópico é importante para aplicações BSP (Bulk Synchronous Parallel) uma vez que elas compreendem execuções em fases, onde o tempo de cada superetapa é determinado pelo processo mais lento. Nesse contexto, esse trabalho apresenta o sistema jMigBSP. Ele permite a escrita de aplicações BSP em Java e seu diferencial diz respeito às facilidades de reescalonamento de objetos em duas maneiras: (i) usando diretivas de migração no código da aplicação e; (ii) através do balanceamento de carga automático em nível de middleware. Além das abordagens de reescalonamento, jMigBSP facilita a interação entre os objetos através de métodos para comunicação assíncrona e one-sided. O desenvolvimento de jMigBSP foi guiado pelas ideias de eficiência e flexibilidade. Em primeiro lugar, a eficiência é marcada pela preocupação com o seu desempenho se comparado com linguagens compiladas, bem como no próprio algoritmo de reescalonamento. Além disso, a flexibilidade está presente no tratamento do reescalonamento automático de objetos. A avaliação de jMigBSP compreendeu o desenvolvimento e a execução de duas aplicações BSP em um ambiente multicluster: (i) transformada rápida de Fourier e; (ii) compressão de imagens. Duas heurísticas para a seleção dos objetos candidatos à migração foram aplicadas na avaliação. A primeira seleciona um objeto BSP com o maior valor de PM (Potencial de Migração). A segunda escolhe uma percentagem de objetos baseado no maior PM. Os resultados mostram que jMigBSP oferece a oportunidade de ganhos de desempenho sem alterações no código da aplicação. jMigBSP torna possível ganhos de desempenho na casa de 29%, bem como produz uma baixa sobrecarga quando comparado com uma biblioteca de código nativo. Além disso, uma sobrecarga média de 5,52% foi observada no algoritmo de reescalonamento. Em geral, os resultados obtidos mostram na prática a teoria da migração de processos, onde aplicações computacionalmente intensivas (CPU-bound) são mais beneficiadas com a transferência de entidades (processos, tarefas, objetos etc.) para processadores mais rápidos. Considerando que a seleção de uma percentagem de objetos para migração se mostrou uma heurística eficiente, trabalhos futuros compreendem o desenvolvimento de outras que selecionam uma coleção de objetos sem a necessidade de parâmetros particulares para o reescalonador. / Process migration is an useful mechanism for runtime load balancing, mainly in heterogeneous and dynamic environments. In particular, this technique is important for Bulk Synchronous Parallel (BSP) applications. This kind of application is based in rounds, or supersteps, where the time of each superstep is determined by the slowest process. In this context, this work presents the jMigBSP system. It was designed to act over BSP-based Java applications and its differential approach concerns the offering of the rescheduling facility in two ways: (i) by using migration directives in the application code directly and; (ii) through automatic load balancing at middleware level. In addition, the presented library makes the object interaction easier by providing one-sided asynchronous communication. The development of jMigBSP was guided by the following ideas: efficiency and flexibility. First of all, the efficiency topic involves the performance relation with compiled languages (native code), as well as the time spent in the rescheduling algorithm itself. Moreover, the flexibility is present in the treatment of automatic object rescheduling. The evaluation of jMigBSP comprised the development and execution of two BSP applications in a multicluster environment: (i) fast Fourier transform and; (ii) Fractal image compression. Two heuristics were used for selecting the candidate objects for migration in the evaluation. The first heuristic chooses the BSP object that presents the highest PM (Potential of Migration) value. The second heuristic selects a percentage of objects based on the highest PM value. The results showed that jMigBSP offers an opportunity to get performance in an effortless manner to the programmer since its does not need modifications in the application code. jMigBSP makes possible gains of performance up to 29% as well as produces a low overhead when compared with a C-based library. Furthermore, an average overhead of 5,52% was observed in the rescheduling algorithm. In general, the results demonstrate in practice the theory of process migration, where computationally intensive applications (CPU-bound) are most benefited by the entities transferring (processes, tasks or objects) to faster processors. Considering that the selection of a percentage of objects for migration showed an efficient heuristic, future work includes the development of new mechanisms that select a collection of objects without the need to setup particular parameters to the rescheduler.

O problema de empacotamento de itens irregulares com balanceamento da carga é encontrado no carregamento de aviões, caminhões e navios. O objetivo é empacotar itens irregulares utilizando o menor número de recipientes possível de forma que os recipientes estejam balanceados, que os itens não se sobreponham e estejam inteiramente contidos no recipiente. Neste trabalho, propomos três heurísticas bases com três variações cada para o problema com recipientes retangulares e irregulares. As heurísticas utilizam abordagens diferentes para representar os itens e para fazer o balanceamento. Uma das heurísticas utiliza malha para representação dos itens e faz o balanceamento dividindo o recipiente em quadrantes e revezando a alocação dos itens entre eles de forma que o balanceamento é feito de forma indireta. Tal heurística resolve o problema tanto para recipientes retangulares quanto irregulares. A segunda heurística utiliza a representação dos itens por polígonos e impossibilita a sobreposição de itens utilizando a técnica do nofit polygon. A heurística constrói a solução item por item, sem posições fixas e a cada item alocado, os itens são deslocados em direção ao centro de gravidade desejado do recipiente. Esta heurística resolve apenas problemas com recipientes retangulares. A última heurística é uma adaptação da heurística anterior para a resolução do problema com recipientes irregulares, de forma que o problema é resolvido em duas fases. Cada heurística base possui três variações cada, totalizando nove heurísticas. As heurísticas foram comparadas com outro trabalho da literatura e conseguiram melhorar os resultados para nove das dezenove instâncias testadas. / The irregular bin packing problem with load balancing is found in the loading of airplanes, trucks and ships. The aim is to use as few bins as possible to pack all the items so that all bins are balanced, items do not overlap and are fully contained in the bin. In this work, we propose three base heuristics with three variations each for the problem with rectangular and irregular bin. The three heuristics use different approaches to represent the items and to balance the bin. One of the heuristics uses a grid to represent the items and does the balancing by dividing the container into quadrants and alternating the allocation of items between them so that the balancing is done indirectly. Such heuristic solves the problem for both rectangular and irregular bins. The second heuristic uses the representation of items by polygons and uses the nofit polygon technique. The heuristic constructs the solution item by item, with no fixed positions and with each item allocated, the items are shifted towards the desired center of gravity of the bin. This heuristic only solves problems with rectangular bins. The last heuristic is an adaptation of the previous one to solve the problem with irregular bins, so that the problem is solved in two phases. Each base heuristic has three variations, totaling nine heuristics. The heuristics were compared with other work in the literature and managed to improve the results for nine of the nineteen instances tested.

É ponto passivo a importância dos sistemas distribuídos no desenvolvimento da computação de alto desempenho nas próximas décadas. No entanto, ainda muito se debate sobre políticas de gerenciamento adequadas para os recursos computacionais espacialmente dispersos disponíveis em tais sistemas. Políticas de balanceamento de carga procuram resolver o problema da ociosidade das maquinas(ou, por outro lado, da super-utilização) em um sistema distribuído. Não são raras situações nas quais somente algumas maquinas da rede estão sendo efetivamente utilizadas, enquanto que varias outras se encontram subutilizadas, ou mesmo completamente ociosas. Aberta a possibilidade de executarmos remotamente uma tarefa, com o intuito de reduzirmos o tempo de resposta da mesma, ainda falta decidirmos "como" fazê-lo. Das decisões envolvidas quanto a execução remota de tarefas tratam as políticas de balanceamento de carga. Tais políticas, muito embora a aparente simplicidade quanto as decisões de controle tomadas ou ao reduzido numero de parâmetros envolvidos, não possuem um comportamento fácil de se prever. Sob determinadas condições, tais políticas podem ser tomar excessivamente instáveis, tomando sucessivas decisões equivocadas e, como consequência, degradando de forma considerável o desempenho do sistema. Em tais casos, muitas das vezes, melhor seria não tê-las. Este trabalho apresenta um ambiente desenvolvido com o objetivo de auxiliar projetistas de sistema ou analistas de desempenho a construir, simular e compreender mais claramente o impacto causado pelas decisões de balanceamento no desempenho do sistema. / There is no doubts about the importance of distributed systems in the development of high performance computing in the next decades. However, there are so much debates about appropriated management policies to spatially scattered computing resources available in this systems. Load balancing policies intend to resolve the problem of underloaded machines (or, in other hand, overloaded machines) in a distributed system. Moments in which few machines are really being used, meanwhile several others are underused, or even idle, aren't rare. Allowed the remote execution of tasks in order to decrease the response time of theirs, it remains to decide 'how' to do it. Load balancing policies deal with making decisions about remote execution. Such policies, in spite of the supposed simplicity about their control decisions and related parameters, doesn't have a predictable behavior. In some cases, such policies can become excessively unstable, making successive wrong decisions and, as consequence, degrading the system performance. In such cases, it's better no policy at all. This work presents an environment developed whose purpose is to help system designers or performance analysts to build, to simulate and to understand the impact made by balancing decisions over the system performance.

Submitted by Lucio Flore Maciel (floremaciel@gmail.com) on 2017-02-15T08:26:10Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Lucio Flore Maciel APLICAÇÃO DA SIMULAÇÃO A EVENTOS DISCRETOS NO BALANCEAMENTO DE LINHA DE MONTAGEM.pdf: 1899747 bytes, checksum: ce39bd6323b1cd070d845c8ce1d9a680 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-02-21T17:37:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 maciel_lf_me_guara.pdf: 1899747 bytes, checksum: ce39bd6323b1cd070d845c8ce1d9a680 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-21T17:37:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 maciel_lf_me_guara.pdf: 1899747 bytes, checksum: ce39bd6323b1cd070d845c8ce1d9a680 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / O objetivo geral da pesquisa foi desenvolver um modelo de simulação a eventos discretos para ser aplicado ao balanceamento de uma linha de montagem de componentes numa empresa do setor automotivo, buscando aumentar a produtividade da linha e utilizando menores quantidades de insumos. Na situação estudada há muitos elementos com comportamento estocástico, que podem influenciar na produtividade da linha, além da diversidade de insumos que abastecem a montagem, o que torna o balanceamento da linha uma tarefa complexa e favorece o uso da Simulação como procedimento de solução. Na modelagem conceitual do problema estudado adotou-se o método IDEF-SIM e para a simulação foi utilizado o software ProModel®. Como resultados tem-se um modelo conceitual e implementado para uma linha de montagem que possibilitou informações interessantes sobre o problema, tais como: juntar funções de dois postos de trabalhos, eliminar excesso de movimentação e eliminar gargalos. / The overall objective of the research was to develop a simulation model discrete event to be applied to balancing an assembly line components in automotive company, seeking to increase line productivity and using lower amounts of inputs. In the situation studied for many elements with stochastic behavior, which may influence the productivity of the line beyond the range of products that supply assembly, which makes the balancing line a complex task and promotes the use of the simulation procedure as a solution. In conceptual modeling of the studied problem adopted the IDEF-SIM method and for the simulation we used the ProModel® software. As results has a conceptual model and implemented for an assembly line that has enabled interesting information about the problem, such as joining functions of two posts jobs, eliminate excess movement and eliminate bottlenecks.

Esta Dissertação de Mestrado propõe dois novos algoritmos para tornar mais eficiente o escalonamento on-line de tarefas com dependências estritas em agregados de computadores que usam como middleware para troca de mensagens alguma implementação da MPI (até a versão 2.1). Esses algoritmos foram projetados tendo-se em vista programas construídos no modelo de programação fork/join, onde a operação de fork é usada sobre uma chamada recursiva da função. São eles: 1. O algoritmo RatMD, implementado através de uma biblioteca de primitivas do tipo map-reduce, que funciona para qualquer implementação MPI, com qualquer versão da norma. Utilizado para minimizar o tempo de execução de uma computação paralela; e 2. O algoritmo RtMPD, implementado através de um sistema distribuído sobre daemons gerenciadores de processos criados dinamicamente com a implementação MPICH2 (que implementa a MPI-2). Utilizado para permitir execuções de instâncias maiores de programas paralelos dinâmicos. Ambos se baseiam em roubo de tarefas, que é a estratégia de balanceamento de carga mais difundida na literatura. Para ambos os algoritmos apresenta-se modelagem téorica de custos. Resultados experimentais obtidos ficam dentro dos limites teóricos calculados. RatMD provê uma redução no tempo de execução de até 80% em relação ao algoritmo usual (baseado em round-robin), com manutenção do speedup próximo ao linear e complexidade espacial idêntica à popular implementação com round-robin. RtMPD mantém, no mínimo, o mesmo desempenho que a implementação canônica do escalonamento em MPICH2, dobrando-se o limite físico de processos executados simultaneamente por cada nó. / This Master’s Dissertation proposes two new algorithms for improvement on on-line scheduling of dynamic-created tasks with strict dependencies on clusters of computers using MPI (up to version 2.1) as its middleware for message-passing communication. These algorithms were built targeting programs written on the fork-join model, where the fork operation is always called over an recursive function call. They are: 1. RatMD, implemented as a map-reduce library working for any MPI implementation, on whatever norm’s version. Used for performance gain; and 2. RtMPD, implemented as a distributed system over dynamic-generated processes manager daemons with MPICH2 implentation of MPI. Used for executing larger instances of dynamic parallel programs. Both algorithms are based on the (literature consolidated) work stealing technique and have formal guarantees on its execution time and load balancing. Experimental results are within theoretical bounds. RatMD shows an improvement on the performance up to 80% when paired with more usual algorithms (based on round-robin strategy). It also provides near-linear speedup and just about the same space-complexity on similar implementations. RtMPD keeps, at minimum, the very same performance of the canonical MPICH2 implementation, near doubling the physical limit of simultaneous program execution per cluster node.

Este trabalho apresenta o projeto e a implementação da política de escalonamento com suporte à migração de processos JUMP. A migração de processos é uma ferramenta importante que complementa a alocação inicial realizada pela política de escalonamento em um ambiente paralelo distribuído, permitindo um balanceamento de carga dinâmico e mais refinado, resultando em um melhor desempenho do ambiente e menor tempo de resposta das aplicações paralelas distribuídas. A nova política unifica a alocação inicial e migração de processos em um único algoritmo, de forma a compartilhar decisões para o objetivo comum de prover um melhor desempenho para aplicações de uso intensivo de processamento em clusters heterogêneos. A política é implementada sobre o ambiente de escalonamento flexível e dinâmico AMIGO, adaptado para o suporte à migração de processos. A avaliação de desempenho mostrou que a nova política oferece ganhos expressivos nos tempos de resposta quando comparada às outras duas políticas de escalonamento implementadas no AMIGO, em quase todos os cenários, para diversas aplicações e diversas situações de carga do ambiente / This work presents the project and implementation of the scheduling policy with process migration support JUMP. Process migration is an important tool that complements the initial placement performed by the scheduling policy in a distributed parallel environment, allowing for dynamic and more refined load balancing, resulting in better performance of the environment and shorter response time for distributed parallel applications. The new policy unifies initial placement and process migration in a single algorithm, enabling the sharing of decisions for the common goal of providing a better performance for CPU-bound applications in heterogeneous clusters. The policy is implemented over the dynamical and flexible environment AMIGO, adapted in order to support process migration. Performance evaluation showed that the new policy offers expressive gains in response times when compared to other two scheduling policies implemented in AMIGO in almost all scenarios, for different applications and different environment load situations