Computing with Chunks

Thesis (Sc. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 2013.This electronic version was submitted by the student author. The certified thesis is available in the Institute Archives and Special Collections.Cataloged from student-submitted PDF version of thesis.Includes bibliographical references (p. 145-150).Modern computing substrates like general-purpose GPUs, massively multi-core processors, and cloud computing clusters offer practically unlimited resources at the cost of requiring programmers to manage those resources for correctness, efficiency, and performance. Instead of using generic abstractions to write their programs, programmers of modern computing substrates are forced to structure their programs around available hardware. This thesis argues for a new generic machine abstraction, the Chunk Model, that explicitly exposes program and machine structure, making it easier to program modern computing substrates. In the Chunk Model, fixed-sized chunks replace the flat virtual memories of traditional computing models. Chunks may link to other chunks, preserving the structure of and important relationships within data and programs as an explicit graph of chunks. Since chunks are limited in size, large data structures must be divided into many chunks, exposing the structure of programs and data structures to run-time systems. Those run-time systems, in turn, may optimize run-time execution, both for ease of programming and performance, based on the exposed structure. This thesis describes a full computing stack that implements the Chunk Model. At the bottom layer is a distributed chunk memory that exploits locality of hardware components while still providing programmer-friendly consistency semantics and distributed garbage collection. On top of the distributed chunk memory, we build a virtual machine that stores all run-time state in chunks, enabling computation to be distributed through the distributed chunk memory system. All of these features are aimed at making it easier to program modern computing substrates. This thesis evaluates the Chunk Model through example applications in cloud computing, scientific computing, and shared client/server computing.by Justin Mazzola Paluska.Sc.D

Annotierte interaktive nichtlineare Videos - Software Suite, Download- und Cache-Management

Modern Web technology makes the dream of fully interactive and enriched video come true. Nowadays it is possible to organize videos in a non-linear way playing in a sequence unknown in advance. Furthermore, additional information can be added to the video, ranging from short descriptions to animated images and further videos. This affords an easy and efficient to use authoring tool which is capable of the management of the single media objects, as well as a clear arrangement of the links between the parts. Tools of this kind can be found rarely and do mostly not provide the full range of needed functions. While providing an interactive experience to the viewer in the Web player, parallel plot sequences and additional information lead to an increased download volume. This may cause pauses during playback while elements have to be downloaded which are displayed with the video. A good quality of experience for these videos with small waiting times and a playback without interruptions is desired. This work presents the SIVA Suite to create the previously described annotated interactive non-linear videos. We propose a video model for interactivity, non-linearity, and annotations, which is implemented in an XML format, an authoring tool, and a player. Video is the main medium, whereby different scenes are linked to a scene graph. Time controlled additional content called annotations, like text, images, audio files, or videos, is added to the scenes. The user is able to navigate in the scene graph by selecting a button at a button panel. Furthermore, other navigational elements like a table of contents or a keyword search are provided. Besides the SIVA Suite, this thesis presents algorithms and strategies for download and cache management to provide a good quality of experience while watching the annotated interactive non-linear videos. Therefor, we implemented a standard-independent player framework. Integrated into a simulation environment, the framework allows to evaluate algorithms and strategies for the calculation of start-up times, and the selection of elements to pre-fetch into and delete from the cache. Their interaction during the playback of non-linear video contents can be analyzed. The algorithms and strategies can be used to minimize interruptions in the video flow after user interactions. Our extensive evaluation showed that our techniques result in faster start-up times and lesser interruptions in the video flow than those of other players. Knowledge of the structure of an interactive non-linear video can be used to minimize the start-up time at the beginning of a video while minimizing an increase in the overall download volume.Moderne Web-Technologien lassen den Traum von voll interaktiven und bereicherten Videos wahr werden. Heutzutage ist es möglich, Videos in nicht-linearer Art und Weise zu organisieren, welche dann in einer vorher unbekannten Reihenfolge abgespielt werden können. Weiterhin können den Videos Zusatzinformationen in Form von kurzen Beschreibungen über animierte Bilder bis hin zu weiteren Videos hinzugefügt werden. Dies erfordert ein einfach und effizient zu bedienendes Autorenwerkzeug, das in der Lage ist, sowohl einzelne Medien-Objekte zu verwalten, als auch die Verbindungen zwischen den einzelnen Teilen klar darzustellen. Tools dieser Art sind selten und bieten meist nicht den vollen benötigten Funktionsumfang. Während dem Betrachter dieses interaktive Erlebnis im Web Player zur Verfügung gestellt wird, führen parallele Handlungsstränge und zusätzliche Inhalte zu einem erhöhten Download-Volumen. Dies kann zu Pausen während der Wiedergabe führen, in denen Elemente vom Server geladen werden müssen, welche mit dem Video angezeigt werden sollen. Ein gutes Benutzungserlebnis für solche Videos kann durch geringe Wartezeiten und eine unterbrechungsfreie Wiedergabe erreicht werden. Diese Arbeit stellt die SIVA Suite vor, mit der die zuvor beschriebenen annotierten interaktiven nicht-linearen Videos erstellt werden können. Wir bilden Interaktivität, Nichtlinearität und Annotationen in einem Video-Model ab. Dieses wird in unserem XML-Format, Autorentool und Player umgesetzt. Als Leitmedium werden hierbei Videos verwendet, welche aufgeteilt in Szenen zu einer Graphstruktur zusammengefügt werden können. Zeitlich gesteuerte zusätzliche Inhalte, sogenannte Annotationen, wie Texte, Bilder, Audio-Dateien und Videos, werden den Szenen hinzugefügt. Der Betrachter kann im Szenengraph navigieren, indem er in einem bereitgestellten Button-Panel eine Nachfolgeszene auswählt. Andere Navigationselemente sind ein Inhaltsverzeichnis sowie eine Suchfunktion. Neben der SIVA Suite beschreibt diese Arbeit Algorithmen und Strategien für Download und Cache Management, um eine gute Nutzungserfahrung während der Betrachtung der annotierten interaktiven nicht-linearen Videos zu bieten. Ein Webstandard-unabhängiges Playerframework erlaubt es, das Zusammenspiel von Algorithmen und Strategien zu evaluieren, welche für die Berechnung der Start-Zeitpunkte für die Wiedergabe, sowie die Auswahl von vorauszuladenden sowie zu löschenden Elemente verwendet werden. Ziel ist es, Unterbrechungen zu minimieren, wenn der Ablauf des Videos durch Benutzerinteraktion beeinflusst wird. Unsere umfassende Evaluation zeigte, dass es möglich ist, kürzere Startup-Zeiten und weniger Unterbrechungen mit unseren Strategien zu erreichen, als bei der Verwendung der Strategien anderer Player. Die Kenntnis der Struktur des interaktiven nicht-linearen Videos kann dazu verwendet werden, die Startzeit am Anfang der Szenen zu minimieren, während das Download-Volumen nicht erhöht wird

Interactive Streaming of Structured Data

We present ChunkStream, a system for efficient streaming and interactive editing of online video. Rather than using a specialized protocol and stream format, ChunkStream makes use of a generic mechanism employing chunks. Chunks are fixed-size arrays that contain a mixture of scalar data and references to other chunks. Chunks allow programmers to expose large, but fine-grained, data structures over the network. ChunkStream represents video clips using simple data types like linked lists and search trees, allowing a client to retrieve and work with only the portions of the clips that it needs. ChunkStream supports resource-adaptive playback and "live" streaming of real-time video as well as fast, frame-accurate seeking; bandwidth-efficient high-speed playback; and compilation of editing decisions from a set of clips. Benchmarks indicate that ChunkStream uses less bandwidth than HTTP Live Streaming while providing better support for editing primitives.T-Party Projec