Ordonnancement d’E/S Transversal pour les Systèmes de Fichiers Parallèles : desApplications aux DispositifsCette thèse porte sur l’utilisation de l’ordonnancement d’Entrées/Sorties (E/S) pour atténuer leseffets d’interférence et améliorer la performance d’E/S des systèmes de fichiers parallèles. Ilest commun pour les plates-formes de calcul haute performance (HPC) de fournir une infrastructurede stockage partagée pour les applications qui y sont hébergées. Dans cette situation,où plusieurs applications accèdent simultanément au système de fichiers parallèle partagé, leursaccès vont souffrir de l’interférence, ce qui compromet l’efficacité des stratégies d’optimisationd’E/S.Nous avons évalué la performance de cinq algorithmes d’ordonnancement dans les serveurs dedonnées d’un système de fichiers parallèle. Ces tests ont été exécutés sur différentes platesformeset sous différents modèles d’accès. Les résultats indiquent que la performance des ordonnanceursest affectée par les modèles d’accès des applications, car il est important pouraméliorer la performance obtenue grâce à un algorithme d’ordonnancement de surpasser sessurcoûts. En même temps, les résultats des ordonnanceurs sont affectés par les caractéristiquesdu système d’E/S sous-jacent - en particulier par des dispositifs de stockage. Différents dispositifsprésentent des niveaux de sensibilité à la séquentialité et la taille des accès distincts, ce quipeut influencer sur le niveau d’amélioration de obtenue grâce à l’ordonnancement d’E/S.Pour ces raisons, l’objectif principal de cette thèse est de proposer un modèle d’ordonnancementd’E/S avec une double adaptabilité : aux applications et aux dispositifs. Nous avons extraitdes informations sur les modèles d’accès des applications en utilisant des fichiers de trace,obtenus à partir de leurs exécutions précédentes. Ensuite, nous avons utilisé de l’apprentissageautomatique pour construire un classificateur capable d’identifier la spatialité et la taille desaccès à partir du flux de demandes antérieures. En outre, nous avons proposé une approche pourobtenir efficacement le ratio de débit séquentiel et aléatoire pour les dispositifs de stockage enexécutant des benchmarks pour un sous-ensemble des paramètres et en estimant les restantsavec des régressions linéaires.Nous avons utilisé les informations sur les caractéristiques des applications et des dispositifsde stockage pour décider automatiquement l’algorithme d’ordonnancement le plus appropriéen utilisant des arbres de décision. Notre approche améliore les performances jusqu’à 75% parrapport à une approche qui utilise le même algorithme d’ordonnancement dans toutes les situations,sans capacité d’adaptation. De plus, notre approche améliore la performance dans 64%de scénarios en plus, et diminue les performances dans 89% moins de situations. Nos résultatsmontrent que les deux aspects - des applications et des dispositifs - sont essentiels pour faire desbons choix d’ordonnancement. En outre, malgré le fait qu’il n’y a pas d’algorithme d’ordonnancementqui fournit des gains de performance pour toutes les situations, nous montrons queavec la double adaptabilité il est possible d’appliquer des techniques d’ordonnancement d’E/Spour améliorer la performance, tout en évitant les situations où cela conduirait à une diminutionde performance. / This thesis focuses on I/O scheduling as a tool to improve I/O performance on parallel file systemsby alleviating interference effects. It is usual for High Performance Computing (HPC)systems to provide a shared storage infrastructure for applications. In this situation, when multipleapplications are concurrently accessing the shared parallel file system, their accesses willaffect each other, compromising I/O optimization techniques’ efficacy.We have conducted an extensive performance evaluation of five scheduling algorithms at aparallel file system’s data servers. Experiments were executed on different platforms and underdifferent access patterns. Results indicate that schedulers’ results are affected by applications’access patterns, since it is important for the performance improvement obtained througha scheduling algorithm to surpass its overhead. At the same time, schedulers’ results are affectedby the underlying I/O system characteristics - especially by storage devices. Differentdevices present different levels of sensitivity to accesses’ sequentiality and size, impacting onhow much performance is improved through I/O scheduling.For these reasons, this thesis main objective is to provide I/O scheduling with double adaptivity:to applications and devices. We obtain information about applications’ access patternsthrough trace files, obtained from previous executions. We have applied machine learning tobuild a classifier capable of identifying access patterns’ spatiality and requests size aspects fromstreams of previous requests. Furthermore, we proposed an approach to efficiently obtain thesequential to random throughput ratio metric for storage devices by running benchmarks for asubset of the parameters and estimating the remaining through linear regressions.We use this information on applications’ and storage devices’ characteristics to decide the bestfit in scheduling algorithm though a decision tree. Our approach improves performance byup to 75% over an approach that uses the same scheduling algorithm to all situations, withoutadaptability. Moreover, our approach improves performance for up to 64% more situations, anddecreases performance for up to 89% less situations. Our results evidence that both aspects- applications and storage devices - are essential for making good scheduling choices. Moreover,despite the fact that there is no scheduling algorithm able to provide performance gainsfor all situations, we show that through double adaptivity it is possible to apply I/O schedulingtechniques to improve performance, avoiding situations where it would lead to performanceimpairment. / Esta tese se concentra no escalonamento de operações de entrada e saída (E/S) como uma soluçãopara melhorar o desempenho de sistemas de arquivos paralelos, aleviando os efeitos dainterferência. É usual que sistemas de computação de alto desempenho (HPC) ofereçam umainfraestrutura compartilhada de armazenamento para as aplicações. Nessa situação, em quemúltiplas aplicações acessam o sistema de arquivos compartilhado de forma concorrente, osacessos das aplicações causarão interferência uns nos outros, comprometendo a eficácia de técnicaspara otimização de E/S.Uma avaliação extensiva de desempenho foi conduzida, abordando cinco algoritmos de escalonamentotrabalhando nos servidores de dados de um sistema de arquivos paralelo. Foramexecutados experimentos em diferentes plataformas e sob diferentes padrões de acesso. Osresultados indicam que os resultados obtidos pelos escalonadores são afetados pelo padrão deacesso das aplicações, já que é importante que o ganho de desempenho provido por um algoritmode escalonamento ultrapasse o seu sobrecusto. Ao mesmo tempo, os resultados doescalonamento são afetados pelas características do subsistema local de E/S - especialmentepelos dispositivos de armazenamento. Dispositivos diferentes apresentam variados níveis desensibilidade à sequencialidade dos acessos e ao seu tamanho, afetando o quanto técnicas deescalonamento de E/S são capazes de aumentar o desempenho.Por esses motivos, o principal objetivo desta tese é prover escalonamento de E/S com duplaadaptabilidade: às aplicações e aos dispositivos. Informações sobre o padrão de acesso dasaplicações são obtidas através de arquivos de rastro, vindos de execuções anteriores. Aprendizadode máquina foi aplicado para construir um classificador capaz de identificar os aspectosespacialidade e tamanho de requisição dos padrões de acesso através de fluxos de requisiçõesanteriores. Além disso, foi proposta uma técnica para obter eficientemente a razão entre acessossequenciais e aleatórios para dispositivos de armazenamento, executando testes para apenas umsubconjunto dos parâmetros e estimando os demais através de regressões lineares.Essas informações sobre características de aplicações e dispositivos de armazenamento são usadaspara decidir a melhor escolha em algoritmo de escalonamento através de uma árvore dedecisão. A abordagem proposta aumenta o desempenho em até 75% sobre uma abordagem queusa o mesmo algoritmo para todas as situações, sem adaptabilidade. Além disso, essa técnicamelhora o desempenho para até 64% mais situações, e causa perdas de desempenho em até 89%menos situações. Os resultados obtidos evidenciam que ambos aspectos - aplicações e dispositivosde armazenamento - são essenciais para boas decisões de escalonamento. Adicionalmente,apesar do fato de não haver algoritmo de escalonamento capaz de prover ganhos de desempenhopara todas as situações, esse trabalho mostra que através da dupla adaptabilidade é possívelaplicar técnicas de escalonamento de E/S para melhorar o desempenho, evitando situações emque essas técnicas prejudicariam o desempenho.

Aujourd’hui la sauvegarde des données est une solution indispensable pour éviter de les perdre. Plusieurs méthodes et stratégies de sauvegarde existent et utilisent différents types de support. Les méthodes de sauvegarde les plus efficaces exigent souvent des frais d’abonnement au service liés aux coûts du matériel et de l’administration investis par les fournisseurs. Le grand succès des réseaux P2P et des applications de partage de fichiers a rendu ces réseaux exploitables par un grand nombre d’applications surtout avec la possibilité de partager les ressources des utilisateurs entre eux. Les limites des solutions de sauvegarde classiques qui ne permettent pas le passage à l’échelle ont rendu les réseaux P2P intéressants pour les applications de sauvegarde. L’instabilité dans les réseaux P2P due au taux élevé de mouvement des pairs, rend la communication entre les pairs très difficile. Dans le contexte de la sauvegarde, la communication entre les nœuds est indispensable, ce qui exige une grande organisation dans le réseau. D’autre part, la persistance des données sauvegardées dans le réseau reste un grand défi car la sauvegarde n’a aucun intérêt si les données sauvegardées sont perdues et que la restauration devient impossible. L’objectif de notre thèse est d’améliorer l’organisation des sauvegardes dans les réseaux P2P et de garantir la persistance des données sauvegardées. Nous avons donc élaboré une approche de planification qui permet aux nœuds de s’organiser dans le but de mieux communiquer entre eux. D’autre part, pour garantir la persistance des données sauvegardées, nous avons proposé une approche de calcul probabiliste qui permet de déterminer, selon les variations dans le système, le nombre de répliques nécessaire pour qu’au moins une copie persiste dans le système après un certain temps défini. Nos approches ont été implémentées dans une application de sauvegarde P2P. / Nowadays, data backup is an essential solution to avoid losing data. Several backup methods and strategies exist. They use different media types. Most efficient backup methods are not free due to the cost of hardware and administration invested by suppliers. The great success of P2P networks and file sharing applications has encouraged the use of these networks in multiple applications especially with the possibility of sharing resources between network users. The limitations of traditional backup solutions in large scale networks have made P2P networks an interesting solution for backup applications. Instability in P2P networks due to peers’ high movement rate makes communication between these peers very difficult. To achieve data backup, communications between peers is essential and requires a network organization. On the other hand, the persistence of backed up data in the network remains a major challenge. Data backup is useless if backed up copies are lost. The objective of this thesis is to improve the backup organization and ensure backed up data persistence in P2P networks. We have therefore developed a planning approach that allows nodes to organize themselves in order to better communicate with each other. On the other hand, to ensure data persistency, we proposed a probabilistic approach to compute the minimum replicas number needed for a given data so that at least one copy remains in the system after a given time. Our two approaches have been implemented in a P2P backup application.

Dans le domaine du calcul de haute performance, les architectures d'exécution sont en continuelle évolution. L'augmentation du nombre de nœuds de calcul, ou le choix d'une topologie réseau plus rapide représentent un investissement important tant en temps qu'en moyen financier. Les méthodes de prédiction de performances permettent de guider ce choix. En parallèle à ce développement, les systèmes HPC pair-à-pair (P2P) se sont également développés ces dernières années. Ce type d'architecture hétérogène permettrait la résolution des problèmes scientifiques pour un coût très faible par rapport au coût d'une architecture dédiée.Ce manuscrit présente une méthode nouvelle de prédiction de performances pour les applications réelles de calcul distribué, exécutées dans des conditions réelles. La prédiction prend en compte l'optimisation du compilateur. Les résultats sont extrapolables et ils sont obtenus pour un ralentissement réduit. Ce travail de recherche est implémenté dans un logiciel nouveau nommé dPerf. dPerf est capable de prédire les performances des applications C, C++ ou Fortran qui communiquent en utilisant les normes MPI ou P2P-SAP et qui s'exécutent sur une architecture cible pair à pair, hétérogène et décentralisée. La précision de cette contribution a été étudiée sur (i) la transformée Laplace, pour l'aspect séquentiel, (ii) le benchmark IS de NAS, pour l'aspect MPI, (iii) et le code de l'obstacle pour l'aspect calcul P2P décentralisé et l'extrapolation du nombre de nœuds.

La révolution numérique est ambivalente. Si elle constitue un moyen de renforcer la capacité de l'Etat à réaliser ses missions et celle des individus à exercer certains de leurs droits, elle permet simultanément l'enregistrement et la conservation d'une part croissante de l'existence individuelle quotidienne. Face au renforcement des possibilités de contrôle de l'individu, il est régulièrement proposé d'inscrire, dans les textes situés au sommet d, la hiérarchie des normes, un droit fondamental à la protection des données personnelles car l'existence d'un tel droit améliorerait la protection offerte à l'individu. La thèse procède à une analyse descriptive, explicative et évaluative du droit fondamental à la protection des données personnelles. Afin de démontrer la construction d'un tel droit par la jurisprudence constitutionnelle française et les jurisprudences européennes, l'étude s'est d'abord attaché à découvrir les soubassements de celui-ci. Ce droit a ensuite pu être précisé et distingué des autres droits fondamentaux tels que le droit au respect de la vie privée. Afin de mesurer la portée de ce droit, l'étude s'est ensuite attachée à analyser les restrictions dont il peut faire l'objet lorsqu'il entre en conflit avec d'autres intérêts individuels également protégés ou avec des contraintes collectives relevant de l'intérêt général. L'amélioration de la protection offerte à l'individu n'est donc pas aussi évidente qu'il pourrait paraitre. Elle pourrait cependant résulter de la restructuration du processus normatif que ce droit fondamental à la protection des données personnelles implique. / The digital revolution is ambivalent. On the one hand, it empowers the State to strengthen its ability to fulfil its responsibilities and the individuals to exercise some of their rights, yet on the other hand, it enables the capturing and storing of an increasing part of day to day personal life. In order to address the increased surveillance of individuals, proposals are regularly put forward to incorporate, at the very highest judicial level, a human right to personal data protection, as the existence of such a right would improve the protection afforded to individuals. This thesis undertakes a descriptive, explanatory and evaluative analysis of the human right to personal data protection. In order to examine the making of such a right by the French constitutional court, the European Court of Human Rights and the Court of Justice of the European Union, this study sets out first to reveal its foundations. The right to data protection is then clearly identified and distinguished from other human rights such as the right to privacy. In order to measure the extent of such a right, the study then focusses on analysing the restrictions to which it may be subject when in conflict with other equally protected individual rights or with collective constraints of general interest. The enhancement of the protection afforded to the individual is therefore not as straightforward as it may initially seem. Such enhancement could however arise from the restructuring of the normative process which this human right to data protection implies.

Dans le domaine du calcul de haute performance, les architectures d’exécution sont en continuelle évolution. L’augmentation du nombre de nœuds de calcul, ou le choix d’une topologie réseau plus rapide représentent un investissement important tant en temps qu’en moyen financier. Les méthodes de prédiction de performances permettent de guider ce choix. En parallèle à ce développement, les systèmes HPC pair-à-pair (P2P) se sont également développés ces dernières années. Ce type d’architecture hétérogène permettrait la résolution des problèmes scientifiques pour un coût très faible par rapport au coût d’une architecture dédiée.Ce manuscrit présente une méthode nouvelle de prédiction de performances pour les applications réelles de calcul distribué, exécutées dans des conditions réelles. La prédiction prend en compte l’optimisation du compilateur. Les résultats sont extrapolables et ils sont obtenus pour un ralentissement réduit. Ce travail de recherche est implémenté dans un logiciel nouveau nommé dPerf. dPerf est capable de prédire les performances des applications C, C++ ou Fortran qui communiquent en utilisant les normes MPI ou P2P-SAP et qui s’exécutent sur une architecture cible pair à pair, hétérogène et décentralisée. La précision de cette contribution a été étudiée sur (i) la transformée Laplace, pour l’aspect séquentiel, (ii) le benchmark IS de NAS, pour l’aspect MPI, (iii) et le code de l’obstacle pour l’aspect calcul P2P décentralisé et l’extrapolation du nombre de nœuds. / In the field of high performance computing, the architectures evolve continuously. In order to increase the number of computing nodes or the network speed, an important investment must be considered, from both temporal and financial point of view. Performance prediction methods aim at assisting in finding the best trade-off for such an investment. At the same time, P2P HPC systems have known an increase in development. These heterogeneous architectures would allow solving scientific problems at a low cost, with respect to dedicated systems.The manuscript presents a new method for performance prediction. This method applies to real applications for distributed computing, considered in a real execution environment. This method uses information about the different compiler optimization levels. The prediction results are obtained with reduced slowdown and are scalable. This thesis took shape in the development of the dPerf tool. dPerf predicts the performances of C, C++, and Fortran application, which use MPI or P2P-SAP to communicate. The applications modeled by dPerf are meant for execution on P2P heterogeneous architectures, with a decentralized communication topology. The accuracy of dPerf has been studied on three applications: (i) the Laplace transform, for sequential codes, (ii) the NAS Integer Sort benchmark for distributed MPI programs, (iii) and the obstacle problem, for the decentralized P2P computing and the scaling of the number of computing nodes.

Les travaux menés dans cette thèse concernent les problèmes d'ordonnancement sur des plates-formes de calcul dynamiques et hétérogènes et s'appuient sur le modèle de communication "multi-port" pour les communications. Nous avons considéré le problème de l'ordonnancement des tâches indépendantes sur des plates-formes maîtres-esclaves, dans les contextes statique et dynamique. Nous nous sommes également intéressé au problème de la redistribution de fichiers répliqués dans le cadre de l'équilibrage de charge. Enfin, nous avons étudié l'importance des mécanismes de partage de bande passante pour obtenir une meilleure efficacité du système. / The results presented in this document deal with scheduling problems on dynamic and heterogeneous computing platforms under the "multiport" model for the communications. We have considered the problem of scheduling independent tasks on master-slave platforms, in both offline and online contexts. We have also proposed algorithms for replicated files redistribution to achieve load balancing. Finally, we have studied the importance of bandwidth sharing mechanisms to achieve better efficiency.

La dialectique de l’ordre public et des libertés sillonne la pensée juridique depuis le XVIIIème siècle. Généré par de nouvelles formes de délinquance et de criminalité, le renforcement des exigences de l’ordre public impose de s’interroger sur la limitation des droits fondamentaux constitutionnels. En dépit de la place névralgique qu’il occupe entre ordre public et libertés, le processus de limitation demeure indéterminé en droit français. Cette recherche, organisée autour de la détermination des limites aux droits garantis, de l’identification des « limites aux limites » aux droits fondamentaux, puis de la redéfinition des droits fondamentaux par les limites, permet de préciser ce mécanisme, mais aussi de cerner les restrictions apportées à l’exercice des droits et libertés. L’autolimitation du Conseil constitutionnel marque un infléchissement progressif de la protection des droits fondamentaux. Ce constat invite à réfléchir sur l’encadrement supra-législatif de la limitation des droits garantis, et conduit à se positionner en faveur de l’insertion d’une clause de limitation des droits fondamentaux dans la Constitution. / The dialectics of public order and freedoms has been traveling throughout legal thought since the 18th century. Sparked by new forms of delinquency and criminality, the strengthening of public order requirements leads to questioning the limitation of fundamental constitutional rights. Despite its crucible place between public order and freedoms, the limitation process remains undetermined in French law. This research, which aims at determining the limitations to protected rights, identifying the limitations to those limitations themselves, and then redefining fundamental rights through those limitations, not only helps to specify this mechanism, but also to identify the restrictions brought to the enjoyment of rights and freedoms. The Conseil constitutionnel self-restraint reveals a gradual shift in the protection of fundamental rights. Acknowledging the former leads to considering a supra legislative framework to the limitations to protected rights, and advocating in favor of the constitutional entrenchment of such a clause.