Smart Sampling for Lightweight Verification of Markov Decision Processes

Markov decision processes (MDP) are useful to model optimisation problems in concurrent systems. To verify MDPs with efficient Monte Carlo techniques requires that their nondeterminism be resolved by a scheduler. Recent work has introduced the elements of lightweight techniques to sample directly from scheduler space, but finding optimal schedulers by simple sampling may be inefficient. Here we describe "smart" sampling algorithms that can make substantial improvements in performance.Comment: IEEE conference style, 11 pages, 5 algorithms, 11 figures, 1 tabl

Contributions to High-Throughput Computing Based on the Peer-to-Peer Paradigm

XII, 116 p.This dissertation focuses on High Throughput Computing (HTC) systems and how to build a working HTC system using Peer-to-Peer (P2P) technologies. The traditional HTC systems, designed to process the largest possible number of tasks per unit of time, revolve around a central node that implements a queue used to store and manage submitted tasks. This central node limits the scalability and fault tolerance of the HTC system. A usual solution involves the utilization of replicas of the master node that can replace it. This solution is, however, limited by the number of replicas used. In this thesis, we propose an alternative solution that follows the P2P philosophy: a completely distributed system in which all worker nodes participate in the scheduling tasks, and with a physically distributed task queue implemented on top of a P2P storage system. The fault tolerance and scalability of this proposal is, therefore, limited only by the number of nodes in the system. The proper operation and scalability of our proposal have been validated through experimentation with a real system. The data availability provided by Cassandra, the P2P data management framework used in our proposal, is analysed by means of several stochastic models. These models can be used to make predictions about the availability of any Cassandra deployment, as well as to select the best possible con guration of any Cassandra system. In order to validate the proposed models, an experimentation with real Cassandra clusters is made, showing that our models are good descriptors of Cassandra's availability. Finally, we propose a set of scheduling policies that try to solve a common problem of HTC systems: re-execution of tasks due to a failure in the node where the task was running, without additional resource misspending. In order to reduce the number of re-executions, our proposals try to nd good ts between the reliability of nodes and the estimated length of each task. An extensive simulation-based experimentation shows that our policies are capable of reducing the number of re-executions, improving system performance and utilization of nodes

Trade-off among timeliness, messages and accuracy for large-Ssale information management

The increasing amount of data and the number of nodes in large-scale environments require new techniques for information management. Examples of such environments are the decentralized infrastructures of Computational Grid and Computational Cloud applications. These large-scale applications need different kinds of aggregated information such as resource monitoring, resource discovery or economic information. The challenge of providing timely and accurate information in large scale environments arise from the distribution of the information. Reasons for delays in distributed information system are a long information transmission time due to the distribution, churn and failures. A problem of large applications such as peer-to-peer (P2P) systems is the increasing retrieval time of the information due to the decentralization of the data and the failure proneness. However, many applications need a timely information provision. Another problem is an increasing network consumption when the application scales to millions of users and data. Using approximation techniques allows reducing the retrieval time and the network consumption. However, the usage of approximation techniques decreases the accuracy of the results. Thus, the remaining problem is to offer a trade-off in order to solve the conflicting requirements of fast information retrieval, accurate results and low messaging cost. Our goal is to reach a self-adaptive decision mechanism to offer a trade-off among the retrieval time, the network consumption and the accuracy of the result. Self-adaption enables distributed software to modify its behavior based on changes in the operating environment. In large-scale information systems that use hierarchical data aggregation, we apply self-adaptation to control the approximation used for the information retrieval and reduces the network consumption and the retrieval time. The hypothesis of the thesis is that approximation techniquescan reduce the retrieval time and the network consumption while guaranteeing an accuracy of the results, while considering user’s defined priorities. First, this presented research addresses the problem of a trade-off among a timely information retrieval, accurate results and low messaging cost by proposing a summarization algorithm for resource discovery in P2P-content networks. After identifying how summarization can improve the discovery process, we propose an algorithm which uses a precision-recall metric to compare the accuracy and to offer a user-driven trade-off. Second, we propose an algorithm that applies a self-adaptive decision making on each node. The decision is about the pruning of the query and returning the result instead of continuing the query. The pruning reduces the retrieval time and the network consumption at the cost of a lower accuracy in contrast to continuing the query. The algorithm uses an analytic hierarchy process to assess the user’s priorities and to propose a trade-off in order to satisfy the accuracy requirements with a low message cost and a short delay. A quantitative analysis evaluates our presented algorithms with a simulator, which is fed with real data of a network topology and the nodes’ attributes. The usage of a simulator instead of the prototype allows the evaluation in a large scale of several thousands of nodes. The algorithm for content summarization is evaluated with half a million of resources and with different query types. The selfadaptive algorithm is evaluated with a simulator of several thousands of nodes that are created from real data. A qualitative analysis addresses the integration of the simulator’s components in existing market frameworks for Computational Grid and Cloud applications. The proposed content summarization algorithm reduces the information retrieval time from a logarithmic increase to a constant factor. Furthermore, the message size is reduced significantly by applying the summarization technique. For the user, a precision-recall metric allows defining the relation between the retrieval time and the accuracy. The self-adaptive algorithm reduces the number of messages needed from an exponential increase to a constant factor. At the same time, the retrieval time is reduced to a constant factor under an increasing number of nodes. Finally, the algorithm delivers the data with the required accuracy adjusting the depth of the query according to the network conditions.La gestió de la informació exigeix noves tècniques que tractin amb la creixent quantitat de dades i nodes en entorns a gran escala. Alguns exemples d’aquests entorns són les infraestructures descentralitzades de Computacional Grid i Cloud. Les aplicacions a gran escala necessiten diferents classes d’informació agregada com monitorització de recursos i informació econòmica. El desafiament de proporcionar una provisió ràpida i acurada d’informació en ambients de grans escala sorgeix de la distribució de la informació. Una raó és que el sistema d’informació ha de tractar amb l’adaptabilitat i fracassos d’aquests ambients. Un problema amb aplicacions molt grans com en sistemes peer-to-peer (P2P) és el creixent temps de recuperació de l’informació a causa de la descentralització de les dades i la facilitat al fracàs. No obstant això, moltes aplicacions necessiten una provisió d’informació puntual. A més, alguns usuaris i aplicacions accepten inexactituds dels resultats si la informació es reparteix a temps. A més i més, el consum de xarxa creixent fa que sorgeixi un altre problema per l’escalabilitat del sistema. La utilització de tècniques d’aproximació permet reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa. No obstant això, l’ús de tècniques d’aproximació disminueix la precisió dels resultats. Així, el problema restant és oferir un compromís per resoldre els requisits en conflicte d’extracció de la informació ràpida, resultats acurats i cost d’enviament baix. El nostre objectiu és obtenir un mecanisme de decisió completament autoadaptatiu per tal d’oferir el compromís entre temps de recuperació, consum de xarxa i precisió del resultat. Autoadaptacío permet al programari distribuït modificar el seu comportament en funció dels canvis a l’entorn d’operació. En sistemes d’informació de gran escala que utilitzen agregació de dades jeràrquica, l’auto-adaptació permet controlar l’aproximació utilitzada per a l’extracció de la informació i redueixen el consum de xarxa i el temps de recuperació. La hipòtesi principal d’aquesta tesi és que els tècniques d’aproximació permeten reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa mentre es garanteix una precisió adequada definida per l’usari. La recerca que es presenta, introdueix un algoritme de sumarització de continguts per a la descoberta de recursos a xarxes de contingut P2P. Després d’identificar com sumarització pot millorar el procés de descoberta, proposem una mètrica que s’utilitza per comparar la precisió i oferir un compromís definit per l’usuari. Després, introduïm un algoritme nou que aplica l’auto-adaptació a un ordre per satisfer els requisits de precisió amb un cost de missatge baix i un retard curt. Basat en les prioritats d’usuari, l’algoritme troba automàticament un compromís. L’anàlisi quantitativa avalua els algoritmes presentats amb un simulador per permetre l’evacuació d’uns quants milers de nodes. El simulador s’alimenta amb dades d’una topologia de xarxa i uns atributs dels nodes reals. L’algoritme de sumarització de contingut s’avalua amb mig milió de recursos i amb diferents tipus de sol·licituds. L’anàlisi qualitativa avalua la integració del components del simulador en estructures de mercat existents per a aplicacions de Computacional Grid i Cloud. Així, la funcionalitat implementada del simulador (com el procés d’agregació i la query language) és comprovada per la integració de prototips. L’algoritme de sumarització de contingut proposat redueix el temps d’extracció de l’informació d’un augment logarítmic a un factor constant. A més, també permet que la mida del missatge es redueix significativament. Per a l’usuari, una precision-recall mètric permet definir la relació entre el nivell de precisió i el temps d’extracció de la informació. Alhora, el temps de recuperació es redueix a un factor constant sota un nombre creixent de nodes. Finalment, l’algoritme reparteix les dades amb la precisió exigida i ajusta la profunditat de la sol·licitud segons les condicions de xarxa. Els algoritmes introduïts són prometedors per ser utilitzats per l’agregació d’informació en nous sistemes de gestió de la informació de gran escala en el futur

Privacy-preserving overgrid: Secure data collection for the smart grid

In this paper, we present a privacy-preserving scheme for Overgrid, a fully distributed peer-to-peer (P2P) architecture designed to automatically control and implement distributed Demand Response (DR) schemes in a community of smart buildings with energy generation and storage capabilities. To monitor the power consumption of the buildings, while respecting the privacy of the users, we extend our previous Overgrid algorithms to provide privacy preserving data aggregation (PP-Overgrid). This new technique combines a distributed data aggregation scheme with the Secure Multi-Party Computation paradigm. First, we use the energy profiles of hundreds of buildings, classifying the amount of “flexible” energy consumption, i.e., the quota which could be potentially exploited for DR programs. Second, we consider renewable energy sources and apply the DR scheme to match the flexible consumption with the available energy. Finally, to show the feasibility of our approach, we validate the PP-Overgrid algorithm in simulation for a large network of smart buildings

Privacy-preserving Overgrid: Secure Data Collection for the Smart Grid

In this paper we present a privacy-preserving scheme for Overgrid, a fully distributed peer-to-peer (P2P) architecture designed to automatically control and implement distributed Demand Response (DR) schemes in a community of smart buildings with energy generation and storage capabilities. To monitor the power consumption of the buildings, while respecting the privacy of the users, we extend our previous Overgrid algorithms to provide privacy preserving data aggregation ( extit{PP-Overgrid}). This new technique combines a distributed data aggregation scheme with the Secure Multi-Party Computation paradigm. First, we use the energy profiles of hundreds of buildings, classifying the amount of ``flexible'' energy consumption, i.e. the quota which could be potentially exploited for DR programs. Second, we consider renewable energy sources and apply the DR scheme to match the flexible consumption with the available energy. Finally, to show the feasibility of our approach, we validate the PP-Overgrid algorithm in simulation for a large network of smart buildin

Trade-off among timeliness, messages and accuracy for large-Ssale information management

The increasing amount of data and the number of nodes in large-scale environments require new techniques for information management. Examples of such environments are the decentralized infrastructures of Computational Grid and Computational Cloud applications. These large-scale applications need different kinds of aggregated information such as resource monitoring, resource discovery or economic information. The challenge of providing timely and accurate information in large scale environments arise from the distribution of the information. Reasons for delays in distributed information system are a long information transmission time due to the distribution, churn and failures. A problem of large applications such as peer-to-peer (P2P) systems is the increasing retrieval time of the information due to the decentralization of the data and the failure proneness. However, many applications need a timely information provision. Another problem is an increasing network consumption when the application scales to millions of users and data. Using approximation techniques allows reducing the retrieval time and the network consumption. However, the usage of approximation techniques decreases the accuracy of the results. Thus, the remaining problem is to offer a trade-off in order to solve the conflicting requirements of fast information retrieval, accurate results and low messaging cost. Our goal is to reach a self-adaptive decision mechanism to offer a trade-off among the retrieval time, the network consumption and the accuracy of the result. Self-adaption enables distributed software to modify its behavior based on changes in the operating environment. In large-scale information systems that use hierarchical data aggregation, we apply self-adaptation to control the approximation used for the information retrieval and reduces the network consumption and the retrieval time. The hypothesis of the thesis is that approximation techniquescan reduce the retrieval time and the network consumption while guaranteeing an accuracy of the results, while considering user’s defined priorities. First, this presented research addresses the problem of a trade-off among a timely information retrieval, accurate results and low messaging cost by proposing a summarization algorithm for resource discovery in P2P-content networks. After identifying how summarization can improve the discovery process, we propose an algorithm which uses a precision-recall metric to compare the accuracy and to offer a user-driven trade-off. Second, we propose an algorithm that applies a self-adaptive decision making on each node. The decision is about the pruning of the query and returning the result instead of continuing the query. The pruning reduces the retrieval time and the network consumption at the cost of a lower accuracy in contrast to continuing the query. The algorithm uses an analytic hierarchy process to assess the user’s priorities and to propose a trade-off in order to satisfy the accuracy requirements with a low message cost and a short delay. A quantitative analysis evaluates our presented algorithms with a simulator, which is fed with real data of a network topology and the nodes’ attributes. The usage of a simulator instead of the prototype allows the evaluation in a large scale of several thousands of nodes. The algorithm for content summarization is evaluated with half a million of resources and with different query types. The selfadaptive algorithm is evaluated with a simulator of several thousands of nodes that are created from real data. A qualitative analysis addresses the integration of the simulator’s components in existing market frameworks for Computational Grid and Cloud applications. The proposed content summarization algorithm reduces the information retrieval time from a logarithmic increase to a constant factor. Furthermore, the message size is reduced significantly by applying the summarization technique. For the user, a precision-recall metric allows defining the relation between the retrieval time and the accuracy. The self-adaptive algorithm reduces the number of messages needed from an exponential increase to a constant factor. At the same time, the retrieval time is reduced to a constant factor under an increasing number of nodes. Finally, the algorithm delivers the data with the required accuracy adjusting the depth of the query according to the network conditions.La gestió de la informació exigeix noves tècniques que tractin amb la creixent quantitat de dades i nodes en entorns a gran escala. Alguns exemples d’aquests entorns són les infraestructures descentralitzades de Computacional Grid i Cloud. Les aplicacions a gran escala necessiten diferents classes d’informació agregada com monitorització de recursos i informació econòmica. El desafiament de proporcionar una provisió ràpida i acurada d’informació en ambients de grans escala sorgeix de la distribució de la informació. Una raó és que el sistema d’informació ha de tractar amb l’adaptabilitat i fracassos d’aquests ambients. Un problema amb aplicacions molt grans com en sistemes peer-to-peer (P2P) és el creixent temps de recuperació de l’informació a causa de la descentralització de les dades i la facilitat al fracàs. No obstant això, moltes aplicacions necessiten una provisió d’informació puntual. A més, alguns usuaris i aplicacions accepten inexactituds dels resultats si la informació es reparteix a temps. A més i més, el consum de xarxa creixent fa que sorgeixi un altre problema per l’escalabilitat del sistema. La utilització de tècniques d’aproximació permet reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa. No obstant això, l’ús de tècniques d’aproximació disminueix la precisió dels resultats. Així, el problema restant és oferir un compromís per resoldre els requisits en conflicte d’extracció de la informació ràpida, resultats acurats i cost d’enviament baix. El nostre objectiu és obtenir un mecanisme de decisió completament autoadaptatiu per tal d’oferir el compromís entre temps de recuperació, consum de xarxa i precisió del resultat. Autoadaptacío permet al programari distribuït modificar el seu comportament en funció dels canvis a l’entorn d’operació. En sistemes d’informació de gran escala que utilitzen agregació de dades jeràrquica, l’auto-adaptació permet controlar l’aproximació utilitzada per a l’extracció de la informació i redueixen el consum de xarxa i el temps de recuperació. La hipòtesi principal d’aquesta tesi és que els tècniques d’aproximació permeten reduir el temps de recuperació i el consum de xarxa mentre es garanteix una precisió adequada definida per l’usari. La recerca que es presenta, introdueix un algoritme de sumarització de continguts per a la descoberta de recursos a xarxes de contingut P2P. Després d’identificar com sumarització pot millorar el procés de descoberta, proposem una mètrica que s’utilitza per comparar la precisió i oferir un compromís definit per l’usuari. Després, introduïm un algoritme nou que aplica l’auto-adaptació a un ordre per satisfer els requisits de precisió amb un cost de missatge baix i un retard curt. Basat en les prioritats d’usuari, l’algoritme troba automàticament un compromís. L’anàlisi quantitativa avalua els algoritmes presentats amb un simulador per permetre l’evacuació d’uns quants milers de nodes. El simulador s’alimenta amb dades d’una topologia de xarxa i uns atributs dels nodes reals. L’algoritme de sumarització de contingut s’avalua amb mig milió de recursos i amb diferents tipus de sol·licituds. L’anàlisi qualitativa avalua la integració del components del simulador en estructures de mercat existents per a aplicacions de Computacional Grid i Cloud. Així, la funcionalitat implementada del simulador (com el procés d’agregació i la query language) és comprovada per la integració de prototips. L’algoritme de sumarització de contingut proposat redueix el temps d’extracció de l’informació d’un augment logarítmic a un factor constant. A més, també permet que la mida del missatge es redueix significativament. Per a l’usuari, una precision-recall mètric permet definir la relació entre el nivell de precisió i el temps d’extracció de la informació. Alhora, el temps de recuperació es redueix a un factor constant sota un nombre creixent de nodes. Finalment, l’algoritme reparteix les dades amb la precisió exigida i ajusta la profunditat de la sol·licitud segons les condicions de xarxa. Els algoritmes introduïts són prometedors per ser utilitzats per l’agregació d’informació en nous sistemes de gestió de la informació de gran escala en el futur.Postprint (published version

STaRS: A scalable task routing approach to distributed scheduling

La planificación de muchas tareas en entornos de millones de nodos no confiables representa un gran reto. Las plataformas de computación más conocidas normalmente confían en poder gestionar en un elemento centralizado todo el estado tanto de los nodos como de las aplicaciones. Esto limita su escalabilidad y capacidad para tolerar fallos. Un modelo descentralizado puede superar estos problemas pero, por lo que sabemos, ninguna solución propuesta hasta el momento ofrece resultados satisfactorios. En esta tesis, presentamos un modelo de planificación descentralizado con tres objetivos: que escale hasta millones de nodos, sin una pérdida de prestaciones que lo inhabilite; que tolere altas tasas de fallos; y que permita la implementación de varias políticas de planificación para diferentes situaciones. Nuestra propuesta consta de tres elementos principales: un modelo de datos genérico para representar la disponibilidad de los nodos de ejecución; un esquema de agregación que propaga esta información por una capa de red jerárquica; y un algoritmo de reexpedición que, usando la información agregada, encamina tareas hacia los nodos de ejecución más apropiados. Estos tres elementos son fácilmente extensibles para proporcionar diversas políticas de planificación. En concreto, nosotros hemos implementado cinco. Una política que simplemente asigna tareas a nodos desocupados; una política que minimiza el tiempo de finalización del trabajo global; una política que cumple con los requerimientos de fecha límite de aplicaciones tipo "saco de tareas"; una política que cumple con los requerimientos de fecha límite de aplicaciones tipo "workflow"; y una política que otorga una porción equitativa de la plataforma a cada aplicación. La escalabilidad se consigue a través del esquema de agregación, que provee de suficiente información de disponibilidad a los niveles altos de la jerarquía sin inundarlos, y el algoritmo de reexpedición, que busca nodos de ejecución en varias ramas de la jerarquía de manera concurrente. Como consecuencia, los costes de comunicación están acotados y los de asignación muestran un comportamiento casi logarítmico con el tamaño del sistema. Un millar de tareas se asignan en una red de 100.000 nodos en menos de 3,5 segundos, así que podemos plantearnos utilizar nuestro modelo incluso con tareas de tan solo unos minutos de duración. Por lo que sabemos, ningún trabajo similar ha sido probado con más de 10.000 nodos. Los fallos se gestionan con una estrategia de mejor esfuerzo. Cuando se detecta el fallo de un nodo, las tareas que estaba ejecutando son reenviadas por sus propietarios y la información de disponibilidad que gestionaba es reconstruida por sus vecinos. De esta manera, nuestro modelo es capaz de degradar sus prestaciones de manera proporcional al número de nodos fallidos y recuperar toda su funcionalidad. Para demostrarlo, hemos realizado pruebas de tasa media de fallos y de fallos catastróficos. Incluso con nodos fallando con un periodo mediano de solo 5 minutos, nuestro planificador es capaz de continuar dando servicio. Al mismo tiempo, es capaz de recuperarse del fallo de una fracción importante de los nodos, siempre que la capa de red jerárquico que sustenta el sistema pueda soportarlo. Después de comprobar que es factible implementar políticas con muy distintos objetivos usando nuestro modelo de planificación, también hemos probado sus prestaciones. Hemos comparado cada política con una versión centralizada que tiene pleno conocimiento del estado de cada nodo de ejecución. El resultado es que tienen unas prestaciones cercanas a las de una implementación centralizada, incluso en entornos de gran escala y con altas tasas de fallo

A decentralized framework for cross administrative domain data sharing

Federation of messaging and storage platforms located in remote datacenters is an essential functionality to share data among geographically distributed platforms. When systems are administered by the same owner data replication reduces data access latency bringing data closer to applications and enables fault tolerance to face disaster recovery of an entire location. When storage platforms are administered by different owners data replication across different administrative domains is essential for enterprise application data integration. Contents and services managed by different software platforms need to be integrated to provide richer contents and services. Clients may need to share subsets of data in order to enable collaborative analysis and service integration. Platforms usually include proprietary federation functionalities and specific APIs to let external software and platforms access their internal data. These different techniques may not be applicable to all environments and networks due to security and technological restrictions. Moreover the federation of dispersed nodes under a decentralized administration scheme is still a research issue. This thesis is a contribution along this research direction as it introduces and describes a framework, called \u201cWideGroups\u201d, directed towards the creation and the management of an automatic federation and integration of widely dispersed platform nodes. It is based on groups to exchange messages among distributed applications located in different remote datacenters. Groups are created and managed using client side programmatic configuration without touching servers. WideGroups enables the extension of the software platform services to nodes belonging to different administrative domains in a wide area network environment. It lets different nodes form ad-hoc overlay networks on-the-fly depending on message destinations located in distinct administrative domains. It supports multiple dynamic overlay networks based on message groups, dynamic discovery of nodes and automatic setup of overlay networks among nodes with no server-side configuration. I designed and implemented platform connectors to integrate the framework as the federation module of Message Oriented Middleware and Key Value Store platforms, which are among the most widespread paradigms supporting data sharing in distributed systems

Descoberta de recursos para sistemas de escala arbitrarias

Doutoramento em InformáticaTecnologias de Computação Distribuída em larga escala tais como Cloud, Grid, Cluster e Supercomputadores HPC estão a evoluir juntamente com a emergência revolucionária de modelos de múltiplos núcleos (por exemplo: GPU, CPUs num único die, Supercomputadores em single die, Supercomputadores em chip, etc) e avanços significativos em redes e soluções de interligação. No futuro, nós de computação com milhares de núcleos podem ser ligados entre si para formar uma única unidade de computação transparente que esconde das aplicações a complexidade e a natureza distribuída desses sistemas com múltiplos núcleos. A fim de beneficiar de forma eficiente de todos os potenciais recursos nesses ambientes de computação em grande escala com múltiplos núcleos ativos, a descoberta de recursos é um elemento crucial para explorar ao máximo as capacidade de todos os recursos heterogéneos distribuídos, através do reconhecimento preciso e localização desses recursos no sistema. A descoberta eficiente e escalável de recursos ´e um desafio para tais sistemas futuros, onde os recursos e as infira-estruturas de computação e comunicação subjacentes são altamente dinâmicas, hierarquizadas e heterogéneas. Nesta tese, investigamos o problema da descoberta de recursos no que diz respeito aos requisitos gerais da escalabilidade arbitrária de ambientes de computação futuros com múltiplos núcleos ativos. A principal contribuição desta tese ´e a proposta de uma entidade de descoberta de recursos adaptativa híbrida (Hybrid Adaptive Resource Discovery - HARD), uma abordagem de descoberta de recursos eficiente e altamente escalável, construída sobre uma sobreposição hierárquica virtual baseada na auto-organizaçãoo e auto-adaptação de recursos de processamento no sistema, onde os recursos computacionais são organizados em hierarquias distribuídas de acordo com uma proposta de modelo de descriçãoo de recursos multi-camadas hierárquicas. Operacionalmente, em cada camada, que consiste numa arquitetura ponto-a-ponto de módulos que, interagindo uns com os outros, fornecem uma visão global da disponibilidade de recursos num ambiente distribuído grande, dinâmico e heterogéneo. O modelo de descoberta de recursos proposto fornece a adaptabilidade e flexibilidade para executar consultas complexas através do apoio a um conjunto de características significativas (tais como multi-dimensional, variedade e consulta agregada) apoiadas por uma correspondência exata e parcial, tanto para o conteúdo de objetos estéticos e dinâmicos. Simulações mostram que o HARD pode ser aplicado a escalas arbitrárias de dinamismo, tanto em termos de complexidade como de escala, posicionando esta proposta como uma arquitetura adequada para sistemas futuros de múltiplos núcleos. Também contribuímos com a proposta de um regime de gestão eficiente dos recursos para sistemas futuros que podem utilizar recursos distribuíos de forma eficiente e de uma forma totalmente descentralizada. Além disso, aproveitando componentes de descoberta (RR-RPs) permite que a nossa plataforma de gestão de recursos encontre e aloque dinamicamente recursos disponíeis que garantam os parâmetros de QoS pedidos.Large scale distributed computing technologies such as Cloud, Grid, Cluster and HPC supercomputers are progressing along with the revolutionary emergence of many-core designs (e.g. GPU, CPUs on single die, supercomputers on chip, etc.) and significant advances in networking and interconnect solutions. In future, computing nodes with thousands of cores may be connected together to form a single transparent computing unit which hides from applications the complexity and distributed nature of these many core systems. In order to efficiently benefit from all the potential resources in such large scale many-core-enabled computing environments, resource discovery is the vital building block to maximally exploit the capabilities of all distributed heterogeneous resources through precisely recognizing and locating those resources in the system. The efficient and scalable resource discovery is challenging for such future systems where the resources and the underlying computation and communication infrastructures are highly-dynamic, highly-hierarchical and highly-heterogeneous. In this thesis, we investigate the problem of resource discovery with respect to the general requirements of arbitrary scale future many-core-enabled computing environments. The main contribution of this thesis is to propose Hybrid Adaptive Resource Discovery (HARD), a novel efficient and highly scalable resource-discovery approach which is built upon a virtual hierarchical overlay based on self-organization and self-adaptation of processing resources in the system, where the computing resources are organized into distributed hierarchies according to a proposed hierarchical multi-layered resource description model. Operationally, at each layer, it consists of a peer-to-peer architecture of modules that, by interacting with each other, provide a global view of the resource availability in a large, dynamic and heterogeneous distributed environment. The proposed resource discovery model provides the adaptability and flexibility to perform complex querying by supporting a set of significant querying features (such as multi-dimensional, range and aggregate querying) while supporting exact and partial matching, both for static and dynamic object contents. The simulation shows that HARD can be applied to arbitrary scales of dynamicity, both in terms of complexity and of scale, positioning this proposal as a proper architecture for future many-core systems. We also contributed to propose a novel resource management scheme for future systems which efficiently can utilize distributed resources in a fully decentralized fashion. Moreover, leveraging discovery components (RR-RPs) enables our resource management platform to dynamically find and allocate available resources that guarantee the QoS parameters on demand