O desenvolvimento de programas paralelos e distribuídos encontra na programação baseada em passagem de mensagens uma abordagem eficaz para explorar adequadamente as características das máquinas de memória distribuída. Com o uso de clusters e de bibliotecas de suporte às trocas de mensagens, como o padrão MPI (Message Passing Interface), aplicações eficientes e economicamente viáveis podem ser construídas. Em tais sistemas, o tempo despendido nas comunicações constitui um importante fator de desempenho a ser considerado e requer a utilização de procedimentos e cuidados para a sua correta caracterização. Neste trabalho, modelos analíticos de primitivas de comunicação bloqueante MPI são desenvolvidos segundo uma metodologia de análise e predição apropriada. São tratadas algumas das principais operações ponto-a-ponto e coletivas e, utilizando técnicas de ajuste de curvas e tempos experimentais, o comportamento das primitivas de comunicação é representado em equações, possibilitando ainda a realização de análises e predições de desempenho em função do tamanho das mensagens e do número de processos envolvidos. Através de testes em um cluster de estações de trabalho, a precisão dos modelos elaborados é comprovada. Sendo a maioria dos erros percentuais inferiores a 8%, os resultados obtidos confirmam a validade do processo de modelagem. Além disso, o trabalho apresenta um conjunto de funções construídas com o objetivo de oferecer suporte a atividades de análise e predição, procurando facilitar e automatizar sua execução. / The development of parallel and distributed programs finds at message-passing programming a powerful approach to explore properly the distributed memory machines issues. Using clusters and message-passing libraries, as MPI standard (Message Passing Interface), efficient and cost effective applications can be constructed. In these systems, the time spent with communications means a important performance factor to be considered and its correct characterization requires procedures and cautions. In this work, analytic models for MPI blocking communication primitives are developed according one appropriate methodology for analysis and prediction. Some of the main peer-to-peer and collective operations are treated, and through curve fitting techniques and experimental times the behavior of the communication primitives is represented in equations, allowing also the accomplishment of performance analysis and prediction in function of the message length and the number of processes. Tests realized in a cluster of workstations prove the accuracy of the elaborated models. With most of errors within 8%, the obtained results show the validity of the modeling process. Also, the work presents a set of functions constructed with the purpose of support analysis and prediction activities, in order to facilitate and automate them.

Existem muitos fatores capazes de influenciar o desempenho de um programa paralelo MPI (Message Passing Interface). Dentre esses fatores, podemos citar a quantidade de dados processados, o número de nós envolvidos na solução do problema, as características da rede de interconexão, o tipo de switch utilizado, entre outros. Por isso, realizar predições de desempenho sobre programas paralelos que utilizam passagem de mensagem não é uma tarefa trivial. Com o intuito de modelar e predizer o comportamento dos programas citados anteriormente, nosso trabalho foi desenvolvido baseado em uma metodologia de análise e predição de desempenho de programas paralelos MPI. Inicialmente, propomos um modelo gráfico, denominado DP*Graph+, para representar o código das aplicações. Em seguida, desenvolvemos modelos analíticos, utilizando técnicas de ajuste de curvas, para representar o comportamento das estruturas de repetição compostas por primitivas de comunicação e/ou computação local. Além disso, elaboramos modelos para predizer o comportamento de aplicações do tipo mestre/escravo. Durante o desenvolvimento das atividades de análise e predição de desempenho, implementamos algumas funções para automatizar tarefas e facilitar nosso trabalho. Por último, modelamos e estimamos o desempenho de duas versões diferentes de um programa de multiplicação de matrizes, a fim de validar os modelos propostos. Os resultados das predições realizadas sobre os programas de multiplicação de matrizes foram satisfatórios. Na maioria dos casos preditos, os erros ficaram abaixo de 6 %, confirmando a validade e a precisão dos modelos elaborados. / There are many factors able to influence the performance of a MPI (Message Passing Interface) parallel program. Within these factors, we may cite: amount of data, number of nodes, characteristics of the network and type of switch, among others. Then, performance prediction isn’t a easy task. The work was developed based on a methodology of analysis and performance prediction of MPI parallel programs. First of all, we proposed a graphical model, named DP*Graph+, to represent the code of applications. Next, we developed analytical models applying curve fitting techniques to represent the behavior of repetition structure compounds by comunication primitives and/or local computations. Besides, we elaborated models to predict aplications of type master/slave. For development of performance prediction activities, some functions was developed to automate tasks and make our work easy. Finally, we modeled and predicted the performance of two different programs of matrix multiplication to prove the accuracy of models. The results of predictions on the programs were good. In the majority of predicted cases, the errors were down 6 %. With these results, we proved the accuracy of developed models.

Com a disponibilidade de redes que ligam estações cada vez mais poderosas a baixos custos, o interesse em torno de ferramentas que suportam a programação paralela em arquiteturas deste tipo tem aumentado significativamente. Esta dissertação trata do projeto e implementação de YALI (Yet Another Linda Implementation), uma ferramenta destinada ao desenvolvimento e execução de programas paralelos em redes heterogêneas de computadores. Com o objetivo de oferecer uma interface simples e flexível para os usuários programadores, YALI baseia-se no modelo Linda[GEL85], que destaca-se por utilizar uma abstração de alto nível para a cooperação entre processos. Em Linda, processos interagem por intermédio de uma memória associativa logicamente compartilhada, denominada Espaço de Tuplas. Entre outras vantagens deste modelo pode-se citar a simplicidade de suas primitivas e a possibilidade de incorporá-las a uma linguagem seqüencial conhecida, o que contribui fortemente para sua fácil assimilação, mesmo por usuários com pouca experiência em programação paralela. Após uma descrição detalhada do modelo Linda, este trabalho discute varias questões envolvidas no projeto e implementação de sistemas nele baseados. Para oferecer uma visão pratica das soluções mais freqüentemente adotadas para estas questões, quatro sistemas que implementam o modelo para programação paralela em redes são apresentados e avaliados. São eles: Glenda, uma implementacao do modelo baseada na ferramenta PVM (Parallel Virtual Machine); POSYBL (PrOgramming SYstem for distriButed appLications), um sistema construído através de recursos de sistemas operacionais compatíveis com Unix; p4-Linda, construído a partir da ferramenta de programação paralela p4 e, por fim, Network-Linda, uma implementação comercial do modelo. Depois do estudo dos quatro sistemas acima, o projeto de YALI e discutido detalhadamente. Decidiu-se, inicialmente, que YALI deveria incorporar o modelo Linda a linguagem C, que é largamente utilizada no desenvolvimento de programas de propósito geral. Além disso, optou-se por estender o modelo com algumas novas primitivas, de modo a oferecer maior poder de expressão ao usuário. Basicamente, as primitivas que YALI acrescenta ao modelo servem para dar suporte a operações globais e a criação dinâmica de threads. Operações globais servem para expressar a comunicação e a sincronização entre múltiplos processos, sendo utilizadas com bastante freqüência em vários tipos de programas paralelos. YALI suporta operações globais de maneira totalmente ortogonal ao modelo Linda, garantindo melhor desempenho sem afetar o nível de abstração oferecido. o suporte a criação dinâmica de threads, por outro lado, tem o objetivo de permitir a exploração de um paralelismo de granularidade fina, adequado ate mesmo a execução de rotinas simples em paralelo. Para suportar o desenvolvimento e execução de aplicações paralelas, YALI e implementado através de três componentes distintos. O primeiro e um pré-processador, que garante uma interface simplificada com o usuário. 0 segundo e uma biblioteca, que contem as rotinas de suporte as primitivas YALI e deve ser ligada aos programas de usuários. O terceiro componente, por fim, e um utilitário destinado a controlar a inicialização e o termino de aplicações paralelas, que baseia-se em uma configuração estabelecida pelo usuário para distribuir processos sobre uma rede de computadores. Ao contrário da maioria dos sistemas baseados em Linda, YALI implementa um espaço de tuplas distribuído entre os processos que compõem uma aplicação paralela, dispensando o use de processos especializados no gerenciamento de tuplas. Para isso, YALI utiliza múltiplas threads em cada processo definido pelo usuário, e distribui tuplas sobre estes processos através de um mecanismo baseado em hashing. A implementação de YALI leva em conta a heterogeneidade inerente a ambientes de rede, permitindo que maquinas com diferentes arquiteturas e sistemas operacionais sejam utilizadas na execução de programas paralelos. Por fim, YALI é totalmente implementado a partir de recursos presentes em sistemas compatíveis com Unix, de modo a aumentar sua portabilidade e garantir sua eficiência. / With the availability of networks connecting powerful workstations at a low cost, increasing interest has been devoted to systems that support parallel programming in such architectures. This document describes the design and implementation of YALI (Yet Another Linda Implementation), a tool that allows the development and execution of parallel programs in heterogeneous computer networks. Aiming to provide a simple and flexible interface for its users, YALI is based on the Linda parallel programming model[GEL85], that outstands in providing a high level abstraction for cooperation between processes. In Linda, communication and synchronization take place through an associative, logically shared memory called Tuple Space. Among the advantages of this model, one can mention the simplicity of its primitives, and the possibility of incorporate them in a well-known sequential language. These characteristics make Linda easy to learn, even to users with little experience in parallel programming. After a detailed description of the Linda model, this document discusses some design and implementation issues related to Linda-based systems. In order to provide a practical view of some usual solutions to address these issues, four Linda-based systems are presented and evaluated. These systems are: Glenda, an implementation of Linda built on top of PVM (Parallel Virtual Machine); POSYBL (PrOgramming SYstem for distriButed appLications), that relies on features provided by Unix-like operating systems to implement the model; p4-Linda, built on top of p4 parallel programming tool and, at last, Network-Linda, a comercial product based on Linda. All these systems, as YALI, are specially tailored to parallel programming in computer networks. Following the study of the four systems, this documents presents the design of the YALI system. One of the first design decisions was to incorporate the Linda primitives to the C language, that is broadly used as a general purpose programming language. In addition, a set of new primitives was designed as an extension to the original model, in order to increase YALI's expressivenes. Basically, the new primitives support global operations and dynamic thread creation. Global operations are useful to express communication and synchronization among multiple processes, and are frequently used many classes of parallel programs. YALI gives support to global operations in a way that is totally ortoghonal to the Linda model, ensuring better performance without affecting the abstraction level inherent to Linda-based systems. The support to dynamic thread creation, on the other hand, is helpful to explore lightweight parallelism, which allows the execution of simple routines in parallel. To support the development and execution of parallel applications, YALI is made up of three distinct components. The first is a pre-processor, that provides a simple user interface. The second is a library, that must be linked to the user programs since it's where YALI primitives are actuall y implemented. Finally, the third component is an utility that controls initialization and termination of parallel applications, which takes configuration parameters from the user to distribute processes over a newtork. In contrast with most Linda-based systems, YALI relies on a tuple space that is distributed among the processes in the same parallel application, so that intermediate tuple managers are not necessary To implement that, multiple threads are embedded in each user process, and tuples are spread over the processes in the basis of a hashing mechanism. YALI's implementation takes in account the inherent heterogeneity of network environments, allowing machines with different architectures and operating systems to be used in the execution of parallel programs. Finally, YALI is build on top of common features of Unix-like operating systems, in order to increase its efficiency and portability.

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.

Grade computacional é uma alternativa para melhorar o desempenho de aplicações paralelas, por permitir o uso simultâneo de vários recursos distribuídos. Entretanto, para que a utilização de uma grade seja adequada, é necessário que os recursos sejam utilizados de maneira a permitir a otimização de algum critério. Para isto, várias estratégias de escalonamento têm sido propostas, mas o grande desafio é extrair o potencial que os recursos oferecem para a execução de aplicações paralelas. Uma estratégia bastante usada em sistemas de escalonamento atuais é escalonar uma aplicação paralela nos recursos de um único cluster. Contudo, apesar da estratégia ser simples, ela é muito limitada, devido principalmente a baixa utilização dos recursos. Este trabalho propõe e implementa o sistema GCSE (Grid Cooperative Scheduling Environment) que provê uma estratégia de escalonamento cooperativo para usar eficientemente os recursos distribuídos. Os processos de uma aplicação paralela podem ser distribuídos em recursos de vários clusters e computadores, todos conectados a redes de comunicação públicas. GCSE também gerencia a execução das aplicações, bem como oferece um conjunto de primitivas que fornece informações sobre os ambientes de execução para o suporte à comunicação entre processos. Além disto, uma estratégia de antecipação de dados é proposta para aumentar ainda mais o desempenho das aplicações. Para realizar um bom escalonamento é preciso descobrir os recursos distribuídos. Neste sentido, o sistema LIMA (Light-weIght Monitoring Architecture) foi projetado e implementado. Este sistema provê um conjunto de estratégias e mecanismos para o armazenamento distribuído e acesso eficiente às informações sobre os recursos distribuídos. Além disto, LIMA adiciona facilidades de descobrimento e integração com o GCSE e outros sistemas. Por fim, serão apresentados os testes e avaliações dos resultados com o uso integrado dos sistemas GCSE e LIMA, compondo um ambiente robusto para a execução de aplicações paralelas. / Computing grid is an alternative for improving the parallel application performance, because it allows the simultaneous use of many distributed resources. However, in order to take advantage of a grid, the resources must be used in such a way that some criteria can be optimized. Thus, various scheduling strategies have been proposed, but the great challenge is the exploitation of the potential that the resources provide to the parallel application execution. A strategy often used in current scheduling systems is to schedule a parallel application on resources of a single cluster. Even though this strategy is simple, it is very limited, mainly due to low resource utilization. This thesis proposes and implements the GCSE system (Grid Cooperative Scheduling Environment) that provides a cooperative scheduling strategy for efficiently using the distributed resources. The processes of a parallel application can be distributed in resources of many clusters and computers, and they are all connected by public communication networks. GCSE also manages the application execution, as well as offering a primitive set that provide information about the execution environments for ensuring the communication between processes. Moreover, a data advancement strategy is proposed for improving the application performance. In order to perform a good scheduling, the distributed resources must be discovered. Therefore, the LIMA system (Light-weIght Monitoring Architecture) was designed and implemented. This system provides both strategy and mechanism set for distributed storage and efficient access to information about the distributed resources. In addition, LIMA offers facilities for resource discovering and integrating its functionalities both GCSE and other systems. Finally, the tests and result evaluations are presented with the integrated use of both GCSE and LIMA systems, composing a robust environment for executing parallel application.

Apesar do esforço despendido pelas comunidades acadêmica e industrial (artigos, patentes e protótipos de laboratório), as Máquinas de Cinemática Paralela - MCPs - ainda apresentam uma participação inexpressiva no mercado de máquinasferramentas e robôs. Uma das razões para este fato são os seus baixos índices de acurácia e repetibilidade, em comparação aos das máquinas de usinagem convencionais. Este trabalho apresenta a avaliação dos mapeamentos de flexibilidade e da 1ª freqüência natural sobre o posicionamento da peça de trabalho e direções preferenciais de usinagem, dentro do espaço de trabalho disponível de uma máquina-ferramenta de cinemática paralela. Atualmente esta análise tem sido realizada em máquinas de cinemática paralela utilizando-se do princípio dos trabalhos virtuais ou parcialmente envolvendo este método e o método dos elementos finitos com a superposição linear dos resultados de ambos. Este trabalho apresenta análise de flexibilidade, utilizando apenas o método dos elementos finitos, aplicada a uma arquitetura paralela do tipo 2PRS+2PUS, com 4 graus de liberdade (duas translações - Y e Z - e duas rotações - \'teta\'x e \'teta\'YG), denominada Tetraglide. Em todas as análises feitas o grau de liberdade \'teta\'YG foi mantido constante, \'teta\'YG = 0°. Desta forma todas as análises ocorreram sobre o plano YZ. A partir dessa análise de flexibilidade são avaliadas as cargas axiais nas barras, que unem os atuadores à plataforma móvel ao longo do espaço de trabalho, determinando-se onde ocorre flambagem. Após isto, ainda com o método dos elementos finitos, obtém-se a 1ª freqüência natural ao longo de cada espaço de trabalho com orientação constante, uma vez que o conhecimento desta freqüência é fator importante na avaliação do comportamento estrutural dinâmico de máquinas-ferramentas. Após estas análises, analisam-se parâmetros estruturais em análises de sensibilidade visando maximizar a menor 1ª freqüência natural observada em cada espaço de trabalho com orientação constante. / In spite of the effort spent by the academic and industrial communities (goods, patents and laboratory prototypes), the Parallel Kinematics Machines - PKMs - they still present an inexpressive participation in the market of machine-tools and robots. One of the reasons for this fact is their low indexes of accuracy and precision, in comparison with the machines of conventional milling. This work presents the evaluation of the compliance mapping (kinetostatic analysis) and natural frequency about the positioning of the work piece and milling preferential directions, inside the available workspace of a parallel kinematics machine tool. At present this analysis has been accomplished in parallel kinematics machine using the virtual work principle or partially involving this method and the finite element method, with the overlap of the results of both. This work presents a compliance analysis just using the finite element method in parallel kinematics machine of type 2PRS+2PUS with 4 degrees of freedom (two moves - Y and Z - and two rotations - \'teta\'x e \'teta\'YG), denominated Tetraglide. In all of the done analyses the degree of freedom \'teta\'YG was maintained constant, \'teta\'YG = 0°. This way all of the analyses occurred on the plan YZ. Starting from the compliance analysis the axial loads are evaluated in the bars, which connect the actuators to the movable platform along the workspace, determining where the buckling occurs. After this, with the finite element method, 1st natural frequency is obtained along each constant-orientation workspace, once the knowledge of this frequency is important factor in the evaluation of the dynamic structural behavior of machine-tools. After these analyses, structural parameters are analyzed in sensibility analyses seeking to maximize to smallest 1st natural frequency observed in each constant-orientation workspace.

Manipuladores paralelos apresentam inércia reduzida, o que lhes permite alcançar altas acelerações e melhor eficiência energética. Porém, frequentemente seu espaço de trabalho possui desempenho pouco uniforme. De fato, a presença de singularidades paralelas é um forte limitante para essa arquitetura robótica. A redundância de atuação já é conhecida como uma alternativa para essa questão. Enquanto que a redundância cinemática ainda não possui consequências claras. Um manipulador com esse tipo de redundância apresenta um número de graus de liberdade do end-effector menor que o número de graus de liberdade do mecanismo como um todo. Considerando essa lacuna, o objetivo desse mestrado é analisar a influência da redundância cinemática no desempenho de manipuladores paralelos através de simulações e testes experimentais. Tal estudo não é trivial, uma vez que com o maior número de atuadores e graus de liberdade, é adicionada também inércia ao sistema. Foram definidas métricas para avaliar o quão favorável é uma dada posição e, com elas, estratégias de resolução de redundância foram analisadas. A estratégia principal proposta se compõe por duas etapas. No primeiro passo, é definida uma movimentação na qual a posição a cada instante é ótima segundo uma dada métrica de desempenho multiobjetivo. Isso resulta em um movimento de referência que em geral possui altas acelerações. Na segunda etapa, aplica-se uma otimização global, procurando manter um compromisso de proximidade com o movimento de referência e com os níveis de aceleração. Além deste, foram aplicados diversos métodos de otimização local (onde a cinemática inversa é resolvida para cada instante isoladamente) e uma estratégia global truncada. Essas opções foram comparadas numericamente e experimentalmente, trazendo uma resposta objetiva da influência da redundância cinemática no manipulador paralelo. A campanha experimental foi realizada em uma protótipo construído no Laboratório de Dinâmica da Escola de Engenharia de São Carlos. Esse protótipo consiste em um manipulador paralelo planar com 6 graus de liberdade, tendo assim, até 3 graus de redundância para a movimentação no plano. Têm-se 6 motores rotativos para atuá-los, sendo 3 deles acoplados a guias lineares com fusos para obtenção de atuação linear. O acionamento ou não destas guias define o grau de redundância do sistema, garantindo a versatilidade do protótipo. / As a consequence of their reduced inertia, parallel manipulators present superior energetic efficiency and they are able to reach high accelerations. Nevertheless, their workspace has a poorly uniform performance. Indeed, the presence of parallel singularities is a strong limitant for this kind of robots. On the one hand, actuation redundancy is well-known as a good choice in an effort to solve this issue. On the other hand, kinematic redundancy still have unclear consequences on this matter. A kinematically redundant manipulator presents an end-effector with fewer degrees of freedom than the mechanism as a whole. Considering this gap, the objective of this research is to analyze the influence of kinematic redundancy on the performance of parallel manipulators through simulations and experimental tests. This issue turns out to be complex, once traveling actuators sum additional inertia to the system. Metrics are defined in order to evaluate how favourable is a given position, and redundancy resolution strategies are analyzed using them. The main proposed strategy is composed of two steps. In the first one, a movement is defined so that the position for each instant is optimum for a given multiobjective performance metric. This procedure delivers a refererence movement which generally presents high accelerations. On the second step, a global optimization is applied, seeking for a trade-off between the proximity to the reference and the acceleration levels. In addition, several local methods (which resolve the inverse kinematics for each instant independently) and one truncated global strategy were addressed. These configurations were compared numerically and experimentally, delivering a objective analysis of the influence of kinematic redundancy on the performance of the parallel manipulator. The experimental campaign was executed with a physical prototype built at the São Carlos School of Engineering. This is a planar manipulator with 6 degrees of freedom, consequently presenting up to 3 degrees of redundancy. The mechanism is actuated by 6 rotating motors, of which 3 are coupled to leadscrews, resulting in linear actuators. These leadscrews can be locked, defining different degrees of redundancy and granting the versatility of the prototype.

Este trabalho apresenta uma ferramenta orientada ao objeto para o monitoramento de cargas em sistemas paralelos. O desenvolvimento desta ferramenta surgiu com o intuito de facilitar a programação paralela em sistemas distribuídos como NOWs, Networks of Workstations , e Grids computacionais, pois este tipo de programação é bem mais difícil do que a seqüencial e, por isso, desestimula novos programadores a desenvolver aplicações paralelas. Dentre as razões que tornam a programação paralela difícil destaca-se o balanceamento de cargas em que se quer maximizar a utilização dos recursos computacionais do sistema distribuído. Outro motivo para o programador de aplicações paralelas se preocupar com balanceamento de cargas é o desempenho, que é drasticamente afetado com o desequilíbrio de cargas do sistema. Com relação ao tempo em que as decisões de rebalanceamento de cargas são tomadas, os algoritmos de distribuição de cargas podem ser estáticos, realizados em tempo de compilação, ou dinâmicos, efetuados em tempo de execução. Embora o algoritmo estático não gere sobrecarga em tempo de execução na distribuição de carga, o dinâmico é a melhor escolha, pois se adapta bem em qualquer situação. Assim, o sistema de monitoramento de cargas surge como uma ferramenta de auxílio ao programador que deseje implementar algoritmos de balanceamento dinâmico de cargas nas suas aplicações paralelas, provendo informações de como os recursos computacionais do sistema distribuído estão sendo utilizados. / This work presents an object oriented tool for load monitoring in parallel systems. This tool was developed with intention to easy the parallel programming in distributed systems like NOWs (Networks of Workstations) and Computational Grids, because this type of programming is more difficult than the sequential and, therefore, it does not stimulate new programmers to develop parallel softwares. One of the most important reasons why parallel programming is difficult is the worry about load balancing where the purpose is to maximize the use of the computational resources of the distributed system. Another reason for the programmer of parallel softwares to worry about load balancing is the performance, which is drastically affected with the load imbalance of the system. With respect to the time where the decisions of load balancing are made, the load distribution algorithms can be static, done at compilation time, or dynamic, done at execution time. Although the static algorithm does not generate overhead at execution time, the dynamic one is a better choice, because it adapts well to any situation. Thus, the monitoring system appears as a tool to aid the programmer who desires to implement dynamic load balancing algorithms in his or her parallel softwares, providing information on how the computational resources of the distributed system are being used.

Estágio realizado no CERN, Suiça e orientado por Christian Theis e Eduard Feldbaumer / Tese de mestrado integrado. Engenharia Informátca e Computação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000429227-Texto+Completo-0.pdf: 1053601 bytes, checksum: ac385028f1ef5808c2649d92f982cc04 (MD5) Previous issue date: 2003 / Due to the appearance of fast communication networks, such as Myrinet and SCI, it becames possible the construction of new architectures based on commodity, off-the-shelf machines (PCs and workstations) connected by this kind of network - which are been called clusters. Such architectures are becoming an alternative execution platform for complex parallel applications, mainly due to the cost/benefit relation they present. The diversity of fast networks leads to the interconnection of clusters, building an architecture called cluster of clusters. One of the main problems in the use of clusters of clusters is the programming software used for parallel application development, since this kind of architecture has some characteristics that must be addressed by the programming language or environment in order to provide high performance. This work describes the development of a message passing parallel programming environment for cluster of clusters, the MDX-cc. This environment was projected based on the MDX system [PRE98][HES01] and a first version has been implemented supporting communication over Fast-Ethernet, SCI and Myrinet networks. The main goal of MDX-cc is to provide communication and synchronization of processes that run on interconnected clusters. Thanks to its modular architecture and the use of specific communication protocols dedicated to each network interface, MDX-cc provides a simple programming interface, with a small set of primitives, and also provides a transparent communication among processes running on different network-based clusters. / Em razão do surgimento de redes de comunicação de alta velocidade, tais como Myrinet e SCI, a construção de arquiteturas baseadas em máquinas comuns (PCs e estações de trabalho) conectadas por esse tipo de rede - o que se denomina agregado (ou cluster) - tornou-se viável. Tais arquiteturas vêm se consolidando como plataformas alternativas para a execução de aplicações paralelas complexas, principalmente devido à relação custo/benefício que oferecem. Esse avanço das tecnologias de redes possibilita também a agregação de clusters, formando uma estrutura de cluster de clusters, como uma única máquina paralela. Um dos principais problemas no uso de cluster de clusters é o software utilizado para o desenvolvimento de aplicações paralelas, visto que cada agregado envolvido na estrutura possui certas características que precisam ser tratadas pela linguagem ou ambiente de programação, visando o alcance de alto desempenho. Esta dissertação tem como objetivo apresentar uma ferramenta de programação paralela por troca de mensagens que executa sobre uma estrutura de cluster de clusters: o MDX-cc. A ferramenta foi concebida tendo como base o sistema MDX [PRE98][HES01] e uma primeira versão foi implementada oferecendo suporte à comunicação em agregados com redes SCI, Myrinet e Fast-Ethernet. O principal objetivo do MDX-cc é oferecer recursos de comunicação e sincronização de processos que rodam em agregados interligados. Por sua arquitetura modular e abstração do uso de protocolos de comunicação dedicados a cada tecnologia de rede, o MDX-cc oferece uma interface de programação simples, com um conjunto reduzido de primitivas, e provê transparência total na comunicação entre processos que executam em nós de clusters com tecnologias de rede distintas.