Surveillance de l'exécution et analyse de préemption entre machines virtuelles

RÉSUMÉ Au cours des dernières années, l'infonuagique a pris un essor considérable dans le domaine de l'informatique. Cette technologie oriente les parcs informatiques à grande échelle vers un modèle flexible, portable et souvent écoénergétique. Les fournisseurs de services infonuagiques offrent à leurs clients un environnement isolé, disponible, et surtout adapté à leurs besoins. Les machines virtuelles non seulement répondent à ces critères, mais procurent aussi des avantages supplémentaires. Les coûts de gestion de matériel, de consommation d'électricité et de licences de logiciels sont réduits dans un tel modèle. Ainsi, dans un nuage informatique, un grand nombre de machines virtuelles (VM, ou système invité), gérées par un hyperviseur, cohabitent sur un même poste physique dont elles se partagent les ressources. Cependant, les machines virtuelles sont entièrement isolées les unes des autres et ont toutes l'illusion d'avoir un accès exclusif et absolu aux ressources de leur hôte. Ces ressources sont souvent surengagées, dans le sens où elles apparaissent comme étant plus disponibles qu'elles ne sont réellement. Cette caractéristique introduit inévitablement des baisses de performance aux applications des machines virtuelles, dont les sources dépendent de l'environnement externe et sont à priori impossibles à identifier. L'objectif de cette étude est d'offrir aux administrateurs des machines hôtes un outil permettant de surveiller les interactions des systèmes d'exploitation invités et localiser facilement les anomalies de performance lorsqu'elles surviennent. Notre approche est basée sur le traçage, une méthode de surveillance qui s'est avérée efficace pour la compréhension du détail de fonctionnement d'une application. Par ailleurs, le traçage noyau permet d'effectuer la surveillance de vue globale d'un système d'exploitation. On peut ensuite analyser les interactions entre les applications utilisateurs qu'il sert et le matériel disponible qu'il exploite. En traçant simultanément le système hôte et les machines virtuelles, il est possible d'agréger les informations collectées de ces différentes sources et de présenter en clair à l'utilisateur les interactions entre les différents systèmes qui sont à priori invisibles. Cette étude se concentre sur les CPUs comme ressources partagées. Le déni du CPU à une machine virtuelle par le système hôte y introduit des délais invisibles, mais bien présents. Nous utilisons LTTng, un traceur à bas surcoût d'utilisation, pour collecter des traces noyau générées sur les différents systèmes d'exploitation. Une fois les traces agrégées, il est possible de modéliser l'ensemble des systèmes concernés et d'effectuer un bilan d'utilisation et d'interactions entre ceux-ci. L'indisponibilité du CPU pour chaque VM est alors présentée à l'administrateur du parc informatique, qui peut par la suite prendre les mesures nécessaires pour remédier aux problèmes. Cependant, tel que nous l'expliquerons dans ce mémoire, l'agrégation des traces est une tâche non triviale. En effet, chaque système d'exploitation, hôte ou invité, est responsable de sa propre gestion d'horloge. Par conséquent, les estampilles de temps assignées aux évènements des traces ne sont cohérentes que dans le contexte propre à chaque système. Un algorithme de synchronisation de traces distribuées a été adapté au contexte des machines virtuelles pour remédier à la non-conformité des horloges.----------ABSTRACT Over the past few years, Cloud computing has enjoyed a considerable growth in the field of computer science. This technology is leading warehouse-scale data clusters towards a more flexible, portable, and environmentally friendly model. Cloud providers offer to their customers environments that are isolated, available, and above all adapted to their needs. System virtualization not only meets these criterias, but also provides additional benefits. Management costs of hardware, energy consumption and software licenses are reduced in such a model. Thus, in a Cloud environment, a large number of virtual machines (VM, or guest system), managed by a hypervisor, coexist on the same physical computer whose resources are shared amongst them. However, virtual machines are fully isolated from one another and all have the illusion of absolute and exclusive access to the host's resources. These resources are often overcommitted whereas they appear as being more available than they actually are. This property inevitably induces performance setbacks in virtual machines. Because of system isolation, it is a priori impossible to find the source of performance problems that depend on the external environment. The objective of this study is to provide the host administrators with a tool to monitor the interactions of the guest operating systems, allowing them to easily locate and justify performance anomalies when they occur. Our approach is based on tracing, a monitoring method that has been proven effective to give detailed information about the functioning of an application. Furthermore, kernel tracing allows to monitor the operating system and assess the interactions between users' applications it serves and the available material which it operates. By tracing the host and the virtual machines simultaneously, it is possible to aggregate the information collected from these various systems and present clearly to the user the interactions between the various systems that are usually invisible. This study focuses on the CPU as a shared resource. The denial of a CPU by the host to a VM introduces invisible yet effective latency. We use LTTng, a low overhead userspace and kernel tracer, to collect kernel traces generated on different operating systems. Once the traces are aggregated, it is possible to model all of the systems concerned and to summarize resources contention and interactions between them. The unavailability of the CPU for each VM is then presented to the administrator of the host, which can then take the necessary steps to remedy the problems. However, as we present in this thesis, aggregation of traces turned out to be a non-trivial task. Indeed, each operating system, host or guest, is responsible for its own timekeeping. Therefore, drifts between the clocks of the different systems are introduced, and the timestamps assigned to trace events are not consistent across traces. A portable method to address clock drifts and trace synchronization is also proposed

Fine-grained preemption analysis for latency investigation across virtual machines

This paper studies the preemption between programs running in different virtual machines on the same computer. One of the current monitoring methods consist of updating the average steal time through collaboration with the hypervisor. However, the average is insufficient to diagnose abnormal latencies in time-sensitive applications. Moreover, the added latency is not directly visible from the virtual machine point of view. The main challenge is to recover the cause of preemption of a task running in a virtual machine, whether it is a task on the host computer or in another virtual machine. We propose a new method to study thread preemption crossing virtual machines boundaries using kernel tracing. The host computer and each monitored virtual machine are traced simultaneously. We developed an efficient and portable trace synchronization method, which is required to account for time offset and drift that occur within each virtual machine. We then devised an algorithm to recover the root cause of preemption between threads at every level. The algorithm successfully detected interactions between multiple competing threads in distinct virtual machines on a multi-core machine

Survey and analysis of kernel and userspace tracers on Linux : design, implementation, and overhead

As applications and operating systems are becoming more complex, the last decade has seen the rise of many tracing tools all across the software stack. This article presents a hands-on comparison of modern tracers on Linux systems, both in user space and kernel space. The authors implement microbenchmarks that not only quantify the overhead of different tracers, but also sample fine-grained metrics that unveil insights into the tracers’ internals and show the cause of each tracer’s overhead. Internal design choices and implementation particularities are discussed, which helps us to understand the challenges of developing tracers. Furthermore, this analysis aims to help users choose and configure their tracers based on their specific requirements to reduce their overhead and get the most of out of them

Concevoir des environnements capacitants en atelier de travail protégé

International audienceCet article s’intéresse à la santé, à la sécurité et aux compétences professionnelles d’opérateurs handicapés travaillant dans des ateliers protégés, en partant de la notion d’environnement capacitant. Deux études ergonomiques ont été réalisées en France. Nous identifions des conditions de travail difficiles, présentant des risques pour la santé et la sécurité des opérateurs handicapés. Nous soulignons le rôle central des moniteurs d’atelier, tant pour la prévention des risques professionnels en général que pour le développement des compétences professionnelles des opérateurs. Toutefois, leurs propres conditions de travail, leur manque de connaissances des handicaps et leur faible accès à des formations limitent leurs apports. Sur cette base, nous précisons ce que pourraient être des environnements capacitants en atelier de travail protégé

Tremor Reduction at the Palm of a Parkinson’s Patient Using Dynamic Vibration Absorber

Parkinson’s patients suffer from severe tremor due to an abnormality in their central oscillator. Medications used to decrease involuntary antagonistic muscles contraction can threaten their life. However, mechanical vibration absorbers can be used as an alternative treatment. The objective of this study is to provide a dynamic modeling of the human hand that describes the biodynamic response of Parkinson’s patients and to design an effective tuned vibration absorber able to suppress their pathological tremor. The hand is modeled as a three degrees-of-freedom (DOF) system describing the flexion motion at the proximal joints on the horizontal plane. Resting tremor is modeled as dual harmonic excitation due to shoulder and elbow muscle activation operating at resonance frequencies. The performance of the single dynamic vibration absorber (DVA) is studied when attached to the forearm and compared with the dual DVA tuned at both excitation frequencies. Equations of motion are derived and solved using the complex transfer function of the non-Lagrangian system. The absorber’s systems are designed as a stainless steel alloy cantilevered beam with an attached copper mass. The dual DVA was the most efficient absorber which reduces 98.3%–99.5%, 97.0%–97.3% and 97.4%–97.5% of the Parkinson’s tremor amplitude at the shoulder, elbow and wrist joint

Optimisation d'un amortisseur de masse accordé de type cantilever passif pour réduire le tremblement postural de la main

Le tremblement involontaire aggrave la qualité de la vie de Parkinson patient et conduit à une réduction ambulation communautaire. Il existe différentes méthodes médicales et chirurgicales qui peuvent réduire le tremblement d'améliorer la qualité de vie du patient, mais chaque méthode a sa faiblesse et peuvent avoir des risques élevés impliquant des activités du cerveau. En conséquence, le traitement mécanique peut être utilisé comme une bonne solution pour supprimer le tremblement causant aucun effet séreuse de côté. L'objectif de ce projet est de fabriquer un amortisseur de vibrations accordé qui peut être attaché à l'avant-bras pour réduire le mouvement angulaire de tremblement involontaire dans la main d'un patient Parkinson. Un modèle dynamique de la main humaine peut décrire sa réponse bio-dynamique au niveau musculosquelettique pour résoudre numériquement les problèmes liés à des tremblements. Les paramètres effectifs du modèle de la main factice sont choisis pour refléter le fait que d'un vrai patient. Ensuite, les paramètres théoriques des contrôleurs de vibrations passifs, actifs ou semi-actifs sont conçus pour satisfaire à la condition (s) de réglage du patient. Enfin, ces dispositifs de commande sont fabriqués pour être testé expérimentalement. Une comparaison doit être faite entre les déplacements angulaires non contrôlés et contrôlés mesurée pour vérifier la capacité de chaque appareil dans la réduction de la fluctuation de la main. En outre, une comparaison peut être fait entre la réduction de la secousse numérique et expérimentale provoquée par les absorbeurs réelles et théoriques de vibration. Les contrôleurs actifs et semi-actifs passifs sont connus pour être classés en fonction de leur consommation d'énergie. Les absorbeurs semi-actifs attirent plus d'intérêt de la recherche dans le domaine du contrôle des vibrations, car ils préservent la fiabilité du contrôle passif ajustant ses caractéristiques de paramètres comme cela se fait dans les systèmes de contrôle actif sans grande consommation d'énergie. Avec la croissance récente dans le développement de dispositifs électroniques de faible puissance, le thème de la récupération d'énergie a reçu beaucoup d'attention dans le milieu de la recherche. Piezoelectric basée sur la conversion de l'énergie vibratoire en énergie électrique a été le plus fortement recherché. Le projet peut être étendu par la conception d'un dispositif de récupération d'énergie multi-fonctionnel plus avancé qui permet de stocker l'énergie et fournir un soutien aux charges structurellesThe involuntary tremor worsens the quality of Parkinson patient’s life and leads to reduced community ambulation. There are different medical and surgical methods that can lessen the tremor to improve patient's life quality, but each method has its weakness and may have high risks involving brain operation. As a result, mechanical treatment may be used as a good solution to suppress the tremor causing no serous side effect. The objective of this project is to manufacture a tuned vibration absorber that can be attached to the forearm to reduce involuntary tremor's angular motion in the hand of a Parkinson patient. A dynamic model of human hand can describe its bio-dynamic response at musculoskeletal level to solve numerically the problems related to tremor. The effective parameters of the dummy hand model are chosen to reflect that of a real patient. Then, the theoretical parameters of the passive, active and semi-active vibration controllers are designed to satisfy the tuning condition(s) of the patient. Finally, these controller devices are manufactured to be test experimentally. A comparison must be done between the uncontrolled and controlled measured angular displacements to check the ability of each device in reducing hand's fluctuation. In addition, a comparison can be done between the numerical and experimental tremor reduction caused by the real and theoretical vibration absorbers. The passive active and semi-active controllers are known to be classified according to their energy consumption. The Semi-active absorbers are attracting more research interest in the field of vibration control, since they preserve the reliability of the passive control with adjusting its parameter characteristics as done in the active control systems without great power consumption. With recent growth in the development of low-power electronic devices, the topic of energy harvesting has received much attention in the research community. Piezoelectric based on converting vibration energy to electrical energy has been most heavily researched. The project can be extended by designing a more advanced multi-functional energy harvesting device that can store energy and provide support to the structural load

Tremor Reduction at the Palm of a Parkinson’s Patient Using Dynamic Vibration Absorber

Parkinson’s patients suffer from severe tremor due to an abnormality in their central oscillator. Medications used to decrease involuntary antagonistic muscles contraction can threaten their life. However, mechanical vibration absorbers can be used as an alternative treatment. The objective of this study is to provide a dynamic modeling of the human hand that describes the biodynamic response of Parkinson’s patients and to design an effective tuned vibration absorber able to suppress their pathological tremor. The hand is modeled as a three degrees-of-freedom (DOF) system describing the flexion motion at the proximal joints on the horizontal plane. Resting tremor is modeled as dual harmonic excitation due to shoulder and elbow muscle activation operating at resonance frequencies. The performance of the single dynamic vibration absorber (DVA) is studied when attached to the forearm and compared with the dual DVA tuned at both excitation frequencies. Equations of motion are derived and solved using the complex transfer function of the non-Lagrangian system. The absorber’s systems are designed as a stainless steel alloy cantilevered beam with an attached copper mass. The dual DVA was the most efficient absorber which reduces 98.3%–99.5%, 97.0%–97.3% and 97.4%–97.5% of the Parkinson’s tremor amplitude at the shoulder, elbow and wrist joint

Molecular mechanism of activation of the immunoregulatory amidase NAAA

Palmitoylethanolamide is a bioactive lipid that strongly alleviates pain and inflammation in animal models and in humans. Its signaling activity is terminated through degradation by N-acylethanolamine acid amidase (NAAA), a cysteine hydrolase expressed at high levels in immune cells. Pharmacological inhibitors of NAAA activity exert profound analgesic and antiinflammatory effects in rodent models, pointing to this protein as a potential target for therapeutic drug discovery. To facilitate these efforts and to better understand the molecular mechanism of action of NAAA, we determined crystal structures of this enzyme in various activation states and in complex with several ligands, including both a covalent and a reversible inhibitor. Self-proteolysis exposes the otherwise buried active site of NAAA to allow catalysis. Formation of a stable substrate- or inhibitor-binding site appears to be conformationally coupled to the interaction of a pair of hydrophobic helices in the enzyme with lipid membranes, resulting in the creation of a linear hydrophobic cavity near the active site that accommodates the ligand's acyl chain