Le Cloud computing a gagné beaucoup de popularité et a reçu beaucoup d'attention des deux mondes, industriel et académique, puisque cela les libère de la charge et le coût de la gestion de centres de données locaux. Toutefois, le principal facteur motivant l'utilisation du Cloud est sa capacité de fournir des ressources en fonction des besoins du client. Ce concept est appelé l’élasticité. Adapter les applications Cloud lors de leur exécution en fonction des variations de la demande est un grand défi. En outre, l'élasticité de Cloud est diverse et hétérogène car elle englobe différentes approches, stratégies, objectifs, etc. Nous sommes intéressés à étudier: Comment résoudre le problème de sur/sous-approvisionnement? Comment garantir la disponibilité des ressources et surmonter les problèmes d'hétérogénéité et de granularité des ressources? Comment standardiser, unifier les solutions d'élasticité et de modéliser sa diversité à un haut niveau d'abstraction? Dans cette thèse, trois majeures contributions ont été proposées: Tout d’abord, un état de l’art à jour de l’élasticité du Cloud ; cet état de l’art passe en revue les différents travaux relatifs à l’élasticité des machines virtuelles et des conteneurs. Deuxièmement, ElasticDocker, une approche permettant de gérer l’élasticité des conteneurs, notamment l’élasticité verticale, la migration et l’élasticité combinée. Troisièmement, MoDEMO, un nouveau cadre de gestion d'élasticité unifié, basé sur un standard, dirigé par les modèles, hautement extensible et reconfigurable, supportant plusieurs stratégies, différents types d’élasticité, différentes techniques de virtualisation et plusieurs fournisseurs de Cloud. / Cloud computing has been gaining popularity and has received a great deal of attention from both industrial and academic worlds since it frees them from the burden and cost of managing local data centers. However, the main factor motivating the use of cloud is its ability to provide resources according to the customer needs or what is referred to as elasticity. Adapting cloud applications during their execution according to demand variation is a challenging task. In addition, cloud elasticity is diverse and heterogeneous because it encompasses different approaches, policies, purposes, etc. We are interested in investigating: How to overcome the problem of over-provisioning/under-provisioning? How to guaranty the resource availability and overcome the problems of heterogeneity and resource granularity? How to standardize, unify elasticity solutions and model its diversity at a high level of abstraction? In this thesis, we solved such challenges and we investigated many aspects of elasticity to manage efficiently the resources in the cloud. Three contributions are proposed. Firstly, an up-to-date state-of-the-art of the cloud elasticity, this state of art reviews different works related to elasticity for both Virtual Machines and containers. Secondly, ElasticDocker, an approach to manage container elasticity including vertical elasticity, live migration, and elasticity combination between different virtualization techniques. Thirdly, MoDEMO, a new unified standard-based, model-driven, highly extensible and reconfigurable framework that supports multiple elasticity policies, vertical and horizontal elasticity, different virtualization techniques and multiple cloud providers.

Το αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η ανάπτυξη και υλοποίηση μιας εφαρμογής cloud για διαδικτυακές υπηρεσίες. Συγκεκριμένα, η εφαρμογή ονομάζεται My Calendar και αφορά ένα προσωπικό ημερολόγιο. Η εφαρμογή βρίσκεται στην υποδομή «νέφους» της Google και οι τελικοί χρήστες μπορούν να έχουν πρόσβαση στην υπηρεσία μέσω ενός web browser. Αρχικά, γίνεται η εισαγωγή στις έννοιες του cloud computing καθώς και σε αυτές της πλατφόρμας της Google. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ο τρόπος υλοποίησης της εφαρμογής και αναλύονται οι λειτουργίες της. Ο εκάστοτε χρήστης, αφού πρώτα δημιουργήσει τον προσωπικό του λογαριασμό, μπορεί να έχει πρόσβαση στην παρεχόμενη υπηρεσία. Η προσπάθεια επικεντρώθηκε κυρίως στην παρουσίαση μιας απλής και εύχρηστης εφαρμογής και δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στο λειτουργικό κομμάτι, ώστε και ο πλέον άπειρος χρήστης να κατανοεί τη διαδικασία και να μπορεί να χρησιμοποιεί την εφαρμογή εύκολα και γρήγορα για τις καθημερινές του εργασίες οργανώνοντας το πρόγραμμά του. / This diploma thesis deals with the development of a cloud application for web services. The application is called “My Calendar” and it is hosted on Google’s infrastructure. Everyone can access it from a simple web browser. First of all, we make an introduction in order to understand the meaning of cloud computing and be able to handle with the Google Cloud Platform. We describe the deployment of the application and we present its operations. Users must register in order to login and, after that, they could enter the interface which enables them to organize their schedule. We tried to focus on creating a user-friendly application and we emphasized on the functionality, so even the most inexperienced user could easily cope with it. As a result, we developed “My Calendar” with a view to everyone who wants to manage his/her scheduled tasks.

Η παρούσα διπλωματική έχει σαν σκοπό τη διερεύνηση της τεχνολογίας του Cloud Computing και της τεχνολογίας της Virtualization που την στηρίζει. Παρουσίαση της ιστορίας και μια τεχνική παρουσίαση των δυνατοτήτων και των καταβολών των τεχνολογιών. Αναφέρονται πρακτικές εφαρμογές που μπορούν οι συγκεκριμένες τεχνολογίες να εφαρμοστούν και τους σκοπούς που θα εξυπηρετήσουν. Επίσης γίνεται μια πιο αναλυτική παρουσίαση δυο προγραμμάτων (Xen Hypervisor – για το επίπεδο της Virtualization, Eucalyptus – σαν πλατφόρμα για τη δημιουργία IaaS Clouds). Παρουσιάζονται επίσης σύντομοι οδηγοί για την εγκατάσταση ενός Cloud, καθώς και το configuration μαζί με τους λόγους που χρησιμοποιήθηκε. / The scope of this thesis is to study the technology of Cloud Computing and the Virtualization technology that is supporting it. A presentation of the history, a technical overview and the origins of these technologies. There are mentioned some fields that the specified technologies could apply and the purposes that they would serve. On the third chapter, a more detailed presentation of two pieces of software is given (Xen Hypervisor – for the Virtualization Layer, Eucalyptus – as the platform to create IaaS Clouds). In the end quick how-to guides are described on the procedure to install a Cloud, the configuration and the reasons of the specific set up as well.

La disponibilité de plateformes middleware dans le cloud, avec un passage à l'échelle transparent est un vrai progrès pour les développeurs et les intégrateurs logiciels. Ils peuvent développer et déployer leurs applications sans s'inquiéter des détails opérationnels. Cependant, le coût d'exploitation d'une infrastructure dans le cloud peut devenir rapidement important. Les fournisseurs doivent disposer de méthodes pour le réduire en adaptant la taille des ressources aux besoins des clients. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur les applications Web multi-tenant transactionnelles, plus particulièrement les moteurs d'exécution de processus métiers. Nous proposons des méthodes permettant d'optimiser les coûts opérationnels d'un fournisseur d'exécution de processus "en tant que service" (BPMaaS) tout en assurant un niveau suffisant de qualité de service. Ce type d'applications ne passe pas facilement à l'échelle à cause de sa couche persistance et de la nature transactionnelle des opérations. Il faut distribuer les installations des clients de manière à optimiser les coûts et éventuellement les déplacer en fonction de l'évolution de la charge. Ces déplacements (ou migrations) ont un impact sur la qualité de service et il faut les limiter. Dans un premier temps, nous proposons une méthode de mesure de la capacité des ressources du cloud en termes de débit d'exécution de tâches BPM, puis nous proposons une méthode de mesure de l'impact des migrations que nous avons évalué, ceci confirmant nos hypothèses. Ensuite, nous proposons plusieurs modèles d'optimisation linéaire, ainsi que des heuristiques d'allocation de ressources et de distribution des clients prenant en compte le coût de l'infrastructure, la capacité des ressources et les besoins des clients, tout en limitant les nombres de migrations. Ces modèles sont fondés sur la connaissance de l'évolution de la charge des clients par unité de temps. Nous avons expérimenté les trois méthodes que nous avons proposées sur la solution BPM Bonita, et montré qu'elles permettent des gains substantiels sur l'exploitation de l'infrastructure par rapport à une méthode basique / The availability of middleware platforms in the cloud, with "transparent" scalability, is a progress for software developers and integrators. They can develop and deploy their applications without worrying about technical details. However, the exploitation cost of a cloud infrastructure can quickly become important. Providers requires methods to reduce this cost by adapting the size of ressources to the needs of the customers. In this thesis, we focus on multi-tenant transactional web applications, more precisely on business processes execution engines. We propose methods allowing to optimize the operational costs of providers of business process execution "as a Service" (BPMaaS) while ensuring a sufficient level of quality of service. This type of application do not scale well because of its persistence tier and of the transactional nature of operations. One must distribute the customers installations in order to optimize the cost, and sometimes move them depending of the needs of the customers. These moves (or migrations) have an impact on the quality of service and they must be limited. First, we propose a method for measuring the size of resources in terms of BPM tasks throughput, and then a method for measuring the impact of migrations we evaluate, thus confirming our hypothesis. We also propose several linear optimization models and heuristics targeting resouce allocation and distribution of customers, while limiting the number of migrations. These models are based on the knowledge of the needs of customers per time slot. We have experimented our three methods on the BPM solution Bonita, and demonstrated that they provide substantial savings on the infrastructure exploitation compared to a basic method

Avec l’avènement de l’informatique en nuage, différents fournisseurs offrant des services en nuage et des interfaces de programmation d’applications (APIs) hétérogènes sont apparus. Cette hétérogénéité complique la mise en œuvre d’un système de multi-nuages interopérable. Parmi les solutions pour l’interopérabilité de multi-nuages, l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) s’est révélée avantageuse. Cependant, la plupart des solutions IDM existantes pour l’informatique en nuage ne sont pas représentatives des APIs et manquent de formalisation. Pour remédier à ces limitations, je présente dans cette thèse une approche basée sur le standard Open Cloud Computing Interface (OCCI), les approches IDM et les méthodes formelles. Je fournis deux contributions qui sont mises en œuvre dans le contexte du projet OCCIware. Premièrement, je propose une approche basée sur la rétro-ingénierie pour extraire des connaissances des documentations textuelles ambiguës des APIs de nuages et améliorer leur représentation à l’aide des techniques IDM. Cette approche est appliquée à Google Cloud Platform (GCP), où je propose GCP Model, une spécification précise et basée sur les modèles, automatiquement déduite de la documentation textuelle de GCP. Deuxièmement, je propose le cadre fclouds pour assurer une interopérabilité sémantique entre plusieurs nuages, i.e., pour identifier les concepts communs entre les APIs et raisonner dessus. Le langage fclouds est une formalisation des concepts et de la sémantique opérationnelle d’OCCI en employant le langage de spécification formel Alloy. Pour démontrer l’efficacité du langage fclouds, je spécifie formellement treize APIs et en vérifie les propriétés. / With the advent of cloud computing, different cloud providers with heterogeneous cloud services and Application Programming Interfaces (APIs) have emerged. This heterogeneity complicates the implementation of an interoperable multi-cloud system. Among the multi-cloud interoperability solutions, Model-Driven Engineering (MDE) has proven to be quite advantageous and is the mostly adopted methodology to rise in abstraction and mask the heterogeneity of the cloud. However, most of the existing MDE solutions for the cloud are not representative of the cloud APIs and lack of formalization. To address these shortcomings, I present in this thesis an approach based on Open Cloud Computing Interface (OCCI) standard, MDE, and formal methods. I provide two major contributions implemented in the context of the OCCIware project. First, I propose an approach based on reverse-engineering to extract knowledge from the ambiguous textual documentation of cloud APIs and to enhance its representation using MDE techniques. This approach is applied to Google Cloud Platform (GCP), where I provide GCP Model, a precise model-driven specification for GCP that is automatically inferred from GCP textual documentation. Second, I propose the fclouds framework to achieve semantic interoperability in multi-clouds, i.e., to identify the common concepts between cloud APIs and to reason over them. The fclouds language is a formalization of OCCI concepts and operational semantics in Alloy formal specification language. To demonstrate the effectiveness of the fclouds language, I formally specify thirteen case studies and verify their properties.

This thesis concerns two main research areas of distributed web services deployed on cloud computing infrastructure. The first category is about monitoring of cloud computing infrastructure. In chapter 2 a novel general technique is used to infer relationships between different service components in a data center. This approach relies on a small set of fuzzy rules, produced by a hybrid genetic algorithm with high classification rate. Furthermore, the strength of detected dependencies is measured. Although we do not know the ground truth about relationships in a network, the proposed method mines realistic relationships without having any previous information about network topology and infrastructure. This approach can be a useful monitoring tool for administrators to obtain a clear view of what is happening in the underlying network. Finally, because of the simplicity of our algorithm and the flexibility of FIM, an online approach seems feasible. The second major problem, which is addressed in chapter 3, is the automated resource control of consolidated web applications on cloud computing infrastructure. ACRA is an innovative modeling and controlling technique of distributed services that are co-located on server cluster. The system dynamics are modeled by a group of linear state space models, which cover all the range of workload conditions. Because of the variant workload conditions, there are non-linear term and uncertainties which are modeled by an additive term in the local linear models. Due to the several types of service transactions with varying time and resources demands there are many desired candidate reference values of the SLOs during a day. Due to these requirements and the workload circumstances, we choose the appropriate model and we compute the closest feasible operating point according to several optimization criteria. Then using a set-theoretic technique a state feedback controller is designed that successfully leads and stabilize the system in the region of the equilibrium point. ACRA controller computes a positively invariant set on the state-space, which includes the target set and drives the system trajectories in it. Thus provide stability guarantee and high levels of robustness against system disturbances and nonlinearities. Furthermore we compare ACRA with an MPC and a PI controller and the results are very promising, since our solution outperforms the two other approaches. Secondly, a unified local level modeling and control framework for consolidated web services in a server cluster was presented, which can be a vital element of a holistic distributed control platform. Admission control and resource allocation were addressed as a common decision problem. Stability and constraint satisfaction was guaranteed. A real testbed was built and from a range of examples, in different operating conditions, we can conclude that both the identification scheme and controller provide high level of QoS. A novel component of this approach is the determination of a set of feasible operating (equilibrium) points which allows choosing the appropriate equilibrium point, depending only on what our objectives are, such as maximizing throughput, minimizing consumption or maximizing profit. Evaluation shows that our approach has high performance compared to well-known solutions, such as queuing models and measurement approach of equilibrium points. Both controllers succeed in their main targets respectively to the already proposed studies in literature. Firstly they satisfy the SLA requirements and the constraints of the underlying cloud computing infrastructure. To the best of our knowledge they are the only studies that calculate a set of feasible operating points that ensure system stability. Furthermore they adopt modern control theory and beyond the stability guarantee they introduce new control properties such as positively invariant sets , ultimate boundedness and e- contractive sets. / Στη παρούσα διδακτορική διατριβή δύο ερευνητικά θέματα επιλύονται. Αρχικά αναπτύσσεται μια τεχνική παρακολούθηση της δικτυακής κίνησης με σκοπό την εύρεση λειτουργικών σχέσεων μεταξύ των διάφορων μερών μιας δικτυακής εφαρμογής. Στο δεύτερο μέρος επιλύεται το πρόβλημα της αυτοματοποιημένη διανομής των πόρων σε δικτυακές εφαρμογές που μοιράζονται ένα κοινό περιβάλλον ΥΑΝ ( Υπολογιστική Αρχιτεκτονική Νέφους). Στόχος του πρώτου κεφαλαίου της διατριβής σε σχέση με την υπάρχουσα βιβλιογραφία είναι η δημιουργία ενός εργαλείου ανάλυσης της δικτυακής κίνησης έτσι ώστε να γίνονται κατανοητές οι λειτουργικές σχέσεις μεταξύ μερών των κατανεμημένων δικτυακών υπηρεσιών. Αυτός ο γράφος είναι πρωτεύον εργαλείο για πολλές εργασίες ενός διαχειριστή που εντάσσονται στο πεδίο της ανάλυσης της απόδοσης και της ανάλυσης των αρχικών αιτίων. Για παράδειγμα η ανίχνευση λανθασμένων εγκαταστάσεων ή διαδικτυακών επιθέσεων και ο σχεδιασμός για την επέκταση η μετατροπή των ΥΑΝ υποδομών. Το δεύτερο μέρος της παρούσας διατριβής ασχολείται με το θέμα της αυτοματοποιημένης κατανομής των υπολογιστικών πόρων ενός υπολογιστικού κέντρου ΥΑΝ σε ένα σύνολο εγκατεστημένων δικτυακών εφαρμογών. Η σύγχρονη τεχνολογία της εικονικοποίησης είναι ο κύριος παράγοντας για την «συστέγαση» πολλών κατανεμημένων υπηρεσιών σε υπολογιστικά κέντρα ΥΑΝ. Το ΕΑΚΠ (έλεγχος αποδοχής και κατανομή πόρων) είναι ένα αυτόνομο πλαίσιο μοντελοποίησης και ελέγχου, το οποίο παρέχει ακριβή μοντέλα και λύνει ενοποιημένα τα προβλήματα ΕΑ και ΚΠ των δικτυακών εφαρμογών που είναι συγκεντρωμένες σε υπολογιστικά κέντρα ΥΑΝ. Στόχος του ΕΑΚΠ είναι να μεγιστοποιεί την είσοδο των αιτήσεων των χρηστών στη παρεχόμενη υπηρεσία εκπληρώνοντας παράλληλα και τις προδιαγεγραμμένες απαιτήσεις ΠΥ (Ποιότητα Υπηρεσίας). Ο δεύτερος τοπικός ελεγκτής που παρουσιάζεται σε αυτή τη διατριβή είναι ένα αυτόνομο πλαίσιο μοντελοποίησης και ελέγχου κατανεμημένων δικτυακών εφαρμογών σε περιβάλλον ΥΑΝ, το οποίο λύνει συγχρόνως τα προβλήματα ΕΑ και ΚΠ με ενιαίο τρόπο.

Τα νέφη υπολογιστών γίνονται ολοένα και πιο σημαντικά για εφαρμογές διαχείρισης δεδομένων, λόγω της δυνατότητας που προσφέρουν για διαχείριση πολύ μεγάλου όγκου δεδομένων. Καθημερινά προκύπτουν νέα προβλήματα, που η λύση τους απαιτεί αποδοτικές και κλιμακώσιμες εφαρμογές για την επεξεργασία αυτού του τεράστιου όγκου πληροφορίας. Κεντρικό ρόλο σε αυτόν τον τομέα κατέχουν τα συστήματα αποθήκευσης κλειδιού-τιμής σε νέφη υπολογιστών (cloud key-value stores), καθώς και συστήματα παράλληλης επεξεργασίας μεγάλης ποσότητας δεδομένων όπως το MapReduce. Τα ερωτήματα διαστημάτων εμφανίζονται συχνά σε πραγματικές εφαρμογές. Η εργασία αυτή ασχολείται με ερωτήματα διαστημάτων σε περιβάλλοντα νεφών υπολογιστών με κορυφαία εφαρμογή τα χρονικά ερωτήματα (temporal queries). Τέτοια ερωτήματα επικεντρώνονται συνήθως στο να απαντήσουν ποια γεγονότα συνέβησαν ή συνέβαιναν κατά την διάρκεια ενός χρονικού διαστήματος. ́Ομως τα παραδοσιακά συστήματα για τη διαχείριση τέτοιου είδους ερωτημάτων δεν μπορούν να αντεπεξέλθουν στον όγκο δεδομένων που παράγονται τη σημερινή εποχή από ορισμένες εφαρμογές, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει μία αποδοτική λύση. Για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα αυτό προτείνεται η χρήση συστημάτων νεφών υπολογιστών, τέτοιων που θα καταστήσουν διαχειρίσιμο αυτόν τον τεράστιο όγκο δεδομένων. Τα υπάρχοντα, όμως, έως σήμερα συστήματα νεφών υπολογιστών δεν διαθέτουν τη δυνατότητα υποστήριξης τέτοιου είδους ερωτημάτων. Στην εργασία αυτή, αρχικά, μελετήθηκε το πρόβλημα και οι σχετικές λύσεις που είχαν προταθεί παλαιότερα, όπως πχ. τα δέντρα ευθυγράμμων τμημάτων (Segment trees). Αυτές οι δομές επιτρέπουν την απάντηση των ερωτημάτων που περιγράφονται παραπάνω με αποδοτικό τρόπο. Στη συνέχεια μελετήθηκε η δυνατότητα εφαρμογής τους σε περιβάλλοντα νεφών υπολογιστών, ενώ διερευνήθηκαν πιθανές εναλλακτικές λύσεις που θα εκμεταλλεύονται καλύτερα τις δυνατότητες που προσφέρουν τα συστήματα αυτά. Η μελέτη αυτή οδήγησε στην δημιουργία νέων δομών δεδομένων και αλγορίθμων, ή τροποποιήσεις των υπαρχόντων, που βοηθούν στην αποδοτική επίλυση του προβλήματος. Τέλος πραγματοποιήθηκε σύγκριση της απόδοσης των λύσεων και τον αλγορίθμων που προτείνονται με τις ήδη υπάρχουσες. Τα αποτελέσματα της σύγκρισης έδειξαν βελτίωση του χρόνου εκτέλεσης έως και μία τάξης μεγέθους σε μερικές περιπτώσεις. / The cloud is becoming increasingly more important for data management applications, as it can seamlessly handle huge amounts of data. New problems arise on a daily basis and can only be solved by the use of efficient and scalable applications that can process these data. Cloud key-value storage systems play a crucial role in this new field, along with systems like MapReduce that can distributedly process huge amounts of data. One of these problems appearing often is supporting interval queries, an efficient solution for which is lacking in the field of cloud key-value stores. This thesis deals with this problem, and more specifically with the problem of temporal queries. This kind of queries try to answer what happened during a specific time range. But in recent years there has been an explosion in how much data are produced from some applications, rendering traditional systems incapable of handling them. For handling this amount of data the use of cloud key-value stores is suggested. But these systems don't have any special functionality for enabling them to answer those queries. First, in this thesis, older solutions where studied, such as Segment Trees. These kinds of data structures can answer the queries described above in an efficient way. After that, it was studied whether these data structures can be deployed on top of cloud key-value stores, additionally other solutions were investigated that could take better advantage of these systems. Finally, the efficiency of these new methods is compared with those already existing. The comparisons results showed even an order of magnitude improvement on some occasions.

Avec l'émergence du mouvement Open Data, des centaines de milliers de sources de données provenant de divers domaines (e.g., santé, gouvernementale, statistique, etc.) sont maintenant disponibles sur Internet. Ces sources de données sont accessibles et interrogées via des services cloud DaaS, et cela afin de bénéficier de la flexibilité, l'interopérabilité et la scalabilité que les paradigmes SOA et Cloud Computing peuvent apporter à l'intégration des données. Dans ce contexte, les requêtes sont résolues par la composition de plusieurs services DaaS. Définir la sémantique des services cloud DaaS est la première étape vers l'automatisation de leur composition. Une approche intéressante pour définir la sémantique des services DaaS est de les décrire comme étant des vues sémantiques à travers une ontologie de domaine. Cependant, la définition de ces vues sémantiques ne peut pas être toujours faite avec certitude, surtout lorsque les données retournées par un service sont trop complexes. Dans cette thèse, nous proposons une approche probabiliste pour représenter les services DaaS à sémantique incertaine. Dans notre approche, un service DaaS dont la sémantique est incertaine est décrit par plusieurs vues sémantiques possibles, chacune avec une probabilité. Les services ainsi que leurs vues sémantiques possibles sont représentées dans un registre de services probabiliste (PSR). Selon les dépendances qui existent entre les services, les corrélations dans PSR peuvent être représentées par deux modèles différents : le modèle Bloc-indépendant-disjoint (BID), et le modèle à base des réseaux bayésiens. En se basant sur nos modèles probabilistes, nous étudions le problème de l'interprétation d'une composition existante impliquant des services à sémantique incertaine. Nous étudions aussi le problème de la réécriture de requêtes à travers les services DaaS incertains, et nous proposons des algorithmes efficaces permettant de calculer les différentes compositions possibles ainsi que leurs probabilités. Nous menons une série d'expérimentation pour évaluer la performance de nos différents algorithmes de composition. Les résultats obtenus montrent l'efficacité et la scalabilité de nos solutions proposées / With the emergence of the Open Data movement, hundreds of thousands of datasets from various concerns (e.g., healthcare, governmental, statistic, etc.) are now freely available on Internet. A good portion of these datasets are accessed and queried through Cloud DaaS services to benefit from the flexibility, the interoperability and the scalability that the SOA and Cloud Computing paradigms bring to data integration. In this context, user’s queries often require the composition of multiple Cloud DaaS services to be answered. Defining the semantics of DaaS services is the first step towards automating their composition. An interesting approach to define the semantics of DaaS services is by describing them as semantic views over a domain ontology. However, defining such semantic views cannot always be done with certainty, especially when the service’s returned data are too complex. In this dissertation, we propose a probabilistic approach to model the semantic uncertainty of data services. In our approach, a DaaS service with an uncertain semantics is described by several possible semantic views, each one is associated with a probability. Services along with their possible semantic views are represented in probabilistic service registry (PSR).According to the services dependencies, the correlations in PSR can be represented by two different models :Block-Independent-Disjoint model (noted BID), and directed probabilistic graphical model (Bayesian network). Based on our modeling, we study the problem of interpreting an existing composition involving services with uncertain semantics. We also study the problem of compositing uncertain DaaS services to answer a user query, and propose efficient methods to compute the different possible compositions and their probabilities. We conduct a series of experiments to evaluate the performance of our composition algorithms. The obtained results show the efficiency and the scalability of our proposed solutions

L’évolution et l’accroissement actuels des technologies amènent les entreprises à vouloir se développer plus rapidement afin de rester compétitives et offrir des services à la pointe de la technologie, répondant aux besoins du marché. En effet, les entreprises étant sujettes à des changements assez fréquents requièrent un haut niveau de flexibilité et d’agilité. La gestion des processus métiers (BPM) leur permet dans ce sens de mieux appréhender et gérer leurs processus. Par ailleurs, l’apparition du Cloud Computing et de tous ses bénéfices (flexibilité et partage, coût optimisé, accessibilité garantie...etc) le rendent particulièrement attrayant. Ainsi, l’association de ces deux concepts permet aux entreprises de renflouer leur capital. Cependant, l’utilisation du cloud implique également de nouvelles exigences en terme de sécurité, qui découlent de son environnement partagé, et qui mettent un frein à sa large adoption. Le travail de cette thèse consiste à proposer des concepts et outils pour aider et guider les entreprises dans le déploiement de leurs processus dans un environnement cloud en toute sécurité. Une première contribution est un algorithme d’obfuscation permettant d’automatiser la décomposition et le déploiement des processus sans intervention humaine, en se basant sur la nature des fragments. Cet algorithme limite le taux d’informations sur chaque cloud à travers un ensemble de contraintes de séparation, permettant de déployer les fragments considérés comme étant sensibles sur différents clouds. La seconde contribution de cette thèse consiste à complexifier la structure du processus afin de limiter le risque de coalition de clouds. Ceci se fait à travers l’introduction de faux fragments à certains endroits stratégiques du processus. L’objectif étant de rendre les collaborations générées plus résistantes aux attaques, et par conséquent de réduire la probabilité de coalition. Même si les opérations d’obfuscation et de complexification protègent le savoir-faire des entreprises lors d’un déploiement cloud, un risque subsiste toujours. Dans ce contexte, cette thèse propose également un modèle de risque permettant d’évaluer et de quantifier les risques de sécurité auxquels restent exposés les processus après déploiement. L’objectif de ce modèle est de combiner les informations de sécurité avec d’autres dimensions de la qualité de service tel que le coût, pour la sélection de configurations optimisées. Les approches proposées sont implémentées et testées à travers différentes configurations de processus. Leur validité est vérifiée à travers un ensemble de métriques dont l’objectif est de mesurer la complexité des processus après l’opération d’obfuscation ainsi que le niveau de risque subsistant / The fast evolution and development of technologies lead companies to grow faster in order to remain competitive and to offer services which are at the cutting edge of technology, meeting today’s market needs. Indeed, companies that are subject to frequent changes require a high level of flexibility and agility. Business Process Management (BPM) allows them to better manage their processes. Moreover, the emergence of Cloud Computing and all its advantages (flexibility and sharing, optimized cost, guaranteed accessibility... etc) make it particularly attractive. Thus, the combination of these two concepts allows companies to refloat their capital. However, the use of the cloud also implies new requirements in term of security, which stem from its shared environment, and which slow down its widespread adoption. The objective of this thesis consists in proposing concepts and tools that help and guide companies to deploy safely their processes in a cloud environment. A first contribution is an obfuscation algorithm that automates the decomposition and deployment of processes without any human intervention, based on the nature of the fragments. This algorithm limits the rate of information on each cloud through a set of separation constraints, which allow to deploy fragments considered as sensitive on different clouds. The second contribution of this thesis consists in complicating the structure of the process in order to limit the risk of clouds coalition. This is done through the introduction of fake fragments at certain strategic points in the process. The goal is to make generated collaborations more resistant to attacks, and thus reducing the likelihood of coalition. Even if obfuscation and complexification operations protect companies’ know-how during a cloud deployment, a risk remains. In this context, this thesis also proposes a risk model for evaluating and quantifying the security risks to which the process remain exposed after deployment. The purpose of this model is to combine security information with other dimensions of quality of service such as cost, for the selection of optimized configurations. The proposed approaches are implemented and tested through different process configurations. Their validity is verified through a set of metrics, whose objective is to measure the complexity of the processes as well as the remaining risk level after obfuscation

En environnement multi-tenant, les réseaux s'appuient sur un ensemble de ressources matérielles partagées pour permettre à des applications isolés de communiquer avec leurs clients. Cette isolation est garantie par un ensemble de mécanismes à la bordure des réseaux: les mêmes serveurs hébergeant les machines virtuelles doivent notamment déterminer le destinataire approprié pour chaque paquet réseau, copier ces derniers entre zones mémoires isolées et supporter les tunnels permettant l'isolation du trafic lors de son transit sur le coeur de réseau. Ces différentes tâches doivent être accomplies avec aussi peu de ressources matérielles que possible, ces dernières étant tout d'abord destinées aux machines virtuelles. Dans un contexte d'intensification de la demande en haute performance sur les réseaux, les acteurs de l'informatique en nuage ont souvent recours à des équipements matériels spécialisés mais inflexibles, leur permettant d'atteindre les performances requises. Néanmoins, dans cette thèse, nous défendons la possibilité d'améliorer les performances significativement sans avoir recours à de tels équipements. Nous prônons, d'une part, une consolidation des fonctions réseaux au niveau de la couche de virtualisation et, d'autre part, une relocalisation de certaines fonctions réseaux hors des machines virtuelles. À cette fin, nous proposons Oko, un commutateur logiciel extensible qui facilite la consolidation des fonctions réseaux dans la couche de virtualisation. Oko étend les mécanismes de l'état de l'art permettant une mise en cache des règles de commutateurs, ceci afin de permettre une exécution des fonctions réseaux sous forme d'extensions au commutateur. De plus, les extensions sont isolées du coeur du commutateur afin d'empêcher des fautes dans les extensions d'impacter le reste du réseau et de faciliter une mise en place rapide et sûre de nouvelles fonctions réseaux. En permettant aux fonctions réseaux de s'exécuter au sein du commutateur logiciel, sans redirections vers des processus distincts, Oko diminue de moitié le coût lié à l'exécution des fonctions réseaux en moyenne. Notre seconde contribution vise à permettre une exécution de certaines fonctions réseaux en amont des machines virtuelles, au sein de la couche de virtualisation. L'exécution de ces fonctions réseaux hors des machines virtuelles permet d'importants gains de performance, mais lèvent des problématiques d'isolation. Nous réutilisons et améliorons la technique utilisé dans Oko pour isoler les fonctions réseaux et l'étendons avec un mécanisme de partage équitable du temps CPU entre les différentes fonctions réseaux relocalisées. / Multi-tenant networks enable applications from multiple, isolated tenants to communicate over a shared set of underlying hardware resources. The isolation provided by these networks is enforced at the edge: end hosts demultiplex packets to the appropriate virtual machine, copy data across memory isolation boundaries, and encapsulate packets in tunnels to isolate traffic over the datacenter's physical network. Over the last few years, the growing demand for high performance network interfaces has pressured cloud providers to build more efficient multi-tenant networks. While many turn to specialized, hard-to-upgrade hardware devices to achieve high performance, in this thesis, we argue that significant performance improvements are attainable in end-host multi-tenant networks, using commodity hardware. We advocate for a consolidation of network functions on the host and an offload of specific tenant network functions to the host. To that end, we design Oko, an extensible software switch that eases the consolidation of network functions. Oko includes an extended flow caching algorithm to support its runtime extension with limited overhead. Extensions are isolated from the software switch to prevent failures on the path of packets. By avoiding costly redirections to separate processes and virtual machines, Oko halves the running cost of network functions on average. We then design a framework to enable tenants to offload network functions to the host. Executing tenant network functions on the host promises large performance improvements, but raises evident isolation concerns. We extend the technique used in Oko to provide memory isolation and devise a mechanism to fairly share the CPU among offloaded network functions with limited interruptions.