Serverless Computing Strategies on Cloud Platforms

[ES] Con el desarrollo de la Computación en la Nube, la entrega de recursos virtualizados a través de Internet ha crecido enormemente en los últimos años. Las Funciones como servicio (FaaS), uno de los modelos de servicio más nuevos dentro de la Computación en la Nube, permite el desarrollo e implementación de aplicaciones basadas en eventos que cubren servicios administrados en Nubes públicas y locales. Los proveedores públicos de Computación en la Nube adoptan el modelo FaaS dentro de su catálogo para proporcionar computación basada en eventos altamente escalable para las aplicaciones. Por un lado, los desarrolladores especializados en esta tecnología se centran en crear marcos de código abierto serverless para evitar el bloqueo con los proveedores de la Nube pública. A pesar del desarrollo logrado por la informática serverless, actualmente hay campos relacionados con el procesamiento de datos y la optimización del rendimiento en la ejecución en los que no se ha explorado todo el potencial. En esta tesis doctoral se definen tres estrategias de computación serverless que permiten evidenciar los beneficios de esta tecnología para el procesamiento de datos. Las estrategias implementadas permiten el análisis de datos con la integración de dispositivos de aceleración para la ejecución eficiente de aplicaciones científicas en plataformas cloud públicas y locales. En primer lugar, se desarrolló la plataforma CloudTrail-Tracker. CloudTrail-Tracker es una plataforma serverless de código abierto basada en eventos para el procesamiento de datos que puede escalar automáticamente hacia arriba y hacia abajo, con la capacidad de escalar a cero para minimizar los costos operativos. Seguidamente, se plantea la integración de GPUs en una plataforma serverless local impulsada por eventos para el procesamiento de datos escalables. La plataforma admite la ejecución de aplicaciones como funciones severless en respuesta a la carga de un archivo en un sistema de almacenamiento de ficheros, lo que permite la ejecución en paralelo de las aplicaciones según los recursos disponibles. Este procesamiento es administrado por un cluster Kubernetes elástico que crece y decrece automáticamente según las necesidades de procesamiento. Ciertos enfoques basados en tecnologías de virtualización de GPU como rCUDA y NVIDIA-Docker se evalúan para acelerar el tiempo de ejecución de las funciones. Finalmente, se implementa otra solución basada en el modelo serverless para ejecutar la fase de inferencia de modelos de aprendizaje automático previamente entrenados, en la plataforma de Amazon Web Services y en una plataforma privada con el framework OSCAR. El sistema crece elásticamente de acuerdo con la demanda y presenta una escalado a cero para minimizar los costes. Por otra parte, el front-end proporciona al usuario una experiencia simplificada en la obtención de la predicción de modelos de aprendizaje automático. Para demostrar las funcionalidades y ventajas de las soluciones propuestas durante esta tesis se recogen varios casos de estudio que abarcan diferentes campos del conocimiento como la analítica de aprendizaje y la Inteligencia Artificial. Esto demuestra que la gama de aplicaciones donde la computación serverless puede aportar grandes beneficios es muy amplia. Los resultados obtenidos avalan el uso del modelo serverless en la simplificación del diseño de arquitecturas para el uso intensivo de datos en aplicaciones complejas.[CA] Amb el desenvolupament de la Computació en el Núvol, el lliurament de recursos virtualitzats a través d'Internet ha crescut granment en els últims anys. Les Funcions com a Servei (FaaS), un dels models de servei més nous dins de la Computació en el Núvol, permet el desenvolupament i implementació d'aplicacions basades en esdeveniments que cobreixen serveis administrats en Núvols públics i locals. Els proveïdors de computació en el Núvol públic adopten el model FaaS dins del seu catàleg per a proporcionar a les aplicacions computació altament escalable basada en esdeveniments. D'una banda, els desenvolupadors especialitzats en aquesta tecnologia se centren en crear marcs de codi obert serverless per a evitar el bloqueig amb els proveïdors del Núvol públic. Malgrat el desenvolupament alcançat per la informàtica serverless, actualment hi ha camps relacionats amb el processament de dades i l'optimització del rendiment d'execució en els quals no s'ha explorat tot el potencial. En aquesta tesi doctoral es defineixen tres estratègies informàtiques serverless que permeten demostrar els beneficis d'aquesta tecnologia per al processament de dades. Les estratègies implementades permeten l'anàlisi de dades amb a integració de dispositius accelerats per a l'execució eficient d'aplicacion scientífiques en plataformes de Núvol públiques i locals. En primer lloc, es va desenvolupar la plataforma CloudTrail-Tracker. CloudTrail-Tracker és una plataforma de codi obert basada en esdeveniments per al processament de dades serverless que pot escalar automáticament cap amunt i cap avall, amb la capacitat d'escalar a zero per a minimitzar els costos operatius. A continuació es planteja la integració de GPUs en una plataforma serverless local impulsada per esdeveniments per al processament de dades escalables. La plataforma admet l'execució d'aplicacions com funcions severless en resposta a la càrrega d'un arxiu en un sistema d'emmagatzemaments de fitxers, la qual cosa permet l'execució en paral·lel de les aplicacions segon sels recursos disponibles. Este processament és administrat per un cluster Kubernetes elàstic que creix i decreix automàticament segons les necessitats de processament. Certs enfocaments basats en tecnologies de virtualització de GPU com rCUDA i NVIDIA-Docker s'avaluen per a accelerar el temps d'execució de les funcions. Finalment s'implementa una altra solució basada en el model serverless per a executar la fase d'inferència de models d'aprenentatge automàtic prèviament entrenats en la plataforma de Amazon Web Services i en una plataforma privada amb el framework OSCAR. El sistema creix elàsticament d'acord amb la demanda i presenta una escalada a zero per a minimitzar els costos. D'altra banda el front-end proporciona a l'usuari una experiència simplificada en l'obtenció de la predicció de models d'aprenentatge automàtic. Per a demostrar les funcionalitats i avantatges de les solucions proposades durant esta tesi s'arrepleguen diversos casos d'estudi que comprenen diferents camps del coneixement com l'analítica d'aprenentatge i la Intel·ligència Artificial. Això demostra que la gamma d'aplicacions on la computació serverless pot aportar grans beneficis és molt àmplia. Els resultats obtinguts avalen l'ús del model serverless en la simplificació del disseny d'arquitectures per a l'ús intensiu de dades en aplicacions complexes.[EN] With the development of Cloud Computing, the delivery of virtualized resources over the Internet has greatly grown in recent years. Functions as a Service (FaaS), one of the newest service models within Cloud Computing, allows the development and implementation of event-based applications that cover managed services in public and on-premises Clouds. Public Cloud Computing providers adopt the FaaS model within their catalog to provide event-driven highly-scalable computing for applications. On the one hand, developers specialized in this technology focus on creating open-source serverless frameworks to avoid the lock-in with public Cloud providers. Despite the development achieved by serverless computing, there are currently fields related to data processing and execution performance optimization where the full potential has not been explored. In this doctoral thesis three serverless computing strategies are defined that allow to demonstrate the benefits of this technology for data processing. The implemented strategies allow the analysis of data with the integration of accelerated devices for the efficient execution of scientific applications on public and on-premises Cloud platforms. Firstly, the CloudTrail-Tracker platform was developed to extract and process learning analytics in the Cloud. CloudTrail-Tracker is an event-driven open-source platform for serverless data processing that can automatically scale up and down, featuring the ability to scale to zero for minimizing the operational costs. Next, the integration of GPUs in an event-driven on-premises serverless platform for scalable data processing is discussed. The platform supports the execution of applications as serverless functions in response to the loading of a file in a file storage system, which allows the parallel execution of applications according to available resources. This processing is managed by an elastic Kubernetes cluster that automatically grows and shrinks according to the processing needs. Certain approaches based on GPU virtualization technologies such as rCUDA and NVIDIA-Docker are evaluated to speed up the execution time of the functions. Finally, another solution based on the serverless model is implemented to run the inference phase of previously trained machine learning models on theAmazon Web Services platform and in a private platform with the OSCAR framework. The system grows elastically according to demand and is scaled to zero to minimize costs. On the other hand, the front-end provides the user with a simplified experience in obtaining the prediction of machine learning models. To demonstrate the functionalities and advantages of the solutions proposed during this thesis, several case studies are collected covering different fields of knowledge such as learning analytics and Artificial Intelligence. This shows the wide range of applications where serverless computing can bring great benefits. The results obtained endorse the use of the serverless model in simplifying the design of architectures for the intensive data processing in complex applications.Naranjo Delgado, DM. (2021). Serverless Computing Strategies on Cloud Platforms [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/160916TESI

Insights from Learning Analytics for Hands-On Cloud Computing Labs in AWS

[EN] Cloud computing instruction requires hands-on experience with a myriad of distributed computing services from a public cloud provider. Tracking the progress of the students, especially for online courses, requires one to automatically gather evidence and produce learning analytics in order to further determine the behavior and performance of students. With this aim, this paper describes the experience from an online course in cloud computing with Amazon Web Services on the creation of an open-source data processing tool to systematically obtain learning analytics related to the hands-on activities carried out throughout the course. These data, combined with the data obtained from the learning management system, have allowed the better characterization of the behavior of students in the course. Insights from a population of more than 420 online students through three academic years have been assessed, the dataset has been released for increased reproducibility. The results corroborate that course length has an impact on online students dropout. In addition, a gender analysis pointed out that there are no statistically significant differences in the final marks between genders, but women show an increased degree of commitment with the activities planned in the course.This research was funded by the Spanish "Ministerio de Economia, Industria y Competitividad through grant number TIN2016-79951-R (BigCLOE)", the "Vicerrectorado de Estudios, Calidad y Acreditacion" of the Universitat Politecnica de Valencia (UPV) to develop the PIME B29 and PIME/19-20/166, and by the Conselleria d'Innovacio, Universitat, Ciencia i Societat Digital for the project "CloudSTEM" with reference number AICO/2019/313.Moltó, G.; Naranjo-Delgado, DM.; Segrelles Quilis, JD. (2020). Insights from Learning Analytics for Hands-On Cloud Computing Labs in AWS. Applied Sciences. 10(24):1-13. https://doi.org/10.3390/app10249148S1131024Motiwalla, L., Deokar, A. V., Sarnikar, S., & Dimoka, A. (2019). Leveraging Data Analytics for Behavioral Research. Information Systems Frontiers, 21(4), 735-742. doi:10.1007/s10796-019-09928-8Siemens, G., & Baker, R. S. J. d. (2012). Learning analytics and educational data mining. Proceedings of the 2nd International Conference on Learning Analytics and Knowledge - LAK ’12. doi:10.1145/2330601.2330661Blikstein, P. (2013). Multimodal learning analytics. Proceedings of the Third International Conference on Learning Analytics and Knowledge - LAK ’13. doi:10.1145/2460296.2460316Hewson, E. R. F. (2018). Students’ Emotional Engagement, Motivation and Behaviour Over the Life of an Online Course: Reflections on Two Market Research Case Studies. Journal of Interactive Media in Education, 2018(1). doi:10.5334/jime.472Kahan, T., Soffer, T., & Nachmias, R. (2017). Types of Participant Behavior in a Massive Open Online Course. The International Review of Research in Open and Distributed Learning, 18(6). doi:10.19173/irrodl.v18i6.3087Cross, S., & Whitelock, D. (2016). Similarity and difference in fee-paying and no-fee learner expectations, interaction and reaction to learning in a massive open online course. Interactive Learning Environments, 25(4), 439-451. doi:10.1080/10494820.2016.1138312Charleer, S., Klerkx, J., & Duval, E. (2014). Learning Dashboards. Journal of Learning Analytics, 1(3), 199-202. doi:10.18608/jla.2014.13.22Worsley, M. (2012). Multimodal learning analytics. Proceedings of the 14th ACM international conference on Multimodal interaction - ICMI ’12. doi:10.1145/2388676.2388755Spikol, D., Prieto, L. P., Rodríguez-Triana, M. J., Worsley, M., Ochoa, X., Cukurova, M., … Ringtved, U. L. (2017). Current and future multimodal learning analytics data challenges. Proceedings of the Seventh International Learning Analytics & Knowledge Conference. doi:10.1145/3027385.3029437Ochoa, X., Worsley, M., Weibel, N., & Oviatt, S. (2016). Multimodal learning analytics data challenges. Proceedings of the Sixth International Conference on Learning Analytics & Knowledge - LAK ’16. doi:10.1145/2883851.2883913Aguilar, J., Sánchez, M., Cordero, J., Valdiviezo-Díaz, P., Barba-Guamán, L., & Chamba-Eras, L. (2017). Learning analytics tasks as services in smart classrooms. Universal Access in the Information Society, 17(4), 693-709. doi:10.1007/s10209-017-0525-0Lu, O. H. T., Huang, J. C. H., Huang, A. Y. Q., & Yang, S. J. H. (2017). Applying learning analytics for improving students engagement and learning outcomes in an MOOCs enabled collaborative programming course. Interactive Learning Environments, 25(2), 220-234. doi:10.1080/10494820.2016.1278391Drachsler, H., & Kalz, M. (2016). The MOOC and learning analytics innovation cycle (MOLAC): a reflective summary of ongoing research and its challenges. Journal of Computer Assisted Learning, 32(3), 281-290. doi:10.1111/jcal.12135Ruiperez-Valiente, J. A., Munoz-Merino, P. J., Gascon-Pinedo, J. A., & Kloos, C. D. (2017). Scaling to Massiveness With ANALYSE: A Learning Analytics Tool for Open edX. IEEE Transactions on Human-Machine Systems, 47(6), 909-914. doi:10.1109/thms.2016.2630420Er, E., Gómez-Sánchez, E., Dimitriadis, Y., Bote-Lorenzo, M. L., Asensio-Pérez, J. I., & Álvarez-Álvarez, S. (2019). Aligning learning design and learning analytics through instructor involvement: a MOOC case study. Interactive Learning Environments, 27(5-6), 685-698. doi:10.1080/10494820.2019.1610455Tabaa, Y., & Medouri, A. (2013). LASyM: A Learning Analytics System for MOOCs. International Journal of Advanced Computer Science and Applications, 4(5). doi:10.14569/ijacsa.2013.040516Shorfuzzaman, M., Hossain, M. 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Trabajo social comunitario: acciones desde lo rural.

Con el ánimo de conversar al respecto acerca de nuevas posibilidades de actuación desde lo comunitario en escenarios rurales, se llevó a cabo en mayo del 2014 el iv Seminario Internacional de Trabajo Social Comunitario: Acciones desde lo Rural, el cual buscaba establecer diálogos entre espacios académicos y populares, todo esto a partir de los saberes de las comunidades en territorios rurales, con la intención de comprender el campo de acción del trabajo social en este escenario a nivel regional, nacional e internacional

Trabajo social comunitario: acciones desde lo rural.

Con el ánimo de conversar al respecto acerca de nuevas posibilidades de actuación desde lo comunitario en escenarios rurales, se llevó a cabo en mayo del 2014 el iv Seminario Internacional de Trabajo Social Comunitario: Acciones desde lo Rural, el cual buscaba establecer diálogos entre espacios académicos y populares, todo esto a partir de los saberes de las comunidades en territorios rurales, con la intención de comprender el campo de acción del trabajo social en este escenario a nivel regional, nacional e internacional

Treatment with tocilizumab or corticosteroids for COVID-19 patients with hyperinflammatory state: a multicentre cohort study (SAM-COVID-19)

Objectives: The objective of this study was to estimate the association between tocilizumab or corticosteroids and the risk of intubation or death in patients with coronavirus disease 19 (COVID-19) with a hyperinflammatory state according to clinical and laboratory parameters. Methods: A cohort study was performed in 60 Spanish hospitals including 778 patients with COVID-19 and clinical and laboratory data indicative of a hyperinflammatory state. Treatment was mainly with tocilizumab, an intermediate-high dose of corticosteroids (IHDC), a pulse dose of corticosteroids (PDC), combination therapy, or no treatment. Primary outcome was intubation or death; follow-up was 21 days. Propensity score-adjusted estimations using Cox regression (logistic regression if needed) were calculated. Propensity scores were used as confounders, matching variables and for the inverse probability of treatment weights (IPTWs). Results: In all, 88, 117, 78 and 151 patients treated with tocilizumab, IHDC, PDC, and combination therapy, respectively, were compared with 344 untreated patients. The primary endpoint occurred in 10 (11.4%), 27 (23.1%), 12 (15.4%), 40 (25.6%) and 69 (21.1%), respectively. The IPTW-based hazard ratios (odds ratio for combination therapy) for the primary endpoint were 0.32 (95%CI 0.22-0.47; p < 0.001) for tocilizumab, 0.82 (0.71-1.30; p 0.82) for IHDC, 0.61 (0.43-0.86; p 0.006) for PDC, and 1.17 (0.86-1.58; p 0.30) for combination therapy. Other applications of the propensity score provided similar results, but were not significant for PDC. Tocilizumab was also associated with lower hazard of death alone in IPTW analysis (0.07; 0.02-0.17; p < 0.001). Conclusions: Tocilizumab might be useful in COVID-19 patients with a hyperinflammatory state and should be prioritized for randomized trials in this situatio

Search for dark matter produced in association with bottom or top quarks in √s = 13 TeV pp collisions with the ATLAS detector

A search for weakly interacting massive particle dark matter produced in association with bottom or top quarks is presented. Final states containing third-generation quarks and miss- ing transverse momentum are considered. The analysis uses 36.1 fb−1 of proton–proton collision data recorded by the ATLAS experiment at √s = 13 TeV in 2015 and 2016. No significant excess of events above the estimated backgrounds is observed. The results are in- terpreted in the framework of simplified models of spin-0 dark-matter mediators. For colour- neutral spin-0 mediators produced in association with top quarks and decaying into a pair of dark-matter particles, mediator masses below 50 GeV are excluded assuming a dark-matter candidate mass of 1 GeV and unitary couplings. For scalar and pseudoscalar mediators produced in association with bottom quarks, the search sets limits on the production cross- section of 300 times the predicted rate for mediators with masses between 10 and 50 GeV and assuming a dark-matter mass of 1 GeV and unitary coupling. Constraints on colour- charged scalar simplified models are also presented. Assuming a dark-matter particle mass of 35 GeV, mediator particles with mass below 1.1 TeV are excluded for couplings yielding a dark-matter relic density consistent with measurements