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Future integrated systems will contain billions of transistors, composing tens to hundreds of IP cores. Modern computing platforms take advantage of this manufacturing technology advancement and are moving from Multi-Processor Systems-on-Chip (MPSoC) towards Many-Core architectures employing high numbers of processing cores. These hardware changes are also driven by application changes. The main characteristic of modern applications is the increased parallelism and the need for data storage and transfer. Resource management is a key technology for the successful use of such many-core platforms. The thread to core mapping can deal with the run-time dynamics of applications and platforms. Thus, the efficient resource management enables the efficient usage of the platform resources. maximizing platform utilization, minimizing interconnection network communication load and energy budget. In this thesis, we present a performance-aware resource management scheme for many- core architectures. Particular, the developed framework takes as input parallel applications and performs an application profiling. Based on that profile information, a thread to core mapping algorithm finds (i) the appropriate number of threads that this application will have in order to maximize the utilization of the system and (ii) the best mapping for maximizing the performance of the application under the selected number of threads. In order to validate the proposed algorithm, we used and extended the Sniper, state-of-art, many-core simulator. Last, we developed a discrete event simulator, on top of Sniper simulator, in order to test and validate multiple scenarios faster. The results show that the the proposed methodology, achieves on average a gain of 23% compared to a performance oriented mapping presented and each application completes its workload 18% faster on average.

The technology push by Moore's law brings a paradigm shift in the adaption of many core systems which replace high frequency superscalar processors with many simpler ones. On the software side, in order to utilize the available computational power, applications are following the high performance parallel/multi-threading model. Thus, many-core systems raise the challenges of resource allocation and fragmentation making necessary ecient run-time resource management techniques. In this thesis, we propose SPA, a Simple Pool Architecture for managing resource allocation in many-core systems. The proposed framework follows a distributed approach in which cores are organized into clusters and multiple clusters form a pool. Clusters are created based on system's characteristics and the allocation of cores is performed in a distributed manner so as to increase resource utilization and reduce fragmentation. Specifically, SPA is responsible (i) to generate the pool-based structure and organize cores into clusters depending on the NoC architecture; (ii) to serve, at run-time, the needs of multithreaded applications, in terms or processing cores; and (iii) to allocate resources in order to take advantage of spatial features, shared resources and reduce fragmentation. Experimental results show that SPA produces on average 15% better application response time while waiting time is reduced by 45% on average compared to other state-of-art methodologies.

L’évolution technologique ainsi que l’augmentation incessante de la puissance de calcul requise par les applications font des architectures ”many-core” la nouvelle tendance dans la conception des processeurs. Ces architectures sont composées d’un grand nombre de ressources de calcul (des centaines ou davantage) ce qui offre du parallélisme massif et un niveau de performance très élevé. En effet, les architectures many-core permettent d’exécuter en parallèle un grand nombre d’applications, venant d’origines diverses et de niveaux de sensibilité et de confiance différents, tout en partageant des ressources physiques telles que des ressources de calcul, de mémoire et de communication. Cependant, ce partage de ressources introduit également des vulnérabilités importantes en termes de sécurité. En particulier, les applications sensibles partageant des mémoires cache avec d’autres applications, potentiellement malveillantes, sont vulnérables à des attaques logiques de type canaux cachés basées sur le cache. Ces attaques, permettent à des applications non privilégiées d’accéder à des informations secrètes sensibles appartenant à d’autres applications et cela malgré des méthodes de partitionnement existantes telles que la protection de la mémoire et la virtualisation. Alors que d’importants efforts ont été faits afin de développer des contremesures à ces attaques sur des architectures multicoeurs, ces solutions n’ont pas été originellement conçues pour des architectures many-core récemment apparues et nécessitent d’être évaluées et/ou revisitées afin d’être applicables et efficaces pour ces nouvelles technologies. Dans ce travail de thèse, nous proposons d’étendre les services du système d’exploitation avec des mécanismes de déploiement d’applications et d’allocation de ressources afin de protéger les applications s’exécutant sur des architectures many-core contre les attaques logiques basées sur le cache. Plusieurs stratégies de déploiement sont proposées et comparées à travers différents indicateurs de performance. Ces contributions ont été implémentées et évaluées par prototypage virtuel basé sur SystemC et sur la technologie ”Open Virtual Platforms” (OVP). / The technological evolution and the always increasing application performance demand have made of many-core architectures the necessary new trend in processor design. These architectures are composed of a large number of processing resources (hundreds or more) providing massive parallelism and high performance. Indeed, many-core architectures allow a wide number of applications coming from different sources, with a different level of sensitivity and trust, to be executed in parallel sharing physical resources such as computation, memory and communication infrastructure. However, this resource sharing introduces important security vulnerabilities. In particular, sensitive applications sharing cache memory with potentially malicious applications are vulnerable to logical cache-based side-channel attacks. These attacks allow an unprivileged application to access sensitive information manipulated by other applications despite partitioning methods such as memory protection and virtualization. While a lot of efforts on countering these attacks on multi-core architectures have been done, these have not been designed for recently emerged many-core architectures and require to be evaluated, and/or revisited in order to be practical for these new technologies. In this thesis work, we propose to enhance the operating system services with security-aware application deployment and resource allocation mechanisms in order to protect sensitive applications against cached-based attacks. Different application deployment strategies allowing spatial isolation are proposed and compared in terms of several performance indicators. Our proposal is evaluated through virtual prototyping based on SystemC and Open Virtual Platforms(OVP) technology.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:57:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo3206_1.pdf: 2192848 bytes, checksum: a287d32550b087e7e9d0890e71b7c07b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Faculdade de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / RESUMO O constante crescimento da quantidade de dados armazenados em computadores trouxe a necessidade de assegurar a integridade e a confiabilidade dessas informa¸c oes. Dessa forma, princ´ıpios como os do Write-Once Read-Many (WORM) podem ser aplicados para reduzir o risco associado _ à perda de informações involuntariamente. Este trabalho apresenta um sistema de arquivos WORM, o WFS, implementado a partir da infraestrutura FUSE. Este sistema fornece os recursos fundamentais WORM, por exemplo, não permitindo que os arquivos e diret´orios sejam renomeados ou removidos ou que haja a utilização de comandos de superusuário. O WFS possui o foco em usuários domésticos, que precisam armazenar dados como e-mails, fotos, músicas, sem um alto investimento financeiro. Como principais requisitos do sistema desenvolvido, podemos citar: ser código-livre; atender a usuários sem privilégios de administração; ser instalado e configurado facilmente; apresentar desempenho satisfatório; possibilitar uma forma alternativa de modifica ção e de remoção; permitir o gerenciamento dos dados de forma simples. Por fim, uma avaliação de desempenho foi realizada com o objetivo de reduzir a perda de desempenho em relação ao Ext3. Para tal, técnicas de experimento fatorial 2k foram utilizadas. Ficou constatado que, para a carga de teste utilizada, o WFS introduziu uma perda de desempenho inferior a 12% quando comparado ao Ext3 não-WORM

A interação intermolecular nos clusters N2 C5H5, He CsHs e Ne C5H5 é estudada através de métodos ab initio de teoria de perturbação de muitos corpos. Estes sistemas formam uma interessante família onde as diferentes contribuições intermoleculares desempenham papéis complementares para a compreensão das forças intermoleculares envolvidas. De um modo geral, nestes sistemas neutros e apelares as interações de carga e dipolo são inexistentes. Assim, as contribuições eletrostáticas advém de multipolos superiores. Tais clusters devem sua ligação às chamadas forças de van der Waals que tem sua origem nos momentos induzidos. Para o sistema N2 C5H5, único destes que foi observado experimentalmente, sua existência se deve à força de dispersão de London. Entretanto, a interação eletrostática do tipo quadrupolo-quadrupolo pode ser atrativa ou repulsiva dependendo da orientação dos monômeros. Cálculos realizados em teoria de perturbação de segunda ordem, com funções base extensas, indicam que o sistema é ligado com energia de ligação de cerca de 400 cm-1 e que a estrutura mais estável consiste do N2 paralelo ao plano do C5H5 a 3,4 Á, em concordância com os resultados inferidos por estudos experimentais. No caso dos complexos He C5H5 e Ne C5H5 tem-se a ausência da interação quadrupolar. As forças de indução envolvendo momentos multipolares permanentes do CsHs com momentos induzidos do He ou Ne são muito pequenas. As interações são portanto dominadas pelas forças de dispersão de London. No caso He C5H5 nossos resultados obtidos por teoria de perturbação de segunda ordem indicam que o complexo não é ligado ou é ligado por uma energia inferior a 50 cm-1. Já no caso Ne CsHs a interação é suficiente para criar um complexo estável. Nossa melhor estimativa indica uma energia de ligação de cerca de 100 cm-1 Estes resultados podem ser entendidos qualitativamente através da análise das polarizabilidades de dipolo calculadas para estes sistemas. As análises das possíveis geometrias do C5H5 (C2v ou D5h) e das funções base utilizadas são feitas. No caso do C5H5 isolado, cálculos realizados em alto nível de teoria de perturbação mostram que o estado fundamental tem simetria 2 B2 (C2v) decorrente da distorção Jahn¬Teller do estado 2 E(D5h) A diferença de energia é encontrada ser da ordem de 0,2 eV. / The intermolecular interaction betwen N2 C5H5 , He C5H5 and Ne C5H5 is analyzed using second-order many-body perturbation theory. For these systems the interaction is dominated by the van der Waals contribution of the London dispersion force. For N2 C5H5 it is found that the system is stable by rv400 cm-1 at an intermolecular distance of 3,4 A. Analysis of the electrostatic quadrupole-quadrupole interaction shows that the system is stabilized when N2 lies parallel to the C5H5 plane and is destabilized when N2 lies perpendicular to the C5H5 plane. Therefore, although the dispersion force is the major contributor to the stabilization it is the quadrupole-quadrupole interaction that is held responsible for the favourable structure. In the case of both He C5H5 and Ne C5H5 there is no direct electrostatic interaction as the permanent moments of He and Ne are zero. For the He C5 H5 it is found a very small binding energy, if any. As for the Ne C5H5 we find a binding energy of around 100 cm-1. This different behavior for He and Ne is analyzed using the calculated values for the dipole polarizabilities. The influence of the different geometries for C5H5 (C 2v or D5h) as well as the so-called basis set superposition error are analyzed. For isolated C5H5 high-order calculations show that the 2B2 ground state for symmetry C2v lies around 0,2 eV below the 2E ground state for symmetry D5h. This energy lowering comes from the expected Jahn-Teller distortion.

Neste trabalho estudamos a extensão da aproximação de campo médio, dada uma condição inicial, para a evolução temporal de um sistema composto de férmions e bósons que interagem. Para isto usamos uma técnica de projeção dependente do tempo através do qual obtemos equações de movimento do tipo cinético para o conjunto de variáveis dinâmicas de um corpo. Na primeira parte do trabalho aplicamos a técnica para um sistema descrito pelo modelo de Jaynes Cummings, o qual descreve a interação da matéria, representada por um sistema de dois níveis, com a radiação, representada por um modo normal do campo quantizado. Obtemos a dinâmica de campo médio e a seguir usando a técnica de projeçào, calculamos correções à esta descrição de campo médio. Além de ser um modelo exatamente solúvel, o que nos permite comparar nossos resultados com a solução exata, o modelo de Jaynes-Cummings corresponde ao plasma escalar relativístico em zero dimensões espaciais. Na segunda parte deste trabalho estudamos o modelo do plasma escalar relativístico. Esta teoria quântica de campos descreve a interação de campos bosônicos escalares e fermiônicos de spin-1/2 através de uma interação do tipo Yukawa. Para o sistema do plasma escalar relativístico obtemos as equações que descrevem a dinâmica de campo médio e a partir das soluções estacionárias, renormalizamos a teoria. Finalmente, estudamos o regime de pequenas oscilações em torno do equilíbrio, obtendo soluções analíticas para a evolução de nossas variáveis. Analisamos também as condições para existência de estados ligados neste regime. / In this work we study the extension of the mean-field approximation, given an initial condition, to the time evolution of a fermion-boson system. We use a time-dependent projection where we obtain kinetic-type equations for the set of one-body variables. First, we study the Jaynes-Cummings model which describes the interaction of the matter represented by the two-level system with the radiation represented by the normal mode of the quantized radiation field. We obtain the mean-field dynamics of the system and using the projection technique, we evaluate corrections to this mean-field description. Relevance of the Jaynes-Cummings model stems from the fact that, besides being soluble which possibilities compare our results with the exact solution, it can be seen as corresponding to the relativistic scalar plasma in zero spatial dimensions. Next, we study the relativistic scalar plasma. This quantum field theory describes a system of spin-1/2 fermions interacting through the exchange of scalar particles via a Yukawa-type interaction. In the study of the relativistic scalar plasma, we obtain the mean-field dynamics and from the static solution, we renormalize the theory. Finally, we study the small oscillations regime obtaining analytical solution for one-body variables. We have also examined the condition for the existence of bound-state in this case.

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