Inter-cloud is a recently emerging approach that expands cloud elasticity. By facilitating an adaptable setting, it purposes at the realization of a scalable resource provisioning that enables a diversity of cloud user requirements to be handled efficiently. This study’s contribution is in the inter-cloud performance optimization of job executions using metascheduling concepts. This includes the development of the inter-cloud meta-scheduling (ICMS) framework, the ICMS optimal schemes and the SimIC toolkit. The ICMS model is an architectural strategy for managing and scheduling user services in virtualized dynamically inter-linked clouds. This is achieved by the development of a model that includes a set of algorithms, namely the Service-Request, Service-Distribution, Service-Availability and Service-Allocation algorithms. These along with resource management optimal schemes offer the novel functionalities of the ICMS where the message exchanging implements the job distributions method, the VM deployment offers the VM management features and the local resource management system details the management of the local cloud schedulers. The generated system offers great flexibility by facilitating a lightweight resource management methodology while at the same time handling the heterogeneity of different clouds through advanced service level agreement coordination. Experimental results are productive as the proposed ICMS model achieves enhancement of the performance of service distribution for a variety of criteria such as service execution times, makespan, turnaround times, utilization levels and energy consumption rates for various inter-cloud entities, e.g. users, hosts and VMs. For example, ICMS optimizes the performance of a non-meta-brokering inter-cloud by 3%, while ICMS with full optimal schemes achieves 9% optimization for the same configurations. The whole experimental platform is implemented into the inter-cloud Simulation toolkit (SimIC) developed by the author, which is a discrete event simulation framework.

De nos jours, le Cloud Networking est considéré comme étant l'un des domaines de recherche innovants au sein de la communauté de recherche du Cloud Computing. Les principaux défis dans un environnement de Cloud Networking concernent non seulement la garantie de qualité de service (QoS) et de sécurité mais aussi sa gestion en conformité avec un accord de niveau de service (SLA) correspondant. Dans cette thèse, nous proposons un Framework pour l'allocation des ressources conformément à un SLA établi de bout en bout entre un utilisateur de services Cloud (CSU) et plusieurs fournisseurs de services Cloud (CSP) dans un environnement de Cloud Networking (architectures d’inter-Cloud Broker et Fédération). Nos travaux se concentrent sur les services Cloud de types NaaS et IaaS. Ainsi, nous proposons l'auto-établissement de plusieurs types de SLA ainsi que la gestion autonome des ressources de Cloud correspondantes en conformité avec ces SLA en utilisant des gestionnaires autonomes spécifiques de Cloud. De plus, nous étendons les architectures et les SLA proposés pour offrir un niveau de service intégrant une garantie de sécurité. Ainsi, nous permettons aux gestionnaires autonomes de Cloud d'élargir leurs objectifs de gestion autonome aux fonctions de sécurité (auto-protection) tout en étudiant l'impact de la sécurité proposée sur la garantie de QoS. Enfin, nous validons notre architecture avec différents scénarios de simulation. Nous considérons dans le cadre de ces simulations des applications de vidéoconférence et de calcul intensif afin de leur fournir une garantie de QoS et de sécurité dans un environnement de gestion autonome des ressources du Cloud. Les résultats obtenus montrent que nos contributions permettent de bonnes performances pour ce type d’applications. En particulier, nous observons que l'architecture de type Broker est la plus économique, tout en assurant les exigences de QoS et de sécurité. De plus, nous observons que la gestion autonome des ressources du Cloud permet la réduction des violations, des pénalités et limite l'impact de la sécurité sur la garantie de la QoS. / Today, Cloud Networking is one of the recent research areas within the Cloud Computing research communities. The main challenges of Cloud Networking concern Quality of Service (QoS) and security guarantee as well as its management in conformance with a corresponding Service Level Agreement (SLA). In this thesis, we propose a framework for resource allocation according to an end-to-end SLA established between a Cloud Service User (CSU) and several Cloud Service Providers (CSPs) within a Cloud Networking environment (Inter-Cloud Broker and Federation architectures). We focus on NaaS and IaaS Cloud services. Then, we propose the self-establishing of several kinds of SLAs and the self-management of the corresponding Cloud resources in conformance with these SLAs using specific autonomic cloud managers. In addition, we extend the proposed architectures and the corresponding SLAs in order to deliver a service level taking into account security guarantee. Moreover, we allow autonomic cloud managers to expand the self-management objectives to security functions (self-protection) while studying the impact of the proposed security on QoS guarantee. Finally, our proposed architecture is validated by different simulation scenarios. We consider, within these simulations, videoconferencing and intensive computing applications in order to provide them with QoS and security guarantee in a Cloud self-management environment. The obtained results show that our contributions enable good performances for these applications. In particular, we observe that the Broker architecture is the most economical while ensuring QoS and security requirements. In addition, we observe that Cloud self-management enables violations and penalties’ reduction as well as limiting security impact on QoS guarantee.

L'informatique en nuage (Cloud Computing) a émergé comme un nouveau paradigme pour offrir des ressources informatiques à la demande et pour externaliser des infrastructures logicielles et matérielles. Le Cloud Computing est rapidement et fondamentalement en train de révolutionner la façon dont les services informatiques sont mis à disposition et gérés. Ces services peuvent être demandés à partir d’un ou plusieurs fournisseurs de Cloud d’où le besoin de la mise en réseau entre les composants des services informatiques distribués dans des emplacements géographiquement répartis. Les utilisateurs du Cloud veulent aussi déployer et instancier facilement leurs ressources entre les différentes plateformes hétérogènes de Cloud Computing. Les fournisseurs de Cloud assurent la mise à disposition des ressources de calcul sous forme des machines virtuelles à leurs utilisateurs. Par contre, ces clients veulent aussi la mise en réseau entre leurs ressources virtuelles. En plus, ils veulent non seulement contrôler et gérer leurs applications, mais aussi contrôler la connectivité réseau et déployer des fonctions et des services de réseaux complexes dans leurs infrastructures virtuelles dédiées. Les besoins des utilisateurs avaient évolué au-delà d'avoir une simple machine virtuelle à l'acquisition de ressources et de services virtuels complexes, flexibles, élastiques et intelligents. L'objectif de cette thèse est de permettre le placement et l’instanciation des ressources complexes dans des infrastructures de Cloud distribués tout en permettant aux utilisateurs le contrôle et la gestion de leurs ressources. En plus, notre objectif est d'assurer la convergence entre les services de cloud et de réseau. Pour atteindre cela, nous proposons des algorithmes de mapping d’infrastructures virtuelles dans les centres de données et dans le réseau tout en respectant les exigences des utilisateurs. Avec l'apparition du Cloud Computing, les réseaux traditionnels sont étendus et renforcés avec des réseaux logiciels reposant sur la virtualisation des ressources et des fonctions réseaux. En plus, le nouveau paradigme d'architecture réseau (Software Defined Networks) est particulièrement pertinent car il vise à offrir la programmation du réseau et à découpler, dans un équipement réseau, la partie plan de données de la partie plan de contrôle. Dans ce contexte, la première partie propose des algorithmes optimaux (exacts) et heuristiques de placement pour trouver le meilleur mapping entre les demandes des utilisateurs et les infrastructures sous-jacentes, tout en respectant les exigences exprimées dans les demandes. Cela inclut des contraintes de localisation permettant de placer une partie des ressources virtuelles dans le même nœud physique. Ces contraintes assurent aussi le placement des ressources dans des nœuds distincts. Les algorithmes proposés assurent le placement simultané des nœuds et des liens virtuels sur l’infrastructure physique. Nous avons proposé aussi un algorithme heuristique afin d’accélérer le temps de résolution et de réduire la complexité du problème. L'approche proposée se base sur la technique de décomposition des graphes et la technique de couplage des graphes bipartis. Dans la troisième partie, nous proposons un cadriciel open source (framework) permettant d’assurer la mise en réseau dynamique entre des ressources Cloud distribués et l’instanciation des fonctions réseau dans l’infrastructure virtuelle de l’utilisateur. Ce cadriciel permettra de déployer et d’activer les composants réseaux afin de mettre en place les demandes des utilisateurs. Cette solution se base sur un gestionnaire des ressources réseaux "Cloud Network Gateway Manager" et des passerelles logicielles permettant d’établir la connectivité dynamique et à la demande entre des ressources cloud et réseau. Le CNG-Manager offre le contrôle de la partie réseau et prend en charge le déploiement des fonctions réseau nécessaires dans l'infrastructure virtuelle des utilisateurs / Cloud computing emerged as a new paradigm for on-demand provisioning of IT resources and for infrastructure externalization and is rapidly and fundamentally revolutionizing the way IT is delivered and managed. The resulting incremental Cloud adoption is fostering to some extent cloud providers cooperation and increasing the needs of tenants and the complexity of their demands. Tenants need to network their distributed and geographically spread cloud resources and services. They also want to easily accomplish their deployments and instantiations across heterogeneous cloud platforms. Traditional cloud providers focus on compute resources provisioning and offer mostly virtual machines to tenants and cloud services consumers who actually expect full-fledged (complete) networking of their virtual and dedicated resources. They not only want to control and manage their applications but also control connectivity to easily deploy complex network functions and services in their dedicated virtual infrastructures. The needs of users are thus growing beyond the simple provisioning of virtual machines to the acquisition of complex, flexible, elastic and intelligent virtual resources and services. The goal of this thesis is to enable the provisioning and instantiation of this type of more complex resources while empowering tenants with control and management capabilities and to enable the convergence of cloud and network services. To reach these goals, the thesis proposes mapping algorithms for optimized in-data center and in-network resources hosting according to the tenants' virtual infrastructures requests. In parallel to the apparition of cloud services, traditional networks are being extended and enhanced with software networks relying on the virtualization of network resources and functions especially through network resources and functions virtualization. Software Defined Networks are especially relevant as they decouple network control and data forwarding and provide the needed network programmability and system and network management capabilities. In such a context, the first part proposes optimal (exact) and heuristic placement algorithms to find the best mapping between the tenants' requests and the hosting infrastructures while respecting the objectives expressed in the demands. This includes localization constraints to place some of the virtual resources and services in the same host and to distribute other resources in distinct hosts. The proposed algorithms achieve simultaneous node (host) and link (connection) mappings. A heuristic algorithm is proposed to address the poor scalability and high complexity of the exact solution(s). The heuristic scales much better and is several orders of magnitude more efficient in terms of convergence time towards near optimal and optimal solutions. This is achieved by reducing complexity of the mapping process using topological patterns to map virtual graph requests to physical graphs representing respectively the tenants' requests and the providers' physical infrastructures. The proposed approach relies on graph decomposition into topology patterns and bipartite graphs matching techniques. The third part propose an open source Cloud Networking framework to achieve cloud and network resources provisioning and instantiation in order to respectively host and activate the tenants' virtual resources and services. This framework enables and facilitates dynamic networking of distributed cloud services and applications. This solution relies on a Cloud Network Gateway Manager and gateways to establish dynamic connectivity between cloud and network resources. The CNG-Manager provides the application networking control and supports the deployment of the needed underlying network functions in the tenant desired infrastructure (or slice since the physical infrastructure is shared by multiple tenants with each tenant receiving a dedicated and isolated portion/share of the physical resources)