Cette thèse porte sur la réplication de données dans les systèmes pair-à-pair (P2P). Elle est motivée par l'importance croissante des applications de collaboration répartie et leurs besoins spécifiques en termes de réplication de données, cohérence de données, passage à l'échelle, et haute disponibilité. En employant comme exemple un Wiki P2P, nous montrons que les besoins de réplication pour les applications collaborative sont : haut niveau d'autonomie, réplication multi-maître, détection et résolution de conflit basé sur sémantique, cohérence éventuelle parmi des répliques, hypothèses faibles de réseau, et indépendance des types de données. Bien que la réplication optimiste adresse la plupart de ces besoins, les solutions existantes sont peu applicables aux réseaux P2P puisqu'elles sont centralisées ou ne tiennent pas compte des limitations de réseau. D'autre part, les solutions existantes de réplication P2P ne répondent pas à toutes ces exigences simultanément. En particulier, aucune d'elles ne fournit la cohérence éventuelle parmi des répliques avec des hypothèses faibles de réseau. Cette thèse vise à fournir une solution de réconciliation fortement disponible et qui passe à l'échelle pour des applications de collaboration P2P en développant un protocole de réconciliation qui assure la cohérence éventuelle parmi des répliques et tient compte des coûts d'accès aux données. Cet objectif est accompli en cinq étapes. D'abord, nous présentons des solutions existantes pour la réplication optimiste et des stratégies de réplication P2P et nous analysons leurs avantages et inconvénients. Cette analyse nous permet d'identifier les fonctionnalités et les propriétés que notre solution doit fournir. Dans une deuxième étape, nous concevons un service de réplication pour le système APPA (en anglais, Atlas Peer-to-Peer Architecture). Troisièmement, nous élaborons un algorithme pour la réconciliation sémantique répartie appelée DSR, qui peut être exécuté dans différents environnements répartis (par ex. grappe, grille, ou P2P). Dans une quatrième étape, nous faisons évoluer DSR en protocole de réconciliation pour des réseaux P2P appelé P2P-reconciler. Finalement, la cinquième étape produit une nouvelle version de P2P-reconciler, appelée P2P-reconciler-TA, qui exploite les réseaux P2P conscients de leur topologie (en anglais, topology-aware) afin d'améliorer les performances de la réconciliation. Nous avons validé nos solutions et évalué leurs performances par l'expérimentation et la simulation. Les résultats ont montré que notre solution de réplication apporte haute disponibilité, excellent passage à l'échelle, avec des performances acceptables et surcharge limitée.

Les systèmes de fichiers géo-distribués souffrent de latences élevées et de partitions réseau. À cause de cela, et pour assurer une haute disponibilité, de tels systèmes effectuent généralement des mises à jour localement, sans latence, et les propagent ensuite en arrière-plan. Cette réplication optimiste est confrontée à deux défis majeurs : (i) détecter les conflits entre les mises à jour simultanées et les résoudre d'une manière significative pour les utilisateurs, tout en maintenant les invariants d'intégrité du système; et (ii) la prise en charge d'applications qui n'ont pas été conçues pour gérer les anomalies de concurrence. Les systèmes de fichiers géo-distribués optimistes existants ne permettent pas de relever ces défis. Par exemple, Dropbox ne supporte pas les liens matériels. Le système de fichiers AndrewFS échoue sur certains changements de noms de répertoires; et tous les systèmes existants utilisent la résolution automatique des conflits qui viole la sémantique POSIX. Nous présentons notre solution aux problèmes posés ci-dessus dans la conception et la mise en œuvre d'un prototype de système de fichiers géo-distribué, nommé Tofu. Sa conception inclut une nouvelle abstraction de session pour prendre en charge l'API, tout en permettant des mises à jour optimistes. Il est capable de détecter tous les conflits sur ces structures de données et de les résoudre d'une façon que nous pensons que les utilisateurs trouveront raisonnable. Les expériences montrent que Tofu est hautement évolutif et qu'il entraîne des surcoûts linéaires, améliorant ainsi les systèmes académiques et industriels existants. / Geo-distributed file systems suffer from high latency and network partitions. Because of this, and to ensure high availability, such systems typically commit updates locally, with no latency, and propagate them in the background. Such optimistic replication faces two major challenges: (i) detecting conflicts between concurrent updates and resolving them in a way meaningful for users, while maintaining system integrity invariants; and (ii) supporting legacy applications that are not prepared to deal with concurrency anomalies. Existing optimistic geo-distributed file systems fall short of addressing the challenges. For instance, Dropbox does not support hard links; Andrew File System fails on some concurrent renaming of directories; and all existing systems use automatic conflict resolution that violates the legacy POSIX semantics. We present our solution to the above problems in the design and implementation of a prototype geo-distributed file system, named Tofu. Its design includes a new session abstraction to support the legacy API, while allowing optimistic updates. Unlike previous approaches, our solution is based on a formal model covering all aspects of a Unix-like file system, including directories, inodes, hard links, etc. It is able to detect all conflicts on those data structures, and resolves them in a way that we believe users will find generally reasonable. Experiments show that Tofu is highly scalable, and incurs linear overhead, improving over existing academic and industrial systems.