La tesi affronta le problematiche di realizzazione di applicazioni parallele ad alte prestazioni adattive al contesto. Nella tesi viene analizzato un approccio generico alla Context Awareness e viene descritta in particolar modo una possibile estensione del modello di programmazione parallela ASSIST, che prende nome di ASSISTANT (ASSIST with Adaptivity and coNText awareness). Del modello ASSISTANT viene data una valutazione qualitativa della sua utilità mediante l'emulazione dei meccanismi di adattività descritti nella tesi con la versione di ASSIST attuale

MENCAGLI, GABRIELE

Electronic Thesis and Dissertation Archive - Università di Pisa

UNIVERSITÀ DI PISA Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea Specialistica in Tecnologie Informatiche        TESI DI LAUREA  Un Modello di Programmazione Parallela per Applicazioni Adattive e Context-Aware     Candidato  Gabriele Mencagli      Relatore         Controrelatore   Prof. Marco Vanneschi                 Prof. Gianluigi Ferrari           ANNO ACCADEMICO 2006/2007  II Indice   1   Introduzione.......................................................................................................... 1 1.1   Le metodologie.............................................................................................. 3 1.2   I risultati ........................................................................................................ 6 1.3   Gli sviluppi futuri.......................................................................................... 7 1.4   Contenuto dei capitoli ................................................................................... 7  2   La Context Awareness in ambienti di calcolo pervasivi ad alte prestazioni... 9 2.1   Il Pervasive Computing................................................................................. 9 2.2   Le problematiche introdotte con il Pervasive Computing........................... 11 2.3   Le applicazioni per il Pervasive Computing ............................................... 13 2.3.1   Caratteristiche delle applicazioni per il Pervasive Computing..... 14 2.3.2   Problematiche inerenti lo sviluppo di applicazioni pervasive ...... 16 2.4   Soluzioni middleware per ambienti pervasivi............................................. 17 2.4.1   Progetto GAIA.............................................................................. 18 2.4.2   Progetto ATLAS........................................................................... 20 2.5   La Context Awareness in ambienti di Pervasive Computing...................... 23 2.5.1   COBRA: The Context Broker Architecture ................................. 27 2.6   Una visione più estesa, l’High Performance Pervasive Computing ........... 28  3   Un esempio di applicazione di HPPC per la gestione delle emergenze ......... 32 3.1   La Pervasive Grid........................................................................................ 32 3.2   Introduzione ad un esempio di applicazione pervasiva per la gestione  delle emergenze.......................................................................................... 34 3.2.1   Architettura dell’esempio applicativo .......................................... 35 3.2.2   Casi d’uso del sistema di gestione dell’emergenza...................... 38 3.2.3   Descrizione informale dei casi d’uso ........................................... 42  4   Una soluzione a componenti per l’adattività al contesto ambientale ............ 48 4.1   Un breve richiamo alla tecnologia a componenti........................................ 48 4.2   Componenti adattive al contesto ambientale............................................... 51 4.3   Descrizione delle componenti funzionali del sistema di esempio per la   III gestione delle emergenze ........................................................................... 54 4.3.1   Componente Visual Client ........................................................... 56 4.3.2   Componente Dispatcher ............................................................... 58 4.3.3   Componente Sensor Data Collector ............................................. 61 4.3.4   Componente Sensor Data Manager.............................................. 62 4.3.5   Componente External Data Broker .............................................. 65 4.3.6   Componente Meteo Data Broker e GIS Data Broker................... 69 4.3.7   Componente Forecasting Component e DSS Component ........... 70 4.4   Le componenti di contesto (Context Control Component) ......................... 72 4.4.1   Il Context Retrieval Module......................................................... 73 4.4.2   Il Context Storage Module ........................................................... 77 4.4.3   Il Context Management Module .................................................. 79 4.4.4   Il Context Event Register ............................................................. 81 4.5   L’adattività nelle componenti funzionali .................................................... 84 4.5.1   Descrizione iniziale delle politiche di adattività .......................... 87  5   La Context Awareness in ASSIST: introduzione al modello ASSISTANT.. 90 5.1   Breve richiamo al modello di programmazione di ASSIST ....................... 91 5.1.1   Programmi ASSIST ad alta performance definiti come grafi ...... 91 5.1.2   Uno skeleton generico: il PARMOD ........................................... 93 5.2   Il supporto all’adattività delle performance in ASSIST.............................. 96 5.3   ASSISTANT: ASSIST with Adaptivity and Context Awareness............... 99 5.4   Il  processo di adattività del PARMOD ASSISTANT.............................. 105 5.4.1   Modifica delle procedure sequenziali dei VP mantenendo la  medesima forma di parallelismo ............................................... 106 5.4.2   Modifica delle procedure sequenziali dei VP modificando la  forma di parallelismo ................................................................ 109 5.4.3   Gestione dello stato dei VP durante le riconfigurazioni delle  funzioni ..................................................................................... 112 5.4.4   Mapping tra elementi del PARMOD e tipologie di nodi di  elaborazione .............................................................................. 115 5.5   Le regole della politica di adattività del PARMOD ASSISTANT ........... 115 5.6   Considerazioni sui moduli sequenziali adattivi......................................... 118 5.7   Descrizione ASSISTANT dell’applicazione pervasiva per la gestione   IV delle emergenze........................................................................................ 118 5.7.1   Richiesta di visualizzazione dello stato attuale dell’emergenza 119 5.7.2   Richiesta di previsione dell’emergenza di inondazione............. 120 5.7.3   Richiesta di intervento del sistema di supporto alle decisioni ... 122  6   Test e valutazioni sul modello ASSISTANT .................................................. 125 6.1   Descrizione dell’applicazione parallela per la valutazione del modello  ASSISTANT ............................................................................................ 125 6.2   Implementazione ASSIST dell’esempio ................................................... 126 6.2.1   Implementazione task-parallel del modulo Elabora................... 127 6.2.2   Implementazione data-parallel del modulo Elabora .................. 128 6.2.3   Implementazione task-parallel del modulo Presenta.................. 131 6.2.4   Implementazione data-parallel del modulo Presenta ................. 133 6.3   Applicazione del modello ASSISTANT all’esempio ............................... 134 6.3.1   L’adattività locale dei singoli PARMOD................................... 136 6.3.2   L’adattività globale dell’applicazione e cooperazione tra gli  Adaptation Manager.................................................................. 143             6.4   Sperimentazioni ed emulazioni del modello ASSISTANT ...................... 148 6.4.1 Prima emulazione di ASSISTANT sull’applicazione parallela  di questo capitolo ...................................................................... 148 6.4.2 Seconda emulazione di ASSISTANT sull’applicazione parallela  di questo capitolo ...................................................................... 158  Conclusioni............................................................................................................. 162  Appendice A........................................................................................................... 164  Appendice B........................................................................................................... 176  Bibliografia ............................................................................................................ 185     V Elenco delle figure   1.1 Evoluzione del PARMOD ASSIST per la realizzazione dell’adattività  alle informazioni di contesto ambientale ................................................................. 3 1.2 Rete di Adaptation Manager mediante la quale si realizzano processi  di adattività coordinati.............................................................................................. 5 2.1 Caratteristiche di un ambiente di Pervasive Computing........................................ 11 2.2 Complessità delle problematiche introdotte con il Pervasive Computing............. 13 2.3 Sistema pervasivo strutturato a livelli.................................................................... 17 2.4 Il modello di applicazione utilizzato dal framework GAIA .................................. 20 2.5 Schema di massima del framework ATLAS ......................................................... 21 2.6 Strutturazione concettuale di un sistema Context-Aware...................................... 24 3.1 L’architettura della Pervasive Grid........................................................................ 33 3.2 Architettura dell’esempio di applicazione per la gestione delle emergenze di inondazione ............................................................................................................ 38 3.3 L’utente richiede la visualizzazione dello stato attuale dell’emergenza ............... 43 3.4 L’utente richiede una previsione dell’emergenza di inondazione ......................... 44 3.5 Esecuzione del supporto alle decisioni per la mitigazione dell’emergenza .......... 45 4.1 Una componente con interfacce di import ed export............................................. 49 4.2 Interconnessione tra componenti per costituire un’applicazione complessa ......... 50 4.3 Struttura a componenti per l’adattività al contesto ................................................ 53 4.4 Interfacce funzionali ed interfacce non funzionali o di contesto ........................... 54 4.5 Grafo delle componenti funzionali dell’applicazione di esempio ......................... 55 4.6 La componente Visual Client ................................................................................ 57 4.7 La componente Dispatcher .................................................................................... 58 4.8 Comportamento della componente Dispatcher...................................................... 59 4.9 La componente Sensor Data Collector .................................................................. 61 4.10 La componente Sensor Data Manager................................................................... 63 4.11 Rete di broker del sistema di gestione dell’emergenza ......................................... 65 4.12 La componente External Data Broker ................................................................... 66 4.13 Comportamento della componente External Data Broker..................................... 68 4.14 La componente Meteo Data Broker....................................................................... 70 4.15 La componente Forecasting Component ............................................................... 70  VI 4.16 Struttura a livelli dell’applicazione di esempio ..................................................... 73 4.17 La Context Control Component e la sua struttura ................................................. 73 4.18 La struttura del Cotext Retrieval Module .............................................................. 75 4.19 Operazioni eseguite dal Context Retrieval Module............................................... 76 4.20 Struttura del Context Storage Module ................................................................... 78 4.21 Struttura del Context Management Module .......................................................... 79 4.22 Descrizione dell’attività di reasoning/inferenza del CMM ................................... 80 4.23 Publisher-Subscriber pattern tra componenti......................................................... 81 4.24 Struttura del Context Event Register ..................................................................... 83 4.25  Comportamento del Context Event Register.......................................................... 84 4.26 Struttura di massima di una generica componente funzionale .............................. 85 5.1 Esempio di applicazione ASSIST strutturata a grafo ............................................ 92 5.2 Il PARMOD, il costrutto parallelo generale di ASSIST........................................ 95 5.3 La dinamicità in ASSIST....................................................................................... 97 5.4 Performance di un esempio di applicazione ASSIST adattiva .............................. 99 5.5 La Context Awareness in ASSIST ...................................................................... 100 5.6 Il PARMOD ASSISTANT adattivo al contesto .................................................. 101 5.7 L’Adaptation Manager del PARMOD ASSISTANT.......................................... 103 5.8 Caso di contesto partizionato............................................................................... 104 5.9 Versioni alternative delle funzioni eseguite dai worker di un farm..................... 107 5.10 Versioni alternative di stencil in un Data-Parallel ............................................... 108 5.11 Un semplice esempio di modulo con forme di parallelismo alternative ............. 109 5.12 Implementazione task-parallel e data-parallel del modulo.................................. 110 5.13 Implementazione task-parallel del modulo.......................................................... 111 5.14 Implementazione data-parallel del modulo ......................................................... 111 5.15 Collezione dello stato delle alternative funzionali del PARMOD ASSISTANT 113 5.16  Descrizione dell’attività nell’Adaptation Manager del PARMOD...................... 114 5.17 Interazioni tra Manager e servizi di Resource Discovery.................................... 115 5.18 Un esempio di politica di adattivita del PARMOD ASSISTANT ...................... 117 5.19 Schema della richiesta di visualizzazione dello stato attuale dell’emergenza..... 119 5.20 Schema con componenti ASSIST del primo caso d’uso ..................................... 120 5.21 Schema della realizzazione della previsione del fenomeno di inondazione........ 121 5.22 Schema con componenti ASSIST del secondo caso d’uso.................................. 121 5.23 Schema della realizzazione del supporto alle decisioni....................................... 123  VII 5.24 Schema con componenti ASSIST del terzo caso d’uso....................................... 124 6.1 Schema dell’applicazione parallela per la valutazione di ASSISTANT ............. 125 6.2 Schema della versione farm del modulo Elabora ................................................ 127 6.3 Implementazione farm del modulo Elabora ........................................................ 127 6.4 Schema della versione map del modulo Elabora................................................. 128 6.5 Implementazione map del modulo Elabora ......................................................... 129 6.6 Schema della versione farm del modulo Presenta ............................................... 132 6.7 Implementazione farm del modulo Presenta ....................................................... 132 6.8 Schema della versione map del modulo Presenta................................................ 133 6.9 Implementazione map del modulo Presenta ........................................................ 134 6.10 Applicazione parallela strutturata con il modello ASSISTANT ......................... 135 6.11 Modulo parallelo ASSISTANT Elabora.............................................................. 136 6.12 Possibile politica di adattività del manager di Elabora........................................ 138 6.13 Modulo parallelo ASSISTANT Presenta............................................................. 141 6.14 Monitoring delle performance ............................................................................. 142 6.15 Verifica delle performance locali di un modulo parallelo ................................... 144 6.16 Comunicazione tra manager per adattare i gradi di parallelismo ........................ 145 6.17 Adattività delle performance tra manager ........................................................... 145 6.18 Estensione delle politiche di adattività di Elabora e Presenta ............................. 146 6.19 Prima emulazione del PARMOD ASSISTANT.................................................. 148 6.20 Prima emulazione dei PARMOD ASSISTANT Elabora e Presenta ................... 151 6.21 Architettura complessiva della prima emulazione............................................... 151 6.22 Implementazione mediante stream multipli delle riconfigurazioni delle  funzioni del modulo Elabora................................................................................ 153 6.23 Prima emulazione dell’applicazione con realizzazione sia delle riconfigurazioni  delle funzioni che delle performance ................................................................... 154 6.24  Dimensionamento della memoria virtuale dei processi VPM del PARMOD  Presenta ................................................................................................................ 156 6.25   Tempo di servizio medio di Presenta durante il primo test eseguito. ................. 157 6.26 Seconda emulazione dei PARMOD ASSISTANT Elabora e Presenta ............... 158 6.27 Codice ASSIST della seconda emulazione del PARMOD Elabora .................... 159 6.28   Tempo di servizio medio di Presenta durante il secondo test eseguito............... 161  

Un modello di programmazione parallela per applicazioni adattive e Context-Aware

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic Thesis and Dissertation Archive - Università di Pisa