Light-Weight Hierarchical Clustering Middleware for Public-Resource Computing

The goal of this work was to investigate ways to implement and improve a public-resource computing middleware. Specifically, to make hosting a public-resource computing project logistically simpler and to examine the affect of hierarchical clustering on bandwidth utilization at the central server. To this end, we present the architecture for our cross-platform, multithreaded public-resource computing middleware. Implementing and debugging the middleware proved far more challenging than initially anticipated. As hard as debugging multithreaded programs is, our experience has shown us that it can be leveraged to simplify system components. Our main contribution is the final system architecture.Computer Science Departmen

Estudo sobre processamento maciçamente paralelo na internet

Orientador: Marco Aurélio Amaral HenriquesTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho estuda a possibilidade de aproveitar o poder de processamento agregado dos computadores conectados pela Internet para resolver problemas de grande porte. O trabalho apresenta um estudo do problema tanto do ponto de vista teórico quanto prático. Desde o ponto de vista teórico estudam-se as características das aplicações paralelas que podem tirar proveito de um ambiente computacional com um grande número de computadores heterogêneos fracamente acoplados. Desde o ponto de vista prático estudam-se os problemas fundamentais a serem resolvidos para se construir um computador paralelo virtual com estas características e propõem-se soluções para alguns dos mais importantes como balanceamento de carga e tolerância a falhas. Os resultados obtidos indicam que é possível construir um computador paralelo virtual robusto, escalável e tolerante a falhas e obter bons resultados na execução de aplicações com alta razão computação/comunicaçãoAbstract: This thesis explores the possibility of using the aggregated processing power of computers connected by the Internet to solve large problems. The issue is studied both from the theoretical and practical point of views. From the theoretical perspective this work studies the characteristics that parallel applications should have to be able to exploit an environment with a large, weakly connected set of computers. From the practical perspective the thesis indicates the fundamental problems to be solved in order to construct a large parallel virtual computer, and proposes solutions to some of the most important of them, such as load balancing and fault tolerance. The results obtained so far indicate that it is possible to construct a robust, scalable and fault tolerant parallel virtual computer and use it to execute applications with high computing/communication ratioDoutoradoEngenharia de ComputaçãoDoutor em Engenharia Elétric

Biomedical semantic question and answering system

Tese de mestrado, Informática, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017Os sistemas de Question Answering são excelentes ferramentas para a obtenção de respostas simples e em vários formatos de uma maneira tamb´em simples, sendo de grande utilidade na área de Information Retrieval, para responder a perguntas da comunidade online, e também para fins investigativos ou de prospeção de informação. A área da saúde tem beneficiado muito com estes avanços, auxiliados com o progresso da tecnologia e de ferramentas delas provenientes, que podem ser usadas nesta área, resultando na constante informatização destas áreas. Estes sistemas têm um grande potencial, uma vez que eles acedem a grandes conjuntos de dados estruturados e não estruturados, como por exemplo, a Web ou a grandes repositórios de informação provenientes de lá, de forma a obter as suas respostas, e no caso da comunidade de perguntas e respostas, fóruns online de perguntas e respostas em threads por temática. Os dados não estruturados fornecem um maior desafio, apesar dos dados estruturados de certa maneira limitar o leque de opções transformativas sobre os mesmos. A mesma disponibilização de tais conjuntos de dados de forma pública em formato digital oferecem uma maior liberdade para o público, e mais especificamente os investigadores das áreas específicas envolvidas com estes dados, permitindo uma fácil partilha das mesmas entre os vários interessados. De um modo geral, tais sistemas não estão disponíveis para reutilização pública, porque estão limitados ao campo da investigação, para provar conceitos de algoritmos específicos, são de difícil reutilização por parte de um público mais alargado, ou são ainda de difícil manutenção, pois rapidamente podem ficar desatualizados, principalmente nas tecnologias usadas, que podem deixar de ter suporte. O objetivo desta tese é desenvolver um sistema que colmate algumas destas falhas, promovendo a modularidade entre os módulos, o equilíbrio entre a implementação e a facilidade de utilização, desempenho dos sub-módulos, com o mínimo de pré-requisitos possíveis, tendo como resultado final um sistema de QA base adapaptado para um domínio de conhecimento. Tal sistema será constituído por subsistemas provados individualmente. Nesta tese, são descritobos vários tipos de sistemas, como os de prospecção de informação e os baseados em conhecimento, com enfoque em dois sistemas específicos desta área, o YodaQA e o OAQA. São apresentadas também várias ferramentas úteis e que são recorridas em vários destes sistemas que recorrem a técnicas de Text Classification, que vão desde o processamento de linguagem natural, ao Tokenizatioin, ao Part-of-speech tagging, como a exploração de técnicas de aprendizagem automática (Machine Learning) recorrendo a algoritmos supervisionados e não supervisionados, a semelhança textual (Pattern Matching) e semelhança semântica (Semantic Similarity). De uma forma geral, a partir destas técnicas é possível através de trechos de texto fornecidos, obter informação adicional acerca desses mesmos trechos. São ainda abordadas várias ferramentas que utilizam as técnicas descritas, como algumas de anotação, outras de semelhança semântica e ainda outras num contexto de organização, ordenação e pesquisa de grandes quantidades de informação de forma escaláveis que são úteis e utilizadas neste tipo de aplicações. Alguns dos principais conjuntos de dados são também descritos e abordados. A framework desenvolvida resultou em dois sistemas com uma arquitetura modular em pipeline, composta por módulos distintos consoante a tarefa desenvolvida. Estes módulos tinham bem definido os seus parâmetros de entrada como o que devolviam. O primeiro sistema tinha como entrada um conjunto de threads de perguntas e respostas em comentário e devolvia cada conjunto de dez comentários a uma pergunta ordenada e com um valor que condizia com a utilidade desse comentário para com a resposta. Este sistema denominou-se por MoRS e foi a prova de conceito modular do sistema final a desenvolver. O segundo sistema tem como entrada variadas perguntas da área da biomédica restrita a quatro tipos de pergunta, devolvendo as respectivas respostas, acompanhadas de metadata utilizada na análise dessa pergunta. Foram feitas algumas variações deste sistema, por forma a poder aferir se as escolhas de desenvolvimento iam sendo correctas, utilizando sempre a mesma framework (MoQA) e culminando com o sistema denominado MoQABio. Os principais módulos que compõem estes sistemas incluem, por ordem de uso, um módulo para o reconhecimento de entidades (também biomédicas), utilizando uma das ferramentas já investigadas no capítulo do trabalho relacionado. Também um módulo denominado de Combiner, em que a cada documento recolhido a partir do resultado do módulo anterior, são atribuídos os resultados de várias métricas, que servirão para treinar, no módulo seguinte, a partir da aplicação de algoritmos de aprendizagem automática de forma a gerar um modelo de reconhecimento baseado nestes casos. Após o treino deste modelo, será possível utilizar um classificador de bons e maus artigos. Os modelos foram gerados na sua maioria a partir de Support Vector Machine, havendo também a opção de utilização de Multi-layer Perceptron. Desta feita, dos artigos aprovados são retirados metadata, por forma a construir todo o resto da resposta, que incluia os conceitos, referencia dos documentos, e principais frases desses documentos. No módulo do sistema final do Combiner, existem avaliações que vão desde o já referido Pattern Matching, com medidas como o número de entidades em comum entre a questão e o artigo, de Semantic Similarity usando métricas providenciadas pelos autores da biblioteca Sematch, incluindo semelhança entre conceitos e entidades do DBpedia e outras medidas de semelhança semântica padrão, como Resnik ou Wu-Palmer. Outras métricas incluem o comprimento do artigo, uma métrica de semelhança entre duas frases e o tempo em milisegundos desse artigo. Apesar de terem sido desenvolvidos dois sistemas, as variações desenvolvidas a partir do MoQA, é que têm como pré-requisitos conjuntos de dados provenientes de várias fontes, entre elas o ficheiro de treino e teste de perguntas, o repositório PubMed, que tem inúmeros artigos científicos na área da biomédica, dos quais se vai retirar toda a informação utilizada para as respostas. Além destas fontes locais, existe o OPENphacts, que é externa, que fornecerá informação sobre várias expressões da área biomédica detectadas no primeiro módulo. No fim dos sistemas cujo ancestral foi o MoQA estarem prontos, é possível os utilizadores interagirem com este sistema através de uma aplicação web, a partir da qual, ao inserirem o tipo de resposta que pretendem e a pergunta que querem ver respondida, essa pergunta é passada pelo sistema e devolvida à aplicação web a resposta, e respectiva metadata. Ao investigar a metadata, é possível aceder à informação original. O WS4A participou no BioASQ de 2016, desenvolvida pela equipa ULisboa, o MoRS participou do SemEval Task 3 de 2017 e foi desenvolvida pelo pr´oprio, e por fim oMoQA da mesma autoria do segundo e cujo desempenho foi avaliado consoante os mesmos dados e métricas do WS4A. Enquanto que no caso do BioASQ, era abordado o desempenho de um sistema de Question Answering na àrea da biomédica, no SemEval era abordado um sistema de ordenação de comentários para com uma determinada pergunta, sendo os sistemas submetidos avaliados oficialmente usando as medidas como precision, recall e F-measure. De forma a comparar o impacto das características e ferramentas usadas em cada um dos modelos de aprendizagem automática construídos, estes foram comparados entre si, assim como a melhoria percentual entre os sistemas desenvolvidos ao longo do tempo. Além das avaliações oficiais, houve também avaliações locais que permitiram explorar ainda mais a progressão dos sistemas ao longo do tempo, incluindo os três sistemas desenvolvidos a partir do MoQA. Este trabalho apresenta um sistema que apesar de usar técnicas state of the art com algumas adaptações, conseguiu atingir uma melhoria desempenho relevante face ao seu predecessor e resultados equiparados aos melhores do ano da competição cujos dados utilizou, possuindo assim um grande potencial para atingir melhores resultados. Alguns dos seus contributos já vêm desde Fevereiro de 2016, com o WS4A [86], que participou no BioASQ 2016, com o passo seguinte no MoRS [85], que por sua vez participou no SemEval 2017, findando pelo MoQA, com grandes melhorias e disponível ao público em https://github.com/lasigeBioTM/MoQA. Como trabalho futuro, propõem-se sugestões, começando por melhorar a robustez do sistema, exploração adicional da metadata para melhor direcionar a pesquisa de respostas, a adição e exploração de novas características do modelo a desenvolver e a constante renovação de ferramentas utilizadas Também a incorporação de novas métricas fornecidas pelo Sematch, o melhoramento da formulação de queries feitas ao sistema são medidas a ter em atenção, dado que é preciso pesar o desempenho e o tempo de resposta a uma pergunta.Question Answering systems have been of great use and interest in our times. They are great tools for acquiring simple answers in a simple way, being of great utility in the area of information retrieval, and also for community question answering. Such systems have great potential, since they access large sets of data, for example from the Web, to acquire their answers, and in the case of community question answering, forums. Such systems are not available for public reuse because they are only limited for researching purposes or even proof-of-concept systems of specific algorithms, with researchers repeating over and over again the same r very similar modules frequently, thus not providing a larger public with a tool which could serve their purposes. When such systems are made available, are of cumbersome installation or configuration, which includes reading the documentation and depending on the researchers’ programming ability. In this thesis, the two best available systems in these situations, YodaQA and OAQA are described. A description of the main modules is given, with some sub-problems and hypothetical solutions, also described. Many systems, algorithms (i.e. learning, ranking) were also described. This work presents a modular system, MoQA (which is available at https:// github.com/lasigeBioTM/MoQA), that solves some of these problems by creating a framework that comes with a baseline QA system for general purpose local inquiry, but which is a highly modular system, built with individually proven subsystems, and using known tools such as Sematch, It is a descendant of WS4A [86] and MoRS [85], which took part in BioASQ 2016 (with recognition) and SemEval 2017 repectively. Machine Learning algorithms and Stanford Named Entity Recognition. Its purpose is to have a performance as high as possible while keeping the prerequisites, edition, and the ability to change such modules to the users’ wishes and researching purposes while providing an easy platform through which the final user may use such framework. MoQA had three variants, which were compared with each other, with MoQABio, with the best results among them, by using different tools than the other systems, focusing on the biomedical domain knowledge

Ontologias aplicadas à descrição de recursos em grids computacionais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da ComputaçãoCom o objetivo de facilitar a busca e seleção de recursos em ambientes de computação em grid, esta dissertação apresenta como alternativa a utilização da abordagem de ontologias. Este paradigma pode prover a descrição dos recursos disponíveis no grid, auxiliando nas suas maneiras de atuação e descrevendo-os sintática e semanticamente na forma de um vocabulário comum ao domínio. Nesta alternativa, as requisições de acesso agem diretamente na ontologia, distanciando os usuários das restrições para acesso ao ambiente

Re-engineering jake2 to work on a grid using the GridGain Middleware

With the advent of Massively Multiplayer Online Games (MMOGs), engineers and designers of games came across with many questions that needed to be answered such as, for example, "how to allow a large amount of clients to play simultaneously on the same server?", "how to guarantee a good quality of service (QoS) to a great number of clients?", "how many resources will be necessary?", "how to optimize these resources to the maximum?". A possible answer to these questions relies on the usage of grid computing. Taking into account the parallel and distributed nature of grid computing, we can say that grid computing allows for more scalability in terms of a growing number of players, guarantees shorter communication time between clients and servers, and allows for a better resource management and usage (e.g., memory, CPU, core balancing usage, etc.) than the traditional serial computing model. However, the main focus of this thesis is not about grid computing. Instead, this thesis describes the re-engineering process of an existing multiplayer computer game, called Jake2, by transforming it into a MMOG, which is then put to run on a grid

Achieving High Performance and High Productivity in Next Generational Parallel Programming Languages

Processor design has turned toward parallelism and heterogeneity cores to achieve performance and energy efficiency. Developers find high-level languages attractive because they use abstraction to offer productivity and portability over hardware complexities. To achieve performance, some modern implementations of high-level languages use work-stealing scheduling for load balancing of dynamically created tasks. Work-stealing is a promising approach for effectively exploiting software parallelism on parallel hardware. A programmer who uses work-stealing explicitly identifies potential parallelism and the runtime then schedules work, keeping otherwise idle hardware busy while relieving overloaded hardware of its burden. However, work-stealing comes with substantial overheads. These overheads arise as a necessary side effect of the implementation and hamper parallel performance. In addition to runtime-imposed overheads, there is a substantial cognitive load associated with ensuring that parallel code is data-race free. This dissertation explores the overheads associated with achieving high performance parallelism in modern high-level languages. My thesis is that, by exploiting existing underlying mechanisms of managed runtimes; and by extending existing language design, high-level languages will be able to deliver productivity and parallel performance at the levels necessary for widespread uptake. The key contributions of my thesis are: 1) a detailed analysis of the key sources of overhead associated with a work-stealing runtime, namely sequential and dynamic overheads; 2) novel techniques to reduce these overheads that use rich features of managed runtimes such as the yieldpoint mechanism, on-stack replacement, dynamic code-patching, exception handling support, and return barriers; 3) comprehensive analysis of the resulting benefits, which demonstrate that work-stealing overheads can be significantly reduced, leading to substantial performance improvements; and 4) a small set of language extensions that achieve both high performance and high productivity with minimal programmer effort. A managed runtime forms the backbone of any modern implementation of a high-level language. Managed runtimes enjoy the benefits of a long history of research and their implementations are highly optimized. My thesis demonstrates that converging these highly optimized features together with the expressiveness of high-level languages, gives further hope for achieving high performance and high productivity on modern parallel hardwar

XtremWeb : une plate-forme de recherche sur le calcul global et pair à pair

ISBN 274620472XLa connection à grande échelle des ordinateurs aux réseaux de communication et les mécanismes qui permettent leur interopérabilité (standardisation des protocoles, homogénéisation des formats d'échange, systèmes de nomage efficace, sécurisation des sites) motivent des tentatives de globalisation des ressources et des données à partir de systèmes de Calcul Global, Pair à Pair ou de GRID. Ces systèmes sont les prémisses de l'émergence de systèmes d'exploitation à grande échelle. Dans cet article nous proposons d'abord de situer les systémes Pair à Pair par rapport aux autres structures de GRID en soulignant leur différences qui ont principalement une origine historique. Dans une deuxième partie nous présentons une ratio- nalisation des systémes de Calcul Global et Pair à Pair. Nous détaillons ensuite la plate-forme XtremWeb qui constitue l'une des premières tentatives de généralisation du concept de parité entre les ressources appliqué à la globalisation du processeur, de la mémoire et du stockage. Nous terminons par la présentation de quelques points durs en recherche : la sécurisation des participants et la communication inter-noeud

Performance assessment of real-time data management on wireless sensor networks

Technological advances in recent years have allowed the maturity of Wireless Sensor Networks (WSNs), which aim at performing environmental monitoring and data collection. This sort of network is composed of hundreds, thousands or probably even millions of tiny smart computers known as wireless sensor nodes, which may be battery powered, equipped with sensors, a radio transceiver, a Central Processing Unit (CPU) and some memory. However due to the small size and the requirements of low-cost nodes, these sensor node resources such as processing power, storage and especially energy are very limited. Once the sensors perform their measurements from the environment, the problem of data storing and querying arises. In fact, the sensors have restricted storage capacity and the on-going interaction between sensors and environment results huge amounts of data. Techniques for data storage and query in WSN can be based on either external storage or local storage. The external storage, called warehousing approach, is a centralized system on which the data gathered by the sensors are periodically sent to a central database server where user queries are processed. The local storage, in the other hand called distributed approach, exploits the capabilities of sensors calculation and the sensors act as local databases. The data is stored in a central database server and in the devices themselves, enabling one to query both. The WSNs are used in a wide variety of applications, which may perform certain operations on collected sensor data. However, for certain applications, such as real-time applications, the sensor data must closely reflect the current state of the targeted environment. However, the environment changes constantly and the data is collected in discreet moments of time. As such, the collected data has a temporal validity, and as time advances, it becomes less accurate, until it does not reflect the state of the environment any longer. Thus, these applications must query and analyze the data in a bounded time in order to make decisions and to react efficiently, such as industrial automation, aviation, sensors network, and so on. In this context, the design of efficient real-time data management solutions is necessary to deal with both time constraints and energy consumption. This thesis studies the real-time data management techniques for WSNs. It particularly it focuses on the study of the challenges in handling real-time data storage and query for WSNs and on the efficient real-time data management solutions for WSNs. First, the main specifications of real-time data management are identified and the available real-time data management solutions for WSNs in the literature are presented. Secondly, in order to provide an energy-efficient real-time data management solution, the techniques used to manage data and queries in WSNs based on the distributed paradigm are deeply studied. In fact, many research works argue that the distributed approach is the most energy-efficient way of managing data and queries in WSNs, instead of performing the warehousing. In addition, this approach can provide quasi real-time query processing because the most current data will be retrieved from the network. Thirdly, based on these two studies and considering the complexity of developing, testing, and debugging this kind of complex system, a model for a simulation framework of the real-time databases management on WSN that uses a distributed approach and its implementation are proposed. This will help to explore various solutions of real-time database techniques on WSNs before deployment for economizing money and time. Moreover, one may improve the proposed model by adding the simulation of protocols or place part of this simulator on another available simulator. For validating the model, a case study considering real-time constraints as well as energy constraints is discussed. Fourth, a new architecture that combines statistical modeling techniques with the distributed approach and a query processing algorithm to optimize the real-time user query processing are proposed. This combination allows performing a query processing algorithm based on admission control that uses the error tolerance and the probabilistic confidence interval as admission parameters. The experiments based on real world data sets as well as synthetic data sets demonstrate that the proposed solution optimizes the real-time query processing to save more energy while meeting low latency.Fundação para a Ciência e Tecnologi

RCR : un profil UML pour la rétroconception, la compréhension et la réingénierie de logiciels

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal