A crescente complexidade dos programas de computador e o crescimento da carga de trabalho a qual eles são submetidos têm sido tendências recorrentes nos sistemas computacionais, em especial para sistemas distribuídos como aplicações web e sistemas corporativos. O aumento da carga de trabalho gera uma demanda por sistemas que façam melhor uso dos recursos computacionais disponíveis, enquanto a maior complexidade gera uma demanda por sistemas que se preocupem em minimizar o número de erros. Portanto, podem-se identificar dois objetivos a serem perseguidos pelos desenvolvedores de sistemas de software: melhorar o desempenho e aumentar a confiabilidade dos sistemas. A fim de alcançar os objetivos expostos, são desenvolvidos sistemas de monitoramento para automatizar a coleta e análise de dados sobre os sistemas computacionais alvo. O presente trabalho visa contribuir nos seguintes aspectos: na identificação dos dados relevantes para o monitoramento de aplicações distribuídas desenvolvidas para a plataforma Java; e na criação de uma ferramenta de monitoramento de aplicações distribuídas, explorando os novos recursos do JDK 1.5, bem como os recursos já disponíveis em Java, como carga dinâmica de classes e transformação de bytecodes A fim de avaliar a ferramenta proposta foram elaborados três estudos de caso: um utiliza uma aplicação existente sem necessidade de sua adaptação; outro avalia a sobrecarga da ferramenta frente a diferentes parâmetros; e o terceiro avalia o monitoramento de um sistema distribuído. Entende-se que a ferramenta atinge o objetivo de monitoramento de aplicações distribuídas, por meio da incorporação de técnicas e APIs distintas, ao permitir: o monitoramento de uma aplicação distribuída por meio do monitoramento de diversos nodos de tal aplicação concomitantemente; e a visualização das informações coletadas de forma online. Adicionalmente, a coleta simultânea de dados de diferentes nodos de uma aplicação distribuída pode ser útil para a descoberta de relações entre eventos que ocorrem durante a execução de tal aplicação. / The growing complexity of software and the increasing workload to which systems have been submitted are known trends in the computing system field, especially when distributed and web systems are considered. The increasing workload generates demand for systems that can make a better use of computing resources, while the increment of system complexity demands specific actions to prevent design faults. Therefore, software engineers have two main objectives to be concerned with: optimization and dependability. In order to accomplish these objectives, monitoring systems have been proposed to gather data from running systems so that their behavior can be analyzed. The present dissertation intends to contribute in the following domains: identifying relevant metrics for monitoring distributed Java applications; and developing a tool to monitor and profile distributed applications, using the new resources available in JDK 1 .5 as well as some already known techniques like dynamic classloading and bytecode instrumentation. In order to evaluate the proposed tool, three test cases have been developed: one with a well known application running without modification; another for evaluating the tools’ overhead in different scenarios; and a third one to evaluate a distributed application been monitored. We understand that the proposed tool is successful in monitoring distributed applications by the use of distinct APIs and techniques because: Nprof can monitor a distributed application by monitoring different nodes of the application simultaneously; and Nprof allows the online visualization of the collected data. Also, simultaneous collection of data from different nodes of a distributed application can be useful for discovering relations among events that occur during the execution of the application.

Evolução de software é uma das atividades mais desafiadoras do processo de desenvolvimento de software. Uma importante questão associada à essa atividade é a correta compreensão do código fonte e outros artefatos que necessitam ser mantidos e evoluídos. Visando auxiliar desenvolvedores na manutenção de código, Integrated Development Environments (IDE’s) proporcionam ferramentas que informam desenvolvedores sobre as dependências e as particularidades do código a ser modificado. No entanto, linguagens dinamicamente tipadas não definem tipos explicitamente no código fonte, o que dificulta a análise estática do código e consequentemente a contrução dessas ferramentas. Como exemplo, a construção de call graphs (grafos de chamadas), utilizados pelas IDE’s para criar ferramentas de navegação de código, é prejudicada pela ausência da definição de tipos. Para abordar o problema da criação de call graphs para linguagens dinamicamente tipadas, propomos uma técnica dividida em passos para a construção de um call graph baseado em informações extraídas da execução de testes. A técnica é dividida em 3 passos, o Passo #1 cria um call graph conservativo e estático que resolve chamadas de métodos baseado apenas em nomes dos métodos, ainda no primeiro passo, testes são executados e seu traço de execução é armazenado para posterior análise. O Passo #2 combina a informação armazenada da execução dos testes e o call graph construído no primeiro passo, o Passo #2 também é responsável pela criação de um conjunto de regras de associação que servirão para guiar desenvolvedores durante a criação de novas partes do código. Nossa avaliação em uma aplicação real de porte grande mostrou que a técnica melhora a precisão do call graph criado removendo arestas desnecessárias (70%), e mostrou-se apta a auxiliar desenvolvedores definindo pontos de navegação no código baseada na análise de regras de associação extraídas do test-case-based call graph. / Evolving enterprise software systems is one of the most challenging activities of the software development process. An important issue associated with this activity is to properly comprehend the source code and other software assets that must be evolved. To assist developers on these evolution tasks, Integrated Development Environments (IDEs) build tools that provides information about the source code and its dependencies. However, dynamically typed languages do not define types explicitly in the source code, which difficult source code analysis and therefore the construction of these tools. As an example, the call graph construction, used by IDE’s to build source code navigation tools, is hampered by the absence of type definition. To address the problem of constructing call graphs for dynamic languages, we propose a technique based on steps to build a call graph based on test runtime information, called test-case-based call graph. The technique is divided in three steps; Step #1 creates a conservative and static call graph that decides target nodes based on method names, and the first step also run tests profiling its execution; Step #2 combines the test runtime information and the conservative call graph built in the first step to create the test-case-based call graph, it also creates a set of association rules to guide developers in the maintenance while creating new pieces of code; Finally, Step #3 uses the test-case-based call graph and the association rules to assist developers in source code navigation tasks. Our evaluation on a large-size real-world software shows that the technique increases call graph precision removing several unnecessary conservative edges ( %70), and assist developers filtering target nodes of method calls based on association rules extracted from the call graph.

As grades computacionais e as redes peer-to-peer (P2P) surgiram como áreas distintas, com diferentes propósitos, modelos e ferramentas. No decorrer dos últimos anos, estas áreas foram convergindo, uma vez que a infraestrutura e o modelo de execução descentralizada das redes P2P provaram ser uma alternativa adequada para o tratamento de questões relacionadas à manutenção de grades de larga escala, tais como escalabilidade, descoberta, alocação e monitoramento de recursos. O modelo MultiCluster trata a convergência entre grades computacionais e redes peer-to-peer de uma forma mais restrita: os problemas de escalabilidade, de descoberta e alocação de recursos são minimizados considerando-se apenas recursos localmente disponíveis para a construção de uma grade, a qual pode ser usada para a execução de aplicações com diferentes características de acoplamento e comunicação. Esse trabalho apresenta a arquitetura do modelo e seus aspectos funcionais, bem como um primeira implementação do modelo, realizada através da adaptação da biblioteca de programação DECK sobre os protocolos do projeto JXTA. A avaliação do funcionamento dessa implementação é apresentada e discutida, com base em algumas aplicações com diferentes características. / Grid computing and peer-to-peer computing emerged as distinct areas with different purposes, models and tools. Over the last years, these areas has been converging since the infrastructure and the execution model used in peer-to-peer networks have proven to be a suitable way to treat some problems related to the maintenance of large scale grids, such as scalability, monitoring, and resource discovery and allocation. The MultiCluster model addresses the convergence of grids and peer-to-peer networks in a more restricted way: the problems related to scalability, resource allocation and discovery are minimized by considering only local resources for the conception of a small scale grid, which can be used to run applications with different characteristics of granularity and communication. This work presents the MultiCluster architecture and its functional aspects, as well as a first implementation carried out by adapting the DECK programming library to use JXTA protocols and its consequent evaluation, based on applications with different characteristics.

[pt] Diversas tarefas de Visão Computacional (VC) são formadas por operações aritméticas, replicadas sobre grandes volumes de dados. Esta caracterização descreve também as qualidades desejadas ao considerar uma aplicação qualquer como boa candidata a usufruir do crescente poder de processamento do hardware gráfico. Esta tese formula um conjunto de algoritmos de VC sobre representações do conteúdo visual em baixo nível, para serem processados em GPU. Dando suporte às propostas, são apresentadas uma visão geral das GPUs e de padrões de programação paralelos, os quais oferecem blocos construtores para tarefas de visão. Neste sentido, propomos uma definição formal para o padrão de Redução Múltipla e analisamos seu desempenho segundo diferentes fatores de redução e variações para seus arranjos. Apresentamos duas propostas para extração de informações no espaço da imagem em GPU: a MOCT descreve a localização de objetos identificáveis por suas cores em vídeos naturais, enquanto o operador de Redução Regional Múltipla Paralela (MRR) distribui a computação de operadores definidos sobre diferentes regiões de interesse. Como aplicação do MRR, descrevemos a construção em GPU de um Diagrama Centroidal de Voronoi baseado no algoritmo de Lloyd. Tratamos do conteúdo visual em aglomerados de pixels, mais especificamente, em Quadtrees de regiões. Introduzimos a QuadN4tree, um modelo para representação de quadtrees que permite a navegação através do sistema de vizinhança das folhas e alcança custos ótimos no levantamento do conjunto de vizinhas de uma folha. Em seguida, propomos uma aceleração para aplicações baseadas em minimização de energia via corte de grafo, introduzindo uma etapa de pré-processamento que agrupa pixels similares em folhas de uma quadtree, com o objetivo de reduzir o tamanho do grafo sobre o qual o corte mínimo é encontrado. O método proposto é aplicado ao problema de segmentação de imagens naturais com iluminação ativa. Algumas contribuições desta tese, descrevendo formulações paralelas a dados, foram publicadas nos artigos incluídos nos apêndices. / [en] Arithmetically intensive operations, replicated over huge data sets (usually image pixels or scanned data), are an important part of many Computer Vision (CV) tasks, making them good candidates for taking advantage of the processing power of contemporary graphics processing units (GPUs). This thesis formulates a set of CV algorithms that use low level representations of visual content and are tailored for running on GPUs. A general view of GPUs and parallel programming patterns that offers interesting building blocks for CV tasks provides the necessary background for the algorithms. We also propose a formal definition for the Multiple Reduction pattern and evaluate its efficiency according to different reduction factors and layouts. We present two techniques for extracting data from the image space using the GPU: MOCT, a technique for tracking a set of objects identified by their colors from natural videos, and MRR, a technique for distributing the evaluation of a set of operators defined over different regions of interest within an image. As a MRR application we describe a Centroidal Voronoi Diagram construction based on Lloyds algorithm but entirely computed using GPU resources. We also deal with visual content representations as pixel agglomerations, more specifically, as Regional Quadtrees. We introduce the QuadN4tree: a new model for representing quadtree leaves that allows navigation through their neighborhood systems and achieves an optimal cost for the retrieval of neighbor sets. We also propose modifying the setup for CV applications based on energy minimization via graph cuts, introducing a preprocessing step that groups similar pixels into regional quadtree leaves. This modification aims to reduce the size of the graph for which a minimum cut is to be found. We apply our proposed method to the problem of natural image segmentation by active illumination. Published papers detailing some contributions of this dissertation are included as appendixes. They present data-parallel formulations for the CV tasks we describe.

[pt] Neste trabalho estuda-se a resolução de problemas de otimização e síntese de consultas para recuperação de informações de bancos de dados bibliográficos, através da sua formulação como problemas de programação matemática em variáveis 0-1. Primeiramente é estudado o problema de programação hiperbólica, para o qual foram desenvolvidos algoritmos de complexidade linear. O segundo problema estudado trata de uma extensão do anterior, sendo chamado neste texto de problema de soma hiperbólica. Para este problema são desenvolvidas heurísticas dos tipos simulated annealing e steepest ascent mildest descent (tabu search), além de algoritmos exatos do tipo pesquisa arborescente. Todos os métodos descritos acima foram implementados e são apresentados resultados numéricos. Quanto à otimização de consultas, foram estudados dois problemas básicos: consultas periódicas e síntese de novas, que são formulados como problemas de programação hiperbólica e soma hiperbólica, respectivamente. Foram feitas aplicações considerando-se um banco de dados do Centro de Informações Nucleares da CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear). / [en] In this work we study the solution of problems arising in the field of queries optimization in information retrieval from classical databases, through their formulation as mathematical problems in 0-1 variables. The first problem studied is the hyperbolic programming problem in 0-1 variables, for which we developed exact linear-time algorithms. The second problem studied is an extension of the former, here named as hyperbolic sum problem. For this problem we developed simulated annealing and steepest ascent-mildest descent (tabu search) heuristics, as well as exact branch-and-bound algorithms. All these methods were implemented and numerical results are presented. Concerning the problem of queries optimization, two basic problems were studied: periodical query and synthesis of new queries, which are formulated respectively as an hyperbolic programming problem and an hyperbolic sum problem. We have also done applications involving these problems, considering real data gathered from a database of Center of Nuclear Information from CNEN (Brazilian National Comission of Nucler Energy)

A incerteza é um elemento fundamental da realidade. Então, torna-se natural a busca por métodos que nos permitam representar o desconhecido em termos matemáticos. Esses problemas originam uma grande classe de programas probabilísticos reconhecidos como modelos de programação estocástica. Eles são mais realísticos que os modelos determinísticos, e tem por objetivo incorporar a incerteza em suas definições. Essa tese aborda os problemas probabilísticos da classe de problemas de multi-estágio com incerteza e com restrições probabilísticas e com restrições probabilísticas conjuntas. Inicialmente, nós propomos um modelo de administração de ativos e passivos multi-estágio estocástico para a indústria de fundos de pensão brasileira. Nosso modelo é formalizado em conformidade com a leis e políticas brasileiras. A seguir, dada a relevância dos dados de entrada para esses modelos de otimização, tornamos nossa atenção às diferentes técnicas de amostragem. Elas compõem o processo de discretização desses modelos estocásticos Nós verificamos como as diferentes metodologias de amostragem impactam a solução final e a alocação do portfólio, destacando boas opções para modelos de administração de ativos e passivos. Finalmente, nós propomos um “framework” para a geração de árvores de cenário e otimização de modelos com incerteza multi-estágio. Baseados na tranformação de Knuth, nós geramos a árvore de cenários considerando a representação filho-esqueda, irmão-direita o que torna a simulação mais eficiente em termos de tempo e de número de cenários. Nós também formalizamos uma reformulação do modelo de administração de ativos e passivos baseada na abordagem extensiva implícita para o modelo de otimização. Essa técnica é projetada pela definição de um processo de filtragem com “bundles”; e codifciada com o auxílio de uma linguagem de modelagem algébrica. A eficiência dessa metodologia é testada em um modelo de administração de ativos e passivos com incerteza com restrições probabilísticas conjuntas. Nosso framework torna possível encontrar a solução ótima para árvores com um número razoável de cenários. / Uncertainty is a key element of reality. Thus, it becomes natural that the search for methods allows us to represent the unknown in mathematical terms. These problems originate a large class of probabilistic programs recognized as stochastic programming models. They are more realistic than deterministic ones, and their aim is to incorporate uncertainty into their definitions. This dissertation approaches the probabilistic problem class of multistage stochastic problems with chance constraints and joint-chance constraints. Initially, we propose a multistage stochastic asset liability management (ALM) model for a Brazilian pension fund industry. Our model is formalized in compliance with the Brazilian laws and policies. Next, given the relevance of the input parameters for these optimization models, we turn our attention to different sampling models, which compose the discretization process of these stochastic models. We check how these different sampling methodologies impact on the final solution and the portfolio allocation, outlining good options for ALM models. Finally, we propose a framework for the scenario-tree generation and optimization of multistage stochastic programming problems. Relying on the Knuth transform, we generate the scenario trees, taking advantage of the left-child, right-sibling representation, which makes the simulation more efficient in terms of time and the number of scenarios. We also formalize an ALM model reformulation based on implicit extensive form for the optimization model. This technique is designed by the definition of a filtration process with bundles, and coded with the support of an algebraic modeling language. The efficiency of this methodology is tested in a multistage stochastic ALM model with joint-chance constraints. Our framework makes it possible to reach the optimal solution for trees with a reasonable number of scenarios.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T22:50:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309674.pdf: 1806560 bytes, checksum: 7cc8bf337e22414d7a92c932dea66e05 (MD5) / Este trabalho apresenta o aprimoramento da ferramenta Shell Intellec System, para a criação automática de Sistemas Especialistas, com a utilização de fatores de certeza para tratamento da incerteza. A máquina de inferência foi desenvolvida em Prolog por se tratar de uma linguagem de programação lógica, utilizando a ferramenta Visual Prolog. A incerteza sobre o conhecimento do domínio é representada por fatores de certeza. Na shell as variáveis podem ser linguísticas, numérica e multimídia, como imagens e vídeos. A interface gráfica com o usuário foi remodelada e transcrita utilizando a ferramenta Borland C++ Builder para melhor integração com o usuário e a máquina de inferência PROLOG. Testes foram realizados para assegurar que os resultados apresentados pela Shell são compatíveis com aqueles da versão anterior. Foi realizada, também, uma avaliação sobre usabilidade da Shell por meio de um questionário chamado QUISS, baseado na norma ISO/IEC 9126, através de aplicação a um grupo de alunos, obtendo-se resultados promissores para interface desenvolvida. / This work presents the improvement of shell program Intellec System for the automatic creation of expert systems with the use of certainty factors for the treatment of uncertainty. The inference engine was developed in Prolog because it is a logic programming language, Visual Prolog using the program. Uncertainty about the domain knowledge is represented by certainty factors. In the shell variables can be linguistic, numerical and multimedia such as images and videos. The graphical user interface has been redesigned and transcribed using the tool Borland C++ Builder for better integration with the user and the PROLOG inference engine. Tests were performed to ensure that the results presented by this shell are compatible with those of the previous version. It was also performed an evaluation of usability of the shell through a questionnaire called QUISS, based on the ISO / IEC 9126, by application to a group of students, yielding good results for interfacing developed for this shell.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:17:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 213159.pdf: 916351 bytes, checksum: ae395f600511d8a2b271ff4b88e947e9 (MD5) / XML (eXtensible Markup Language) vem se consolidando como um padrão para exportação de dados entre aplicações na Web, por apresentar um formato textual simples e aberto. Essas características tornam-no adequado à representação de dados vindos de fontes heterogêneas. Restrições de integridade são mecanismos utilizados para a imposição de consistência em bancos de dados e também são utilizados em documentos XML.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317921.pdf: 2856608 bytes, checksum: 9914933b78068186dfadbbe43a9060ef (MD5) Previous issue date: 2013 / O crescente aumento na complexidade dos sistemas embarcados está ocasionando uma migração para técnicas de projeto em níveis mais altos de abstração, o que tem levado a uma convergência entre as metodologias de desenvolvimento de hardware e software. Este trabalho tem como objetivo principal contribuir nesse cenário propondo uma estratégia de desenvolvimento unificada que possibilita a implementação de componentes em hardware e software a partir de uma única descrição na linguagem C++. As técnicas propostas se baseiam em conceitos de programação orientada a objetos (do inglês Object-oriented Programming - OOP) e programação orientada a aspectos (do inglês Aspect-oriented Programming - AOP) para guiar uma estratégia de engenharia de domínio que facilita a clara separação entre a estrutura e comportamento-base de um componente das características que são específicas de implementações em hardware ou software.Certos aspectos de um componente, como, por exemplo, alocação de recursos e a interface de comunicação, são modelados de maneiras distintas dependendo da implementação-alvo (hardware ou software). Este trabalho mostra como tais aspectos podem ser fatorados e encapsulados em programas de aspecto que são aplicados às descrições iniciais apenas quando o particionamento final entre hardware e software é definido. Os mecanismos de aplicação de aspectos são definidos via metaprogramação estática utilizando os templates do C++. Dessa forma, a extração de implementações em hardware ou software a partir de uma implementação unificada em C++ é direta e se dá através de transformações no nível da linguagem suportadas por uma grande gama de compiladores e ferramentas de síntese de alto-nível (do inglês High-level Synthesis - HLS). Para avaliar a abordagem proposta, foi desenvolvida uma plataforma flexível para implementação de System-on-Chips (SoCs) em dispositivos lógico programáveis. A infraestrutura de hardware/software desenvolvida utiliza uma arquitetura baseadas em Network-on-Chips (NoCs) para prover um mecanismo de comunicação transparente entre hardware e software. A avaliação dos mecanismos propostos foi feita através da implementação de um SoC para aplicações PABX. Os resultados mostraram que a estratégia proposta resulta em componentes flexíveis e reusáveis com uma eficiência muito próxima a de componentes implementados especificamente para software ou hardware.<br> / Abstract : The increasing complexity of current embedded systems is pushing their design to higher levels of abstraction, leading to a convergence between hardware and software design methodologies. In this work we aim at narrowing the gap between hardware and software design by introducing a strategy that handles both domains in a unified fashion. We leverage on Aspect-oriented Programming (AOP) and Object-oriented Programming (OOP) techniques in order to provide unified C++ descriptions of embedded system components. Such unified descriptions can be obtained through a careful design process focused on isolating aspects that are specific of hardware and software scenarios. Aspects that differ significantly in each domain, such as resource allocation and communication interface, were isolated in aspect programs that are applied to the unified descriptions before they are compiled to software binaries or synthesized to dedicated hardware using High-level Synthesis (HLS) tools. Furthermore, we propose a flexible FPGA-based SoC platform for the deployment of SoCs in a HLS-capable environment. The proposed hardware/software infrastructure relies on a Network-on-Chip-based architecture to provide transparent communication mechanisms for hardware and software components. The proposed unified design approach and its transparent communication mechanisms are evaluated through the implementation of a SoC for digital PABX systems. The results show that our strategy leads to reusable and flexible components at the cost of an acceptable overhead when compared to software-only C/C++ and hardware-only C++ implementations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T00:36:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 193677.pdf: 27339723 bytes, checksum: ccb08ec49b5e980fbfcf2e4a681e09f8 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema para configuração, monitoração e testes de uma rede de sensores e atuadores numa célula autônoma de manufatura. O sistema desenvolvido é um aplicativo híbrido que utiliza os melhores pontos de duas das principais linguagens de programação OOP existentes e dominantes do mercado, C/C++ e Java. Como um dos objetivos primordiais deste sistema é a possibilidade de monitoração e controle da rede de sensores/atuadores remotamente, a técnica de utilizar a independência de plataforma da linguagem Java, rodando em qualquer lugar, em qualquer sistema operacional, até mesmo nos Web Browsers comerciais foi relevante. Além disso, a existência de uma arquitetura cliente/servidor desenvolvida em linguagem C/C++ (a linguagem dominante no setor industrial) e a possibilidade de integração entre Java e C/C++ através de JNI (Java Native Interface) satisfez todos os requisitos de autonomia, modularidade, padronização, intercambiabilidade, evolutividade exigidos pelo projeto APZ (Autonomous Production Zell). O projeto APZ consiste no desenvolvimento de uma célula de produção totalmente autônoma. Assim, o sonho do fim da dependência das empresas que utilizam máquinas-ferramentas em relação aos desenvolvedores destas máquinas estaria se tornando realidade. O sistema desenvolvido é peça integrante do projeto da Célula Autônoma de Manufatura.