Resource Management in Grid Computing: A Review

A Network Computing System is a virtual computer formed by a networked set of heterogeneous machines that agree to share their local resources with each other. A grid is a very large scale network computing system that scales to internet size environments with machines distributed across multiple organizationsand administrative domains. The resource management system is the central component of grid computing system. Resources in the grid are distributed, heterogeneous, autonomous and unpredictable. A resource management system matches requests to resources, schedules the matched resources, and executes the requests using scheduled resources. Scheduling in the grid environment depends upon the characteristics of the tasks, machines and network connectivity. The paper provides a brief overview of resource management in grid computing considering important factors such as types of resource management in grid computing, resource management models and comparison of various scheduling algorithm in resource management in grid computing

SIMULATION-BASED PERFORMABILITY ANALYSIS OF MULTIPROCESSOR SYSTEMS

The primary focus in the analysis of multiprocessor systems has traditionally been on their performance. However, their large number of components, their complex network topologies, and sophisticated system software can make them very unreliable. The dependability of a computing system ought to be considered in an early stage of its development in order to take influence on the system architecture and to achieve best performance with high dependability. In this paper a simulation-based method for the combined performance and dependability analysis of fault tolerant multiprocessor systems are presented which provide meaningful results already during the design phase

Software Perfomance Assessment at Architectural Level: A Methodology and its Application

Las arquitecturas software son una valiosa herramienta para la evaluación de las propiedades cualitativas y cuantitativas de los sistemas en sus primeras fases de desarrollo. Conseguir el diseño adecuado es crítico para asegurar la bondad de dichas propiedades. Tomar decisiones tempranas equivocadas puede implicar considerables y costosos cambios en un futuro. Dichas decisiones afectarían a muchas propiedades del sistema, tales como su rendimiento, seguridad, fiabilidad o facilidad de mantenimiento. Desde el punto de vista del rendimiento software, la ingeniería del rendimiento del software (SPE) es una disciplina de investigación madura y comúnmente aceptada que propone una evaluación basada en modelos en las primeras fases del ciclo de vida de desarrollo software. Un problema en este campo de investigación es que las metodologías hasta ahora propuestas no ofrecen una interpretación de los resultados obtenidos durante el análisis del rendimiento, ni utilizan dichos resultados para proponer alternativas para la mejora de la propia arquitectura software. Hasta la fecha, esta interpretación y mejora requiere de la experiencia y pericia de los ingenieros software, en especial de expertos en ingeniería de prestaciones. Además, a pesar del gran número de propuestas para evaluar el rendimiento de sistemas software, muy pocos de estos estudios teóricos son posteriormente aplicados a sistemas software reales. El objetivo de esta tesis es presentar una metodología para el asesoramiento de decisiones arquitecturales para la mejora, desde el punto de vista de las prestaciones, de las sistemas software. La metodología hace uso del Lenguaje Unificado de Modelado (UML) para representar las arquitecturas software y de métodos formales, concretamente redes de Petri, como modelo de prestaciones. El asesoramiento, basado en patrones y antipatrones, intenta detectar los principales problemas que afectan a las prestaciones del sistema y propone posibles mejoras para mejoras dichas prestaciones. Como primer paso, estudiamos y analizamos los resultados del rendimiento de diferentes estilos arquitectónicos. A continuación, sistematizamos los conocimientos previamente obtenidos para proponer una metodología y comprobamos su aplicabilidad asesorando un caso de estudio real, una arquitectura de interoperabilidad para adaptar interfaces a personas con discapacidad conforme a sus capacidades y preferencias. Finalmente, se presenta una herramienta para la evaluación del rendimiento como un producto derivado del propio ciclo de vida software

Action-Evolution Petri Nets: a Framework for Modeling and Solving Dynamic Task Assignment Problems

Dynamic task assignment involves assigning arriving tasks to a limited number of resources in order to minimize the overall cost of the assignments. To achieve optimal task assignment, it is necessary to model the assignment problem first. While there exist separate formalisms, specifically Markov Decision Processes and (Colored) Petri Nets, to model, execute, and solve different aspects of the problem, there is no integrated modeling technique. To address this gap, this paper proposes Action-Evolution Petri Nets (A-E PN) as a framework for modeling and solving dynamic task assignment problems. A-E PN provides a unified modeling technique that can represent all elements of dynamic task assignment problems. Moreover, A-E PN models are executable, which means they can be used to learn close-to-optimal assignment policies through Reinforcement Learning (RL) without additional modeling effort. To evaluate the framework, we define a taxonomy of archetypical assignment problems. We show for three cases that A-E PN can be used to learn close-to-optimal assignment policies. Our results suggest that A-E PN can be used to model and solve a broad range of dynamic task assignment problems

Perfomance Analysis and Resource Optimisation of Critical Systems Modelled by Petri Nets

Un sistema crítico debe cumplir con su misión a pesar de la presencia de problemas de seguridad. Este tipo de sistemas se suele desplegar en entornos heterogéneos, donde pueden ser objeto de intentos de intrusión, robo de información confidencial u otro tipo de ataques. Los sistemas, en general, tienen que ser rediseñados después de que ocurra un incidente de seguridad, lo que puede conducir a consecuencias graves, como el enorme costo de reimplementar o reprogramar todo el sistema, así como las posibles pérdidas económicas. Así, la seguridad ha de ser concebida como una parte integral del desarrollo de sistemas y como una necesidad singular de lo que el sistema debe realizar (es decir, un requisito no funcional del sistema). Así pues, al diseñar sistemas críticos es fundamental estudiar los ataques que se pueden producir y planificar cómo reaccionar frente a ellos, con el fin de mantener el cumplimiento de requerimientos funcionales y no funcionales del sistema. A pesar de que los problemas de seguridad se consideren, también es necesario tener en cuenta los costes incurridos para garantizar un determinado nivel de seguridad en sistemas críticos. De hecho, los costes de seguridad puede ser un factor muy relevante ya que puede abarcar diferentes dimensiones, como el presupuesto, el rendimiento y la fiabilidad. Muchos de estos sistemas críticos que incorporan técnicas de tolerancia a fallos (sistemas FT) para hacer frente a las cuestiones de seguridad son sistemas complejos, que utilizan recursos que pueden estar comprometidos (es decir, pueden fallar) por la activación de los fallos y/o errores provocados por posibles ataques. Estos sistemas pueden ser modelados como sistemas de eventos discretos donde los recursos son compartidos, también llamados sistemas de asignación de recursos. Esta tesis se centra en los sistemas FT con recursos compartidos modelados mediante redes de Petri (Petri nets, PN). Estos sistemas son generalmente tan grandes que el cálculo exacto de su rendimiento se convierte en una tarea de cálculo muy compleja, debido al problema de la explosión del espacio de estados. Como resultado de ello, una tarea que requiere una exploración exhaustiva en el espacio de estados es incomputable (en un plazo prudencial) para sistemas grandes. Las principales aportaciones de esta tesis son tres. Primero, se ofrecen diferentes modelos, usando el Lenguaje Unificado de Modelado (Unified Modelling Language, UML) y las redes de Petri, que ayudan a incorporar las cuestiones de seguridad y tolerancia a fallos en primer plano durante la fase de diseño de los sistemas, permitiendo así, por ejemplo, el análisis del compromiso entre seguridad y rendimiento. En segundo lugar, se proporcionan varios algoritmos para calcular el rendimiento (también bajo condiciones de fallo) mediante el cálculo de cotas de rendimiento superiores, evitando así el problema de la explosión del espacio de estados. Por último, se proporcionan algoritmos para calcular cómo compensar la degradación de rendimiento que se produce ante una situación inesperada en un sistema con tolerancia a fallos

An SRN-based model for quantitative evaluation of IoT quality attributes

Today, the Internet of Things (IoT) is widely used in various fields, including health control, smart cities, intelligent buildings, and so on. One of the severe concerns in IoT systems is the issue of energy consumption and its management. IoT systems have limited energy resources, and in this regard, these limited resources must be managed appropriately. To design and build IoT systems, various aspects such as usable chips, types of communication protocols, timing of sending and receiving data, and so on, directly affect the system’s energy consumption. Therefore, it is necessary to model and evaluate the energy consumption of IoT systems before building and implementing the system. Using an appropriate model makes it possible to investigate and understand how much the system consumes energy and how it is in conformity with the system’s demands. This paper presents a stochastic reward net (SRN)-based model for modeling and quantitative evaluation of system energy consumption. To solve and evaluate the model, the proposed model is converted into an SRN model based on a series of automatic transformations. The proposed model is used in a case study to show how the model works and the results are given in the paper

A formalism for describing and simulating systems with interacting components.

This thesis addresses the problem of descriptive complexity presented by systems involving a high number of interacting components. It investigates the evaluation measure of performability and its application to such systems. A new description and simulation language, ICE and it's application to performability modelling is presented. ICE (Interacting ComponEnts) is based upon an earlier description language which was first proposed for defining reliability problems. ICE is declarative in style and has a limited number of keywords. The ethos in the development of the language has been to provide an intuitive formalism with a powerful descriptive space. The full syntax of the language is presented with discussion as to its philosophy. The implementation of a discrete event simulator using an ICE interface is described, with use being made of examples to illustrate the functionality of the code and the semantics of the language. Random numbers are used to provide the required stochastic behaviour within the simulator. The behaviour of an industry standard generator within the simulator and different methods of number allocation are shown. A new generator is proposed that is a development of a fast hardware shift register generator and is demonstrated to possess good statistical properties and operational speed. For the purpose of providing a rigorous description of the language and clarification of its semantics, a computational model is developed using the formalism of extended coloured Petri nets. This model also gives an indication of the language's descriptive power relative to that of a recognised and well developed technique. Some recognised temporal and structural problems of system event modelling are identified. and ICE solutions given. The growing research area of ATM communication networks is introduced and a sophisticated top down model of an ATM switch presented. This model is simulated and interesting results are given. A generic ICE framework for performability modelling is developed and demonstrated. This is considered as a positive contribution to the general field of performability research

Model-based development of energy-efficient automation systems

Der Energieverbrauch ist ein immer wichtigeres Entscheidungskriterium, das bei der Suche nach guten architektonischen und gestalterischen Alternativen technischer Systeme einbezogen werden muss. Diese Monographie stellt eine Methodik für das modellbasierte Engineering energieeffizienter Automatisierungssysteme vor. In dieser Monografie wird ein eingebettetes System als eine Kombination der Prozessorhardware und des Softwareteils betrachtet. Im entwickelten Verfahren wird der erste Teil durch ein Betriebsmodell (operational model) beschrieben, das alle möglichen Zustände und Übergänge des betrachteten Systems darstellt. Der letzte Teil wird durch ein Anwendungsmodell (application model) repräsentiert, das den Arbeitsablauf eines konkreten für dieses System erstellten Programms widerspiegelt. Gemeinsam werden die beiden Modelle in ein stochastisches Petri-Netz umgewandelt, um eine Analyse des Systems zu ermöglichen. Die entwickelten Transformationsregeln werden vorgestellt und mathematisch beschrieben. Es ist dann möglich, die Leistungsaufnahme des Systems mittels einer Standardauswertung von Petri-Netzen vorherzusagen. Die UML (vereinheitlichte Modellierungssprache) wird in dieser Monographie für die Modellierung der Echtzeitsysteme verwendet. Die mit dem MARTE-Profil (Modellierung und Analyse der Echtzeit- und eingebetteten Systeme) erweiterten Zustandsübergangsdiagramme sind für die Modellierung und Leistungsbewertung ausgewählt. Die vorgestellte Methodik wird durch eine Implementierung der notwendigen Algorithmen und grafischen Editoren in der integrierten Entwicklungsumgebung TimeNET unterstützt. Die entwickelte Erweiterung implementiert die vorgestellte Methode zur Modellierung und Bewertung des Energieverbrauchs basierend auf den erweiterten UML-Modellen, die nun automatisch in ein stochastisches Petri-Netz transformiert werden können. Der Energieverbrauch des Systems kann dann durch die Analyse-Module für stochastische Petri-Netze von TimeNET vorhergesagt werden. Die Vorteile der vorgeschlagenen Methode werden anhand von Anwendungsbeispielen demonstriert.Power consumption is an increasingly important decision criterion that has to be included in the search for good architectural and design alternatives of technical systems. This monograph presents a methodology for the model-based engineering of energy-aware automation systems. In this monograph, an embedded system is considered as an alliance of the processor hardware and the software part. In the developed method, the former part is described by an operational model, which depicts all possible states and transitions of the system under consideration. The latter part is represented by an application model, which reflects the workflow of a concrete program created for this system. Together, these two models are translated into one stochastic Petri net to make analyzing of the system possible. The developed transformation rules are presented and described mathematically. It is then possible to predict the system’s power consumption by a standard evaluation of Petri nets. The Unified Modeling Language (UML) is used in this monograph for modeling of real-time systems. State machine diagrams extended with the MARTE profile (Modeling and Analysis of Real-Time and Embedded Systems) are chosen for modeling and performance evaluation. The presented methodology is supported by an implementation of the necessary algorithms and graphical editors in the software tool TimeNET. The developed extension implements the presented method for power consumption modeling and evaluation based on the extended UML models, which now can be automatically transformed into a stochastic Petri net. The system’s power consumption can be then predicted by the standard Petri net analysis modules of TimeNET. The methodology is validated and its advantages are demonstrated using application examples

Practical Use of High-level Petri Nets

This booklet contains the proceedings of the Workshop on Practical Use of High-level Petri Nets, June 27, 2000. The workshop is part of the 21st International Conference on Application and Theory of Petri Nets organised by the CPN group at the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark. The workshop papers are available in electronic form via the web pages: http://www.daimi.au.dk/pn2000/proceeding