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Ao longo de mais de 40 anos, sistemas operacionais têm sido desenvolvidos com o propósito de tornar a utilização do computador mais eficiente e mais conveniente. Para isso, um enorme número de conceitos, abstrações, mecanismos e algoritmos foram criados e aprimorados. Este artigo é um tutorial a respeito das técnicas fundamentais empregadas nos sistemas operacionais contemporâneos. Também são discutidos aqui os sistemas operacionais distribuídos e de tempo real. For more than 40 years, operating systems have been developed with the goal of making the utilization of computers more efficient and more comfortable. A huge number of concepts, abstractions, mechanisms and algorithms were created and improved. This paper is a tutorial on the fundamental techniques applied in the construction of contemporary operating systems. We also discuss distributed operating systems and real-time operating systems

The continuous price reduction for commodity PC multiprocessors and the availability of fast network interfaces have made cluster of multiprocessors an attractive low-price alternative to build parallel systems. Multiprocessor clusters offer two levels of parallelism: a fine grain parallelism inside a single multiprocessor and a coarse grain among them. A mechanism must be provided to exploit both levels of parallelism simultaneously. This requires to provide communications between threads belonging to different addresses spaces. This dissertation addresses the problem of integrating threads and communicationson ATHAPASCAN-0 run time system. ATHAPASACAN-0 is a portable run time for cluster of multiprocessors developed as part of the APACHE project (CNRS-INPG-INRIA-UJF). Portability is achieved by a layered organization based on standards like POSIX threads and MPI. The ATHAPASCAN-0 run time system extends the heavy-weight process communication model of message passing libraries such as MPI, PVM, etc, into a lighter dynamic network of communicating threads. Multiprogramming is the key concept used. Communication progress is based on a network polling basis to handle incoming messages and to deliver outgoing communications requests. Performance is strongly dependent on the way these operations are implemented. Additionally, multiprocessors introduce some programming problems like overhead of cache coherency mechanisms, method of managing concurrent accesses and efficient mutex locking to avoid unnecessary context switching. These problems are analyzed and solutions are implemented in the ATHAPASCAN-0 run time system. An evaluation of these solutions is performed on a cluster of multiprocessors.; L'accroissement d'efficacité des réseaux d'interconnexion et la vulgarisation des machines multiprocesseurs permettent la réalisation de machines parallèles à mémoire distribuée de faible coût: les grappes de multiprocesseurs. Elles nécessitent l'exploitation à la fois du parallélisme à grain fin, interne à un multiprocesseur offert par la multiprogrammation légère, et du parallélisme à gros grain entre les différents multiprocesseurs. L'exploitation simultanée de ces deux types de parallélisme exige une méthode de communication entre les processus légers qui ne partagent pas le même espace d'adressage. Le travail de cette thèse porte sur le problème de l'intégration de la multiprogrammation légère et des communications sur grappes de multiprocesseurssymétriques (SMP). Il porte plus précisément sur l'évaluation et le réglage dunoyau exécutif ATHAPASCAN-0 sur ce type d'architecture. ATHAPASCAN-0 est un noyau exécutif,portable, développé au sein du projet APACHE (CNRS-INPG-INRIA-UJF), qui combinela multiprogrammation légère et la communication par échange de messages. La portabilité est assurée par une organisation en couches basée sur les standards POSIX threads et MPI largement répandus. ATHAPASCAN-0 étend le modèle de réseaustatique de processus «lourds» communicants tel que MPI, PVM, etc, à celui d'un réseau dynamique de processus légers communicants. La technique de base est la multiprogrammation légère des communications et des calculs. La progression des communications exige la scrutation de l'état du réseau et l'enchaînement des opérations de transferts. L'efficacité repose sur la minimisation de ces opérations. De plus, l'emploi de multiprocesseurs ajoute des problèmes spécifiques dus à l'apparition d'un parallélisme réel entre calcul et communication. Ces problèmes sont présentés et des solutions sont proposées pour l'environnement ATHAPASCAN-0. Ces solutions sont évaluées sur des grappes de multiprocesseurs.

The continuous price reduction for commodity PC multiprocessors and the availability of fast network interfaces have made cluster of multiprocessors an attractive low-price alternative to build parallel systems. Multiprocessor clusters offer two levels of parallelism: a fine grain parallelism inside a single multiprocessor and a coarse grain among them. A mechanism must be provided to exploit both levels of parallelism simultaneously. This requires to provide communications between threads belonging to different addresses spaces. This dissertation addresses the problem of integrating threads and communicationson ATHAPASCAN-0 run time system. ATHAPASACAN-0 is a portable run time for cluster of multiprocessors developed as part of the APACHE project (CNRS-INPG-INRIA-UJF). Portability is achieved by a layered organization based on standards like POSIX threads and MPI. The ATHAPASCAN-0 run time system extends the heavy-weight process communication model of message passing libraries such as MPI, PVM, etc, into a lighter dynamic network of communicating threads. Multiprogramming is the key concept used. Communication progress is based on a network polling basis to handle incoming messages and to deliver outgoing communications requests. Performance is strongly dependent on the way these operations are implemented. Additionally, multiprocessors introduce some programming problems like overhead of cache coherency mechanisms, method of managing concurrent accesses and efficient mutex locking to avoid unnecessary context switching. These problems are analyzed and solutions are implemented in the ATHAPASCAN-0 run time system. An evaluation of these solutions is performed on a cluster of multiprocessors., L'accroissement d'efficacité des réseaux d'interconnexion et la vulgarisation des machines multiprocesseurs permettent la réalisation de machines parallèles à mémoire distribuée de faible coût: les grappes de multiprocesseurs. Elles nécessitent l'exploitation à la fois du parallélisme à grain fin, interne à un multiprocesseur offert par la multiprogrammation légère, et du parallélisme à gros grain entre les différents multiprocesseurs. L'exploitation simultanée de ces deux types de parallélisme exige une méthode de communication entre les processus légers qui ne partagent pas le même espace d'adressage. Le travail de cette thèse porte sur le problème de l'intégration de la multiprogrammation légère et des communications sur grappes de multiprocesseurssymétriques (SMP). Il porte plus précisément sur l'évaluation et le réglage dunoyau exécutif ATHAPASCAN-0 sur ce type d'architecture. ATHAPASCAN-0 est un noyau exécutif,portable, développé au sein du projet APACHE (CNRS-INPG-INRIA-UJF), qui combinela multiprogrammation légère et la communication par échange de messages. La portabilité est assurée par une organisation en couches basée sur les standards POSIX threads et MPI largement répandus. ATHAPASCAN-0 étend le modèle de réseaustatique de processus «lourds» communicants tel que MPI, PVM, etc, à celui d'un réseau dynamique de processus légers communicants. La technique de base est la multiprogrammation légère des communications et des calculs. La progression des communications exige la scrutation de l'état du réseau et l'enchaînement des opérations de transferts. L'efficacité repose sur la minimisation de ces opérations. De plus, l'emploi de multiprocesseurs ajoute des problèmes spécifiques dus à l'apparition d'un parallélisme réel entre calcul et communication. Ces problèmes sont présentés et des solutions sont proposées pour l'environnement ATHAPASCAN-0. Ces solutions sont évaluées sur des grappes de multiprocesseurs.

O sistema BIBLOS realiza o controle das palavras-chave utilizadas no catálogo de assuntos da Biblioteca do CPD/PGCC da UFRGS. Implementado em MUMPS/M no microcomputador Polymax 101 HS, executa rotinas de cadastramento, alteração e listagem de palavras-chave, automatizando os índices alfabético e numérico utilizados pela biblioteca. The BIBLOS System performs the control of the subject headings used in the catalogue of the library of the Centre of Data Processing, which belongs to the postgraduate course on Computational Science, of the Federal University of Rio Grande do Sul. The system was implemmented through the MUMPS programme for microcomputers Polymax 101 HS. lt performs the register routines, lists and alters the subjects headings, does the automation of the alphabetical and numerical indexes used by the library.

Computação em nuvem é um novo paradigma, onde recursos computacionais são disponibilizados como serviços. Neste cenário, o usuário não tem a necessidade de adquirir infraestrutura, ele pode alugar os recursos de um provedor e usá-los durante um certo período de tempo. Além disso, o usuário pode facilmente alocar e desalocar quantos recursos ele desejar, num ambiente totalmente elástico. O usuário só é cobrado pelo efetivo uso que for feito dos recursos alocados, isso significa que ele somente pagará pelo que for utilizado. Por outro lado, usuários de processamento de alto desempenho (PAD) tem a necessidade de utilizar grande poder computacional como uma ferramenta de trabalho. Para se ter acesso a estes recursos, são necessários investimentos financeiros adequados para aquisição de sistemas para PAD. Mas, neste caso, duas situações podem incorrer em problemas. O usuário necessita ter acesso aos recursos financeiros totais para adquirir e manter um sistema para PAD, e esses recusros são limitados. O propósito dessa dissertação é avaliar se o paradigma de computação em nuvem é um ambiente viável para PAD, verificando se este modelo de computação tem a capaciodade de prover acesso a ambientes que podem ser utilizados para a execução de aplicações de alto desempenho, e também, se o custo benefício apresentado é melhor do que o de sistemas tradicionais. Para isso, todo o modelo de computação em nuvem foi avaliado para se identificar quais partes dele tem o potencial para ser usado para PAD. Os componentes identificados foram avaliados utilizando-se proeminentes provedores de computação em nuvem. Foram analisadas as capacidades de criação de ambientes de PAD, e tais ambientes tiveram seu desempenho analisado através da utilização de técnicas tradicionais. Para a avaliação do custo benefício, foi criado e aplicado um modelo de custo. Os resultados mostraram que todos os provedores analisados possuem a capacidade de criação de ambientes de PAD. Em termos de desempenho, houveram alguns casos em que os provedores de computação em nuvem foram melhores do que um sistema tradicional. Na perspectiva de custo, a nuvem apresenta uma alternativa bastante interessante devido ao seu modelo de cobrança de acordo com o uso. Como conclusão dessa dissertação, foi mostrado que a computação em nuvem pode ser utilizada como uma alternativa real para ambientes de PAD. Cloud computing is a new paradigm, where computational resources are offered as services. In this context, the user does not need to buy infrastructure, the resources can be rented from a provider and used for a period of time. Furthermore the user can easily allocate as many resources as needed, and deallocate them as well, in a totally elastic environment. The resources need to be paid only for the effective usage time. On the other hand, High-Performance Computing (HPC) requires a large amount of computational power. To acquire systems capable for HPC, large financial investments are necessary. Apart from the initial investment, the user must pay the maintenance costs, and has only limited computational resources. To overcome these issues, this thesis aims to evaluate the cloud computing paradigm as a candidate environment for HPC. We analyze the efforts and challenges for porting and deploy HPC applications to the cloud. We evaluate if this computing model can provide sufficient capacities for running HPC applications, and compare its cost efficiency to traditional HPC systems, such as clusters. The cloud computing paradigm was analyzed to identify which models have the potential to be used for HPC purposes. The identified models were then evaluated using major cloud providers, Microsoft Windows Azure, Amazon EC2 and Rackspace and compare them to a traditional HPC system. We analyzed the capabilities to create HPC environments, and evaluated their performance. For the evaluation of the cost efficiency, we developed an economic model. The results show that all the evaluated providers have the capability to create HPC environments. In terms of performance, there are some cases where cloud providers present a better performance than the traditional system. From the cost perspective, the cloud presents an interesting alternative due to the pay-per-use model. Summarizing the results, this dissertation shows that cloud computing can be used as a realistic alternative for HPC environments.

Facilitar o gerenciamento e o acesso a sistemas de alto desempenho vem sendo uma área de pesquisa explorada nos últimos anos. Isto acontece uma vez que se verifica o aumento do número de usuários, muitos pertencentes a outras áreas, como por exemplo, biologia, geologia, hidrologia, etc e, desta forma, é preciso facilitar os meios de interação destes usuários com tais sistemas, assim como melhorar as técnicas de gerenciamento dos mesmos. Além do aumento do número e da multidisciplinaridade desses usuários, existe também o fato de que grande parte deles tem acesso a diferentes tipos de sistemas de alto desempenho. Em geral, estes sistemas possuem ferramentas não padronizadas, sendo que cada uma apresenta uma interface e um conjunto de ações e comandos a serem realizados para que possam dispor de suas funcionalidades. Este trabalho propõe a definição de uma arquitetura de gerenciamento e acesso a múltiplos clusters, que seja capaz de ser facilmente extensível, transparente, interoperável e de fácil utilização configuração e manutenção. Como resultado da arquitetura proposta, foi desenvolvido um protótipo, denominado ICE - Integrated Cluster Environment. Os principais objetivos da arquitetura e do ambiente ICE são: (i) capacidade de uniformização do modo como as ferramentas de clusters são utilizadas e, também, uniformização na maneira como os clusters são acessados; (ii) transparência na forma de acesso e uso dos clusters; e (iii) capacidade de extensibilidade em dois níveis: o primeiro refere-se á extensibilidade do número de funcionalidades (serviços) providos pelo sistema e o segundo está relacionado á capacidade do sistema lidar com o uso de diferentes ferramentas que possuem a mesma funcionalidade. Além da descrição da arquitetura e do protótipo, neste trabalho, também é realizada uma avaliação do ambiente ICE. Essa avaliação foi dividida em dois momentos. O primeiro traz a comparação das características do ambiente proposto com algumas ferramentas relacionadas. No segundo momento são apresentados alguns experimentos que visam identificar o overhead inserido pelo ambiente ICE na execução das operaçõess do módulo de gerenciamento de aplicações, desenvolvido e descrito neste trabalho. Some researches have been done over the last years in order to improve the management and access of high performance systems. One of the motivations of these researches is the continuously increase in the number of users who, not rarely, belong to other areas, such as biology, geology, hydrology, etc; so it is necessary to provide some access and also management facilities in these kinds of systems. Furthermore, the users also have access to different kinds of high performance systems, and they have to deal with distinct tools of their underlying, which are not standardize. Therefore, the users need to learn the specificities of each tool in each high performace system that they have permission to access. Aiming to solve this problem, this work proposes an architecture to provide access and management of multiple clusters with extensibility, transparance, interoperability, user-friendly, manageability and maintainability. As a result of the proposed architecture, a prototype called ICE - Integrated Cluster Environment - was developed. The main goals of the architecture and the ICE environment are: (i) the capability of uniforming the manner the cluster tools are used and accessed; (ii) cluster access and transparence use; and (iii) two extensibility levels: the first one refers to capability of extending the number of functionalities/services provided by the environment and the second one concerns to the capability of extending the number of tools, with the same functionality, the system is able to manage. Beyond the architecture and prototype description, this research presents the evaluation of ICE environment, which is divided in two parts. The first one brings the comparison of the features between ICE and some related work. The second part shows some experiments that intend to verify the overhead inserted by ICE environment when performing the tasks of the job management module, also developed and explained in this work.

Cada vez mais equipamentos eletrônicos digitais têm sido fabricados utilizando um sistema operacional embarcado. Por razões de custo, estes sistemas operacionais são implementados sobre um hardware com os requisitos mínimos para atender as necessidades da aplicação. Este trabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade de implementação de suporte a multitarefa sobre a arquitetura FemtoJava, um microcontrolador monotarefa dedicado a sistemas embarcados. Para tanto, o suporte de hardware necessário é adicionado à arquitetura. Também são implementados dois escalonadores de tarefas diretamente em bytecodes Java, visando à otimização de área e o compromisso com desempenho e consumo de energia. Modificações no ambiente de desenvolvimento e uma ferramenta de relocação de endereços são propostas, objetivando a utilização dos escalonadores de tarefas implementados junto ao fluxo de desenvolvimento existente. Por fim, uma análise é realizada sobre o impacto que a capacidade de multitarefa produz no sistema em termos de desempenho, consumo de área e energia. Most digital electronic equipments are produced using an embedded operating system. Due to economic reasons, these operating systems are implemented on hardware with minimal requirements to support the application needs. This work will present a viability study to implement multitask support on the FemtoJava architecture, a monotask microcontroller dedicated to embedded applications. The support to multitask involves the addition of specific hardware mechanisms to the architecture. Two different scheduling policies are then directly implemented using Java bytecodes, aiming area optimization as well as a good performance/energy-consumption trade-off. Some modifications in the development environment and a code relocation tool were introduced, in order to enable the use of the schedulers in the existing design tool flow. Finally, an analysis is performed to evaluate the impact that the multitask support produces in the system with respect to the final performance, area and energy consumption.