No description available.

This work presents an automatic cost-analysis system for an implicitly parallel skeletal programming language. Although deducing interesting dynamic characteristics of parallel programs (and in particular, run time) is well known to be an intractable problem in the general case, it can be alleviated by placing restrictions upon the programs which can be expressed. By combining two research threads, the “skeletal” and “shapely” paradigms which take this route, we produce a completely automated, computation and communication sensitive cost analysis system. This builds on earlier work in the area by quantifying communication as well as computation costs, with the former being derived for the Bulk Synchronous Parallel (BSP) model. We present details of our shapely skeletal language and its BSP implementation strategy together with an account of the analysis mechanism by which program behaviour information (such as shape and cost) is statically deduced. This information can be used at compile-time to optimise a BSP implementation and to analyse computation and communication costs. The analysis has been implemented in Haskell. We consider different algorithms expressed in our language for some example problems and illustrate each BSP implementation, contrasting the analysis of their efficiency by traditional, intuitive methods with that achieved by our cost calculator. The accuracy of cost predictions by our cost calculator against the run time of real parallel programs is tested experimentally. Previous shape-based cost analysis required all elements of a vector (our nestable bulk data structure) to have the same shape. We partially relax this strict requirement on data structure regularity by introducing new shape expressions in our analysis framework. We demonstrate that this allows us to achieve the first automated analysis of a complete derivation, the well known maximum segment sum algorithm of Skillicorn and Cai.

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.

No description available.

A presente tese trata o problema do reescalonamento de processos durante a execução da aplicação, oferecendo rebalanceamento dinâmico de carga entre os recursos disponíveis. Uma vez que os cenários da computação distribuída envolvem cada vez mais recursos e aplicações dinâmicas, a carga é uma medida variável e um mapeamento inicial processos-recursos pode não permanecer eficiente no decorrer do tempo. O estado dos recursos e da rede podem variar no decorrer da aplicação, bem como a quantidade de processamento e a interação entre os processos. Consequentemente, o remapeamento de processos para novos recursos é pertinente para aumentar o uso dos recursos e minimizar o tempo de execução da aplicação. Nesse contexto, essa tese de doutorado apresenta um modelo de reescalonamento chamado MigBSP, o qual controla a migração de processos de aplicações BSP (Bulk Synchronous Parallel). O modelo de aplicação BSP foi adotado visto que torna a programação paralela mais fácil e é muito comum nos cenários de desenvolvimento de aplicações científicas. Considerando o escopo de aplicações BSP, as novas idéias de MigBSP são em número de três: (i) combinação de três métricas - Memória, Computação e Comunicação - em uma outra escala com o intuito de medir o Potencial de Migração de cada processo BSP; (ii) emprego de um Padrão de Computação e outro Padrão de Comunicação para controlar a regularidade dos processos e; (iii) adatação eficiente na freqüência do lançamento do reescalonamento de processos. A infra-estrutura de máquina paralela considera sistemas distribuídos heterogêneos (diferentes velocidades de processador e de rede). Os processos podem passar mensagens entre si e a máquina paralela pode agregar redes locais e clusters. O modelo de reescalonamento provê um formalismo matemático para decidir as seguintes questões: (i) Quando lançar o reescalonamento dos processos; (ii) Quais processos são candidatos a migração e; (iii) Para onde os processos selecionados serão migrados. A técnica de simulação foi usada para validar MigBSP. Além do próprio MigBSP, três aplicações científicas foram foram desenvolvidas e executadas usando o simulador Simgrid. Os resultados mostraram que MigBSP oferece oportunidade de ganhar desempenho sem alterações no código fonte da aplicação. MigBSP torna possível ganhos de desempenho na casa de 20%, bem como produz uma baixa sobrecarga quando migrações são inviáveis. Sua sobrecarga média ficou abaixo de 8% do tempo de execução normal da aplicação. Essa taxa foi obtida desabilitando quaisquer migrações indicadas por MigBSP. Os resultados mostraram que a união das métricas consideradas é uma boa solução para o controle de migração de processos. Além disso, eles revelaram que as adaptações desenvolvidas na freqüência do reescalonamento são cruciais para tornar a execução de MigBSP viável, principalmente em ambientes desbalanceados. / This thesis treats the processes rescheduling problem during application runtime, offering dynamic load rebalancing among the available resources. Since most distributed computing scenarios involve more and more resources and dynamic applications, the load is a variable measure and an initial processes-processors deployment may not remain efficient with time. The resources and the network states can vary during application execution, as well as the amount of processing and the interactions among the processes. Consequently, the remapping of processes to new processors is pertinent to improve resource utilization and to minimize application execution time. In this context, this thesis presents a rescheduling model called MigBSP, which controls the processes migration of BSP (Bulk Synchronous Parallel) applications. BSP application model was adopted because it turns parallel programming easier and is very common in scientific applications development scenarios. Considering the scope of BSP applications, the novel ideas of MigBSP are threefold: (i) combination of three metrics - Memory, Computation and Communication - in a scalar one in order to measure the potential of migration of each BSP process; (ii) employment of both Computation and Communication Patterns to control processes’ regularity and; (iii) efficient adaptation regarding the periodicity to launch processes rescheduling. In our infrastructure, we are considering heterogeneous (different processor and network speed) distributed systems. The processes can pass messages among themselves and the parallel machine can gather local area networks and clusters. The proposed model provides a mathematical formalism to decide the following questions about load (BSP processes) balancing: (i) When to launch the processes rescheduling; (ii) Which processes will be candidates for migration and; (iii) Where to put the processes that will be migrated actually. We used the simulation technique to validate MigBSP. Besides MigBSP, three scientific application were developed and executed using Simgrid simulator. In general, the results showed that MigBSP offers an opportunity to get performance in an effortless manner to the programmer since its does not need modification on application code. MigBSP makes possible gains of performance up to 20% as well as produces a low overhead when migrations do not take place. Its mean overhead is lower than 8% of the normal application execution time. This rate was obtained disabling any processes migration indicated by MigBSP. The results show that the union of considered metrics is a good solution to control processes migration. Moreover, they revealed that the developed adaptations are crucial to turn MigBSP execution viable, mainly on unbalanced environments.

A presente tese trata o problema do reescalonamento de processos durante a execução da aplicação, oferecendo rebalanceamento dinâmico de carga entre os recursos disponíveis. Uma vez que os cenários da computação distribuída envolvem cada vez mais recursos e aplicações dinâmicas, a carga é uma medida variável e um mapeamento inicial processos-recursos pode não permanecer eficiente no decorrer do tempo. O estado dos recursos e da rede podem variar no decorrer da aplicação, bem como a quantidade de processamento e a interação entre os processos. Consequentemente, o remapeamento de processos para novos recursos é pertinente para aumentar o uso dos recursos e minimizar o tempo de execução da aplicação. Nesse contexto, essa tese de doutorado apresenta um modelo de reescalonamento chamado MigBSP, o qual controla a migração de processos de aplicações BSP (Bulk Synchronous Parallel). O modelo de aplicação BSP foi adotado visto que torna a programação paralela mais fácil e é muito comum nos cenários de desenvolvimento de aplicações científicas. Considerando o escopo de aplicações BSP, as novas idéias de MigBSP são em número de três: (i) combinação de três métricas - Memória, Computação e Comunicação - em uma outra escala com o intuito de medir o Potencial de Migração de cada processo BSP; (ii) emprego de um Padrão de Computação e outro Padrão de Comunicação para controlar a regularidade dos processos e; (iii) adatação eficiente na freqüência do lançamento do reescalonamento de processos. A infra-estrutura de máquina paralela considera sistemas distribuídos heterogêneos (diferentes velocidades de processador e de rede). Os processos podem passar mensagens entre si e a máquina paralela pode agregar redes locais e clusters. O modelo de reescalonamento provê um formalismo matemático para decidir as seguintes questões: (i) Quando lançar o reescalonamento dos processos; (ii) Quais processos são candidatos a migração e; (iii) Para onde os processos selecionados serão migrados. A técnica de simulação foi usada para validar MigBSP. Além do próprio MigBSP, três aplicações científicas foram foram desenvolvidas e executadas usando o simulador Simgrid. Os resultados mostraram que MigBSP oferece oportunidade de ganhar desempenho sem alterações no código fonte da aplicação. MigBSP torna possível ganhos de desempenho na casa de 20%, bem como produz uma baixa sobrecarga quando migrações são inviáveis. Sua sobrecarga média ficou abaixo de 8% do tempo de execução normal da aplicação. Essa taxa foi obtida desabilitando quaisquer migrações indicadas por MigBSP. Os resultados mostraram que a união das métricas consideradas é uma boa solução para o controle de migração de processos. Além disso, eles revelaram que as adaptações desenvolvidas na freqüência do reescalonamento são cruciais para tornar a execução de MigBSP viável, principalmente em ambientes desbalanceados. / This thesis treats the processes rescheduling problem during application runtime, offering dynamic load rebalancing among the available resources. Since most distributed computing scenarios involve more and more resources and dynamic applications, the load is a variable measure and an initial processes-processors deployment may not remain efficient with time. The resources and the network states can vary during application execution, as well as the amount of processing and the interactions among the processes. Consequently, the remapping of processes to new processors is pertinent to improve resource utilization and to minimize application execution time. In this context, this thesis presents a rescheduling model called MigBSP, which controls the processes migration of BSP (Bulk Synchronous Parallel) applications. BSP application model was adopted because it turns parallel programming easier and is very common in scientific applications development scenarios. Considering the scope of BSP applications, the novel ideas of MigBSP are threefold: (i) combination of three metrics - Memory, Computation and Communication - in a scalar one in order to measure the potential of migration of each BSP process; (ii) employment of both Computation and Communication Patterns to control processes’ regularity and; (iii) efficient adaptation regarding the periodicity to launch processes rescheduling. In our infrastructure, we are considering heterogeneous (different processor and network speed) distributed systems. The processes can pass messages among themselves and the parallel machine can gather local area networks and clusters. The proposed model provides a mathematical formalism to decide the following questions about load (BSP processes) balancing: (i) When to launch the processes rescheduling; (ii) Which processes will be candidates for migration and; (iii) Where to put the processes that will be migrated actually. We used the simulation technique to validate MigBSP. Besides MigBSP, three scientific application were developed and executed using Simgrid simulator. In general, the results showed that MigBSP offers an opportunity to get performance in an effortless manner to the programmer since its does not need modification on application code. MigBSP makes possible gains of performance up to 20% as well as produces a low overhead when migrations do not take place. Its mean overhead is lower than 8% of the normal application execution time. This rate was obtained disabling any processes migration indicated by MigBSP. The results show that the union of considered metrics is a good solution to control processes migration. Moreover, they revealed that the developed adaptations are crucial to turn MigBSP execution viable, mainly on unbalanced environments.

Graph algorithms are ubiquitously used across domains. They exhibit parallelism, which can be exploited on parallel architectures, such as multi-core processors and accelerators. However, real world graphs are massive in size and cannot fit into the memory of a single machine. Such large graphs are partitioned and processed in a distributed cluster environment which consists of multiple GPUs and CPUs. Existing frameworks that facilitate large scale graph processing in the distributed cluster have their own style of programming and require extensive involvement by the user in communication and synchronization aspects. Adaptation of these frameworks appears to be an overhead for a programmer. Furthermore, these frameworks have been developed to target only CPU clusters and lack the ability to harness the GPU architecture. We provide a back-end framework to the graph Domain Specific Language, Falcon, for large scale graph processing on CPU and GPU clusters. The Motivation behind choosing this DSL as a front-end is its shared-memory based imperative programmability feature. Our framework generates Giraph code for CPU clusters. Giraph code runs on the Hadoop cluster and is known for scalable and fault-tolerant graph processing. For GPU cluster, Our framework applies a set of optimizations to reduce computation and communication latency, and generates efficient CUDA code coupled with MPI. Experimental evaluations show the scalability and performance of our framework for both CPU and GPU clusters. The performance of the framework generated code is comparable to the manual implementations of various algorithms in distributed environments.

A presente tese trata o problema do reescalonamento de processos durante a execução da aplicação, oferecendo rebalanceamento dinâmico de carga entre os recursos disponíveis. Uma vez que os cenários da computação distribuída envolvem cada vez mais recursos e aplicações dinâmicas, a carga é uma medida variável e um mapeamento inicial processos-recursos pode não permanecer eficiente no decorrer do tempo. O estado dos recursos e da rede podem variar no decorrer da aplicação, bem como a quantidade de processamento e a interação entre os processos. Consequentemente, o remapeamento de processos para novos recursos é pertinente para aumentar o uso dos recursos e minimizar o tempo de execução da aplicação. Nesse contexto, essa tese de doutorado apresenta um modelo de reescalonamento chamado MigBSP, o qual controla a migração de processos de aplicações BSP (Bulk Synchronous Parallel). O modelo de aplicação BSP foi adotado visto que torna a programação paralela mais fácil e é muito comum nos cenários de desenvolvimento de aplicações científicas. Considerando o escopo de aplicações BSP, as novas idéias de MigBSP são em número de três: (i) combinação de três métricas - Memória, Computação e Comunicação - em uma outra escala com o intuito de medir o Potencial de Migração de cada processo BSP; (ii) emprego de um Padrão de Computação e outro Padrão de Comunicação para controlar a regularidade dos processos e; (iii) adatação eficiente na freqüência do lançamento do reescalonamento de processos. A infra-estrutura de máquina paralela considera sistemas distribuídos heterogêneos (diferentes velocidades de processador e de rede). Os processos podem passar mensagens entre si e a máquina paralela pode agregar redes locais e clusters. O modelo de reescalonamento provê um formalismo matemático para decidir as seguintes questões: (i) Quando lançar o reescalonamento dos processos; (ii) Quais processos são candidatos a migração e; (iii) Para onde os processos selecionados serão migrados. A técnica de simulação foi usada para validar MigBSP. Além do próprio MigBSP, três aplicações científicas foram foram desenvolvidas e executadas usando o simulador Simgrid. Os resultados mostraram que MigBSP oferece oportunidade de ganhar desempenho sem alterações no código fonte da aplicação. MigBSP torna possível ganhos de desempenho na casa de 20%, bem como produz uma baixa sobrecarga quando migrações são inviáveis. Sua sobrecarga média ficou abaixo de 8% do tempo de execução normal da aplicação. Essa taxa foi obtida desabilitando quaisquer migrações indicadas por MigBSP. Os resultados mostraram que a união das métricas consideradas é uma boa solução para o controle de migração de processos. Além disso, eles revelaram que as adaptações desenvolvidas na freqüência do reescalonamento são cruciais para tornar a execução de MigBSP viável, principalmente em ambientes desbalanceados. / This thesis treats the processes rescheduling problem during application runtime, offering dynamic load rebalancing among the available resources. Since most distributed computing scenarios involve more and more resources and dynamic applications, the load is a variable measure and an initial processes-processors deployment may not remain efficient with time. The resources and the network states can vary during application execution, as well as the amount of processing and the interactions among the processes. Consequently, the remapping of processes to new processors is pertinent to improve resource utilization and to minimize application execution time. In this context, this thesis presents a rescheduling model called MigBSP, which controls the processes migration of BSP (Bulk Synchronous Parallel) applications. BSP application model was adopted because it turns parallel programming easier and is very common in scientific applications development scenarios. Considering the scope of BSP applications, the novel ideas of MigBSP are threefold: (i) combination of three metrics - Memory, Computation and Communication - in a scalar one in order to measure the potential of migration of each BSP process; (ii) employment of both Computation and Communication Patterns to control processes’ regularity and; (iii) efficient adaptation regarding the periodicity to launch processes rescheduling. In our infrastructure, we are considering heterogeneous (different processor and network speed) distributed systems. The processes can pass messages among themselves and the parallel machine can gather local area networks and clusters. The proposed model provides a mathematical formalism to decide the following questions about load (BSP processes) balancing: (i) When to launch the processes rescheduling; (ii) Which processes will be candidates for migration and; (iii) Where to put the processes that will be migrated actually. We used the simulation technique to validate MigBSP. Besides MigBSP, three scientific application were developed and executed using Simgrid simulator. In general, the results showed that MigBSP offers an opportunity to get performance in an effortless manner to the programmer since its does not need modification on application code. MigBSP makes possible gains of performance up to 20% as well as produces a low overhead when migrations do not take place. Its mean overhead is lower than 8% of the normal application execution time. This rate was obtained disabling any processes migration indicated by MigBSP. The results show that the union of considered metrics is a good solution to control processes migration. Moreover, they revealed that the developed adaptations are crucial to turn MigBSP execution viable, mainly on unbalanced environments.

Submitted by Fabricia Fialho Reginato (fabriciar) on 2015-07-08T01:19:32Z No. of bitstreams: 1 VladimirGuerreiro.pdf: 5547701 bytes, checksum: b807e1f8091b49a5ee1e0b36e2ae4286 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-08T01:19:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VladimirGuerreiro.pdf: 5547701 bytes, checksum: b807e1f8091b49a5ee1e0b36e2ae4286 (MD5) Previous issue date: 2014 / Nenhuma / Em ambientes paralelos, uma das alternativas para tratar o dinamismo, tanto em nível de infraestrutura quanto de aplicação é o uso de migração, principalmente em aplicações que executam em fases utilizando BSP (Bulk Synchronous Parallel). Neste contexto, o modelo de reescalonamento MigBSP foi desenvolvido para tratar da realocação de processos em aplica- ções paralelas. Assim como o modelo BSP, ele considera as três fases de execução de uma superetapa: (i) computação local, (ii) comunicação global e (iii) uma barreira de sincroniza- ção; coletando dados localmente durante a computação para efetuar o cálculo do Potencial de Migração (PM) do processo. Com o PM e parâmetros adicionais fornecidos no inicio da execução da aplicação, o MigBSP tem condições de escolher processos candidatos a migração em uma aplicação paralela executando em um ambiente distribuído. Entretanto, as duas heurísticas possíveis de serem utilizadas hoje, dependem de informações fornecidas pelo usuário e/ou podem não selecionar uma quantidade eficiente de processos no momento do reescalonamento, podendo ser necessário várias chamadas para balancear o ambiente. Desta forma, esta disserta- ção apresenta duas novas heurísticas, MigCube e MigHull. Elas utilizam o MigBSP e efetuam a seleção automática de processos candidatos à migração sem a interferência do programador. As informações fornecidas pelo MigBSP são utilizadas nas heurísticas, a combinação das três métricas mensurados, posicionadas em um plano tridimensional, define cada processo como um ponto no espaço que possui as coordenadas x, y e z, onde cada eixo representa uma mé- trica para tomada de decisão. A heurística MigCube monta um cubo a partir das médias das distâncias entre os pontos, utilizando o processo com o maior PM como centro do cubo. A heurística MigHull segue a definição da Envoltória Convexa, tentando envolver todos os pontos, porém utilizando duas adaptações que se fazem necessárias para a aplicação neste trabalho. O MigBSP foi desenvolvido no simulador SimGrid, e este segue sendo utilizado para a criação das duas heurísticas apresentadas nesta dissertação. Nos testes realizados neste simulador, foi possível verificar um ganho de até 45% no tempo de execução da aplicação utilizando a heurística MigHull, e até 42% utilizando a MigCube, quando comparado a aplicação sem o modelo de migração. Porém, em simulações com um maior número de processos, este ganho tende a cair, já que um dos maiores problemas do BSP e aplicações que executam em grades é o tempo de sincronização de tarefas, ou seja, quanto mais processos, maior a necessidade de sincronização, e mesmo o balanceamento dos processos acaba tendo um resultado prejudicado. / In a parallel environment, one of the alternatives to address the dynamism, both at the infrastructure and application levels, is the use of migration, mostly with applications that execute in steps using BSP (Bulk Synchronous Parallel). In this context, the rescheduling model MigBSP was developed to deal with processes reallocation in parallel applications. As BSP model, MigBSP uses the three steps of a superstep: (i) computation, (ii) communication and (iii) a synchronization barrier; collecting local data during the computation step, to compute the processes’ Potential of Migration (PM). With the PM and additional parameters provided in the beginning of the application’s execution, MigBSP have conditions to choose the processes candidate to migrate in a parallel application running in a distributed system. However, the two heuristics possible to be used today depend of information provided by the user and/or may not select the proper quantity of processes in the rescheduling moment, being necessary many executions to balance the environment. This way, this dissertation present two new heuristics, MigCube and MigHull. They make use of MigBSP, and automatically will choose the processes to migrate without user interference. The information provided by MigBSP are used in the heuristics, the combination of the three measured metrics, positioned in a three-dimensional space, defines each process as a point in space and has the coordinates x, y e z, where each axis represents a metric for decision making. The MigCube heuristic build a cube from the average of the distances between points, using the process with the highest PM as the center of the cube. The MigHull follows the definition of a Convex Hull, trying to involve all points, but using two adaptations that are necessary to implement this work. The MigBSP was developed using SimGrid simulator, and it keeps being used to creation of the two heuristics presented in this dissertation. In the conducted tests in this simulator, was possible to achieve a gain of until 45% on application execution time using MigHull, and until 42% using MigCube, when compared with the application without the migration model. However, simulations with a bigger number of processes, this gain tends to fall, since one of the bigger problems of BSP and applications that run in grid is the time of tasks synchronization, that is, as more processes, more need of synchronization, and even the processes balancing ends up having an impaired outcome.

Submitted by Nara Lays Domingues Viana Oliveira (naradv) on 2015-07-15T14:37:25Z No. of bitstreams: 1 ROBERTO.pdf: 6262020 bytes, checksum: 76c7611d1d91674b302b17af7b02b0e4 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-15T14:37:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ROBERTO.pdf: 6262020 bytes, checksum: 76c7611d1d91674b302b17af7b02b0e4 (MD5) Previous issue date: 2014 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A migração de processos é uma técnica utilizada no remapeamento de um processo para um processador mais rápido ou para aproximá-lo de outros processos com os quais se comunica frequentemente. Esta dissertação descreve o MigBSP++, um modelo de reescalonamento de processos que utiliza a técnica de migração para realizar o balanceamento de carga em sistemas paralelos. Direcionado às aplicações do tipo Bulk-Synchronous Parallel (BSP), o modelo apresentado redistribui os processos com o intuito de reduzir o tempo de cada super-passo. De modo similar ao MigBSP, o MigBSP++ combina múltiplas métricas a fim de decidir as migrações necessárias para que o sistema entre em equilíbrio sem a intervenção do usuário. As métricas utilizadas são: computação, comunicação e sobrecusto de migração. Através de sua função de decisão, chamada Potencial de Migração (PM), essas métricas são utilizadas para eleger os processos mais propícios a trazer o equilíbrio ao sistema. O MigBSP++ responde as questões necessárias para a política de migração de processos: quando realizar a migração de processos; quais processos são candidatos à migração e; para onde migrar os processos selecionados. Como contribuição científica, o MigBSP++ introduz as soluções para duas questões que estão em aberto no MigBSP: (a) a detecção de desbalanceamento de carga quando há mais processos do que processadores e; (b) a definição de quantos processos irão migrar de fato. Para a questão (a), propõe-se alteração do modo de detecção de desbalanceamento utilizada, observando o tempo total de computação de cada processador. Para a questão (b) é apresentado um algoritmo chamado de Algoritmo de Predição BSP (APBSP). Os dados de entrada do APBSP são os processos eleitos pela técnica de PM e a saída é uma lista de processos que irão, de fato, migrar proporcionando a redução do tempo do próximo super-passo. Para demonstrar os resultados da aplicação deste modelo, foram desenvolvidas duas aplicações BSP com o auxílio da biblioteca Adaptive Message Passing Interface (AMPI). Essa ferramenta oferece um arcabouço uniforme que, através da migração de processos, permite o balanceamento de carga de forma transparente ao usuário. Foram desenvolvidas as estratégias de balanceamento de carga, baseadas no MigBSP e no MigBSP++, para a realização da comparação entre elas e com as estratégias já existentes no sistema. Os resultados apontam que, nos casos onde a granularidade da tarefa é maior, os ganhos em tempo de execução são mais evidentes, podendo ser de até 46% em relação à aplicação sem balanceamento e de até 37% em relação às estratégias nativas do AMPI. Esses números sugerem que o modelo MigBSP++ tem aplicação prática e pode produzir resultados satisfatórios. / Process migration is a technique used in the remapping of a process to a faster processor or in the approaching from the processes which already have some communication among themselves. This essay describes the MigBSP++, a rescheduling process model that uses the technique of migration to perform load balancing in parallel systems. Directed to the BulkSynchronous Parallel (BSP) applications, the model redistributes the processes with the purpose of reducing the time of each super-step. Similar to MigBSP way, MigBSP++ combines multiple metrics to decide which migrations should be chosen in order to balance the entire system without the user intervention. The metrics used by the model are: computing, communication and extra costs of migration. Through its decision function, called Potential Migration (PM), these metrics are used to choose the most appropriate processes that will balance the system. MigBSP++ answers the questions about the policy process migration issues: when to perform the migration process, which processes are candidates for migration and where to migrate the selected processes. As scientific contribution, MigBSP++ introduces the solutions to two issues that were missing at MigBSP: (a) the detection of imbalance load when there are more processes than processors, and (b) the definition of how many processes will migrate indeed. On the question (a), a change of the mode of detection of imbalance is proposed, noting the total computation time for each processor. On the second question (b) an algorithm called the Prediction Algorithm BSP (PABSP) is presented. The input data of PABSP are elected process by the PM technique and the output is a list of processes that will, indeed, migrate providing a time reduction of the next super-step. To demonstrate the results of applying this model, two BSP applications have been developed with the assistance of Adaptive Message Passing Interface (AMPI) library. This tool provides a uniform framework that, through the migration process, allows a transparent load balancing to the user. Based on MigBSP and MigBSP++, load balancing strategies have been developed for the performance and comparison among new strategies and among the ones which were already in the system.The results indicate that, in cases where the granularity of the task, the gains in runtime are more evident, reaching up to 46% compared to the application without balancing, and 37% when compared to native strategies AMPI. These numbers suggest that the model MigBSP++ has practical application and can produce satisfactory results.