[en] Nowadays, Big Data technologies are used by many organizations to extract valuable information from large-scale datasets. As the size of these datasets increases, meeting the huge performance requirements of data processing applications becomes more challenging. This Thesis focuses on evaluating and optimizing these applications by proposing two new tools, namely BDEv and Flame-MR. On the one hand, BDEv allows to thoroughly assess the behavior of widespread Big Data processing frameworks such as Hadoop, Spark and Flink. It manages the configuration and deployment of the frameworks, generating the input datasets and launching the workloads specified by the user. During each workload, it automatically extracts several evaluation metrics that include performance, resource utilization, energy efficiency and microarchitectural behavior. On the other hand, Flame-MR optimizes the performance of existing Hadoop MapReduce applications. Its overall design is based on an event-driven architecture that improves the efficiency of the system resources by pipelining data movements and computation. Moreover, it avoids redundant memory copies present in Hadoop, while also using efficient sort and merge algorithms for data processing. Flame-MR replaces the underlying MapReduce data processing engine in a transparent way and thus the source code of existing applications does not require to be modified. The performance benefits provided by Flame- MR have been thoroughly evaluated on cluster and cloud systems by using both standard benchmarks and real-world applications, showing reductions in execution time that range from 40% to 90%. This Thesis provides Big Data users with powerful tools to analyze and understand the behavior of data processing frameworks and reduce the execution time of the applications without requiring expert knowledge.

[es] Hoy en día, muchas organizaciones utilizan tecnologías Big Data para extraer información de grandes volúmenes de datos. A medida que el tamaño de estos volúmenes crece, satisfacer las demandas de rendimiento de las aplicaciones de procesamiento de datos masivos se vuelve más difícil. Esta Tesis se centra en evaluar y optimizar estas aplicaciones, presentando dos nuevas herramientas llamadas BDEv y Flame-MR. Por un lado, BDEv analiza el comportamiento de frameworks de procesamiento Big Data como Hadoop, Spark y Flink, muy populares en la actualidad. BDEv gestiona su configuración y despliegue, generando los conjuntos de datos de entrada y ejecutando cargas de trabajo previamente elegidas por el usuario. Durante cada ejecución, BDEv extrae diversas métricas de evaluación que incluyen rendimiento, uso de recursos, eficiencia energética y comportamiento a nivel de microarquitectura. Por otro lado, Flame-MR permite optimizar el rendimiento de aplicaciones Hadoop MapReduce. En general, su diseño se basa en una arquitectura dirigida por eventos capaz de mejorar la eficiencia de los recursos del sistema mediante el solapamiento de la computación con las comunicaciones. Además de reducir el número de copias en memoria que presenta Hadoop, utiliza algoritmos eficientes para ordenar y mezclar los datos. Flame-MR reemplaza el motor de procesamiento de datos MapReduce de manera totalmente transparente, por lo que no se necesita modificar el código de aplicaciones ya existentes. La mejora de rendimiento de Flame-MR ha sido evaluada de manera exhaustiva en sistemas clúster y cloud, ejecutando tanto benchmarks estándar como aplicaciones pertenecientes a casos de uso reales. Los resultados muestran una reducción de entre un 40% y un 90% del tiempo de ejecución de las aplicaciones. Esta Tesis proporciona a los usuarios y desarrolladores de Big Data dos potentes herramientas para analizar y comprender el comportamiento de frameworks de procesamiento de datos y reducir el tiempo de ejecución de las aplicaciones sin necesidad de contar con conocimiento experto para ello.