La quantité importante de ressources offertes par les grilles de calcul permet d'envisager la résolution de problèmes de plus en plus complexes. La programmation simple et efficace de tels environnements est un véritable défi. La plupart des travaux réalisés dans ce domaine ont visé à élaborer des modèles de programmation offrant une gestion efficace et transparente de la puissance de calcul offerte par les grilles de calcul. Toutefois, la gestion des données dans de telles infrastructures est comparativement rudimentaire. Elle reste à la charge des développeurs d'applications sur de nombreux aspects: localisation des données, cohérence, tolérance aux fautes, etc. La contribution de ce travail de doctorat est de spécifier le concept de service de partage de données pour grilles, afin d'intégrer aux modèles de programmation actuels un modèle d'accès transparent aux données. Notre proposition s'inspire essentiellement des systèmes à mémoire virtuellement partagée (MVP) et des systèmes pair-à-pair (P2P). Cette approche hybride a pour objectif de conserver les points forts des systèmes à MVP (transparence et gestion de la cohérence) grâce à une organisation fondée sur les points forts des systèmes P2P (passage à l'échelle et tolérance aux fautes). Afin de valider notre concept de service de partage de données, nous proposons une architecture appelée JuxMem (pour Juxtaposted Memory) ainsi qu'une implémentation s'appuyant sur la spécification P2P JXTA. Cette mise en oeuvre a été validée par son intégration dans deux modèles de programmation, utilisés pour concevoir les applications s'exécutant sur les grilles de calcul: le modèle Grid-RPC et les modèles à base de composants logiciels. Les bénéfices de notre approche ont été évalués à grande échelle sur la grille expérimentale Grid'5000. Ce manuscrit décrit également deux autres contributions qui se situent dans le contexte de l'utilisation de techniques P2P, pour la construction d'intergiciels destinés aux grilles de calcul. Au-delà de notre objectif premier, qui a été d'adapter JXTA pour permettre une mise en oeuvre efficace de notre service, ces contributions ont une portée plus générale. Elles concernent d'une part l'utilisation de la plate-forme P2P jxta sur les grilles de calcul et d'autre part à l'optimisation de ses couches de communication dans ce contexte particulier d'exécution.

Ce manuscrit décrit les travaux de recherche que nous avons mené pendant les six dernières années sur le thème du partage transparent des données réparties à grande échelle. L'infrastructure visée a été celle des grilles de calcul. Notre objectif a été de répondre à la question: comment serait-il possible de construire un système fournissant un modèle transparent d'accès aux données, tout en tenant compte des contraintes spécifiques aux infrastructures physiques utilisées (architecture hiérarchique, distribution à grande échelle, volatilité, tolérance aux défaillances, etc.)? En réponse à ce défi, nous avons proposé le concept de service de partage de données pour grilles, pour lequel nous avons défini une spécification, une architecture et une mise en oeuvre. Ce travail se situe à la frontière de plusieurs domaines: systèmes à mémoire virtuellement partagée, systèmes pair-à-pair, systèmes tolérants aux fautes. En nous appuyant sur des résultats déjà existants qui proposaient des solutions partielles à notre problème, notre approche a consisté à étendre, adapter et coupler ces solutions partielles et à rajouter les "briques" manquantes, afin de construire une solution globale, plus complexe, mais qui satisfasse l'ensemble des propriétés recherchées. Un résultat issu de cette approche est la notion de groupe hiérarchique auto-organisant, qui combine des protocoles de cohérence issus des systèmes à mémoire virtuellement partagée avec des protocoles de gestion de groupe tolérants aux fautes. Sur cette notion repose notre approche pour la définition de protocoles de cohérence tolérants aux fautes, adaptés aux grilles. Nous avons attaché une importance particulière à la validation expérimentale} de notre proposition par une mise en oeuvre et par une évaluation sur des plates-formes réelles à travers des prototypes expérimentaux. Ceci nous a permis de réaliser des expériences multisites en grandeur nature sur la plate-forme Grid'5000, avec l'objectif d'évaluer les bénéfices apportés par notre service de partage de données aux environnements de calcul réparti sur grille. A cet effet, nous avons évalué la capacité de JuxMem à s'intégrer avec plusieurs modèles de programmation pour grille d'une part (GridRPC, modèles à base de composants) et avec d'autres technologies de stockage d'autre part (Gfarm, ASSIST). Cette intégration a été réalisée en collaboration avec des équipes françaises, telles que les équipes-projets REGAL et GRAAL de l'INRIA, mais aussi avec des équipes étrangères des universités de Pise et de Calabre en Italie, d'Illinois/Urbana-Champaign aux Etats-Unis et de Tsukuba au Japon. Enfin, nous avons travaillé en étroite concertation avec l'équipe JXTA de Sun Microsystems (Santa Clara, Etats-Unis), qui a soutenu nos efforts à travers un contrat de collaboration industrielle.