Cette thèse vise à définir et à valider un modèle de programmation intégrant la description d'architectures logicielles et un ordonnancement dynamique de tâches dans un contexte de haute performance. Par exemple, il s'agit de combiner les avantages de modèles tels que L²C et StarPU. L'objectif final est de proposer un modèle capable de supporter des applications telles que Gysela5D sur les architectures parallèles actuelles et futures (tel que des clusters très variés et supercalculateurs comportant des accélérateurs). / This thesis aims to define and validate a programing model that combines the description of software architecture with dynamic task scheduling in a high performance context. For example by integrating the advantages of the L²C and StarPU models. The final goal is to propose a model that enables the description of applications such as Gysela5D on current and future parallel architectures (such as various clusters and supercomputers including accelerators).

Face à l'émergence de catalogues de composants de différents types, les environnements professionnels de développement d'applications ont évolué vers une gestion des composants. Ces premiers outils offrent peu de services pour faciliter une recherche appropriée de composants de différentes natures ; ils sont destinés à des experts ayant déjà une connaissance profonde des catalogues de composants. Ces outils restent insuffisants pour des ingénieurs d'applications non experts dont l'objectif est de rechercher les meilleurs composants répondant au problème posé.<br />En partant de ce constat, l'objectif de cette thèse est de s'appuyer sur les techniques de recherche d'information pour d'une part proposer une nouvelle technique de recherche de composants adaptée aux catalogues hétérogènes de composants et d'autre part organiser un environnement d'aide à l'application, la gestion, la recherche et la réutilisation de composants. La gestion des composants est réalisée au niveau d'une base de description de propriétés de composants. Pour des besoins d'évolution et d'adaptation, une telle base est mise en place par des instanciations successives du métamodèle M-Sigma et du modèle de composants C-Sigma. <br />La technique structurelle originale de recherche de composants proposée est basée sur un processus de génération de spécifications formelles à partir de diagrammes de classes décrivant la structure des composants archivés ou recherchés. Ces spécifications sont utilisées pour réaliser des appariements structurels entre composants. Cette technique est exploitable dans le domaine de la recherche de composants et de la réingénierie des systèmes d'information. Une expérimentation a été faite sur une base de composants issue du projet industriel Initiative Centr'ACTOLL.

L'approche à composants promeut la construction de logiciels à partir de l'assemblage de briques logicielles réutilisables appelées composants. Cette approche ne suppose cependant pas que les fonctionnalités offertes par les composants puissent être disponibles dynamiquement. La disponibilité dynamique fait référence à la situation où des fonctionnalités fournies par des composants qui forment une application deviennent indisponibles ou disponibles de façon continue et en raison de causes diverses, comme le déploiement des composants à l'exécution. Les changements dans les fonctionnalités ont lieu au cours de l'exécution de l'application et sont en dehors de son contrôle. Pour les supporter, une application doit être capable de s'adapter, par exemple en cherchant une fonctionnalité remplaçante ou en incorporant des nouvelle fonctionnalités. Bien que cette situation puisse être supportée dans les modèles à composants actuels, ce support n'est pas explicite et doit être réalisé à travers la programmation. Ceci résulte dans un mélange de logique applicative et de logique d adaptation dédiée à la gestion de la disponibilité dynamique. Ce travail propose un moyen de supporter la disponibilité dynamique dans un modèle à composants à partir d une approche qui introduit d un côté des concepts de l'approche à services dans le modèle à composants et d un autre des concepts permettant à un environnement d exécution, associé au modèle, d'adapter dynamiquement une application à partir d'informations fournies par les composants qui la constituent. Ce travail présente d'abord une étude des approches à composants et à services, et ensuite les concepts et l'implémentation d'un modèle à composants orienté services. Cette implémentation a été évaluée dans un contexte industriel et a été libérée comme un projet de source libre.

L'utilisation et la gestion des composants sont au coeur des nouvelles architectures logicielles. Les composants représentent les briques de bases des logiciels. Les efforts de recherche actuels se concentrent sur l'élaboration de modèles à base de composants qui intègrent des propriétés importantes comme, par exemple, la description et l'intégration des composants avec des comportements explicites (protocoles d'interaction). Ce sont ces descriptions plus complètes que les interfaces classiques (les points d'entrée et de sortie), qui ouvrent la voie vers la correction des assemblages. Comme aboutissement des travaux de cette thèse, nous proposons un modèle de composants qui utilise des Systèmes de Transitions Symboliques (STSs) pour décrire les comportements des composants. Les composants de notre modèle sont des boîtes noires communicant exclusivement par l'intermédiaire de leurs interfaces étendues avec des protocoles d'interaction. Le modèle spécifie aussi les règles de compatibilité, les algorithmes de vérification des assemblages des composants et de la substitution et un langage de description des composants. Nous proposons une implémentation dans le langage Java en suivant une approche générative ou le code Java est généré à partir des descriptions des composants de haut niveau. Le code est donc garanti a être conforme à la spécification.

Une nouvelle classe d'applications interactives associent la visualisation scientifique, la réalité virtuelle et la simulation. Ces applications sont complexes et couplent des périphériques d'entrées et de sorties, des grands jeux de données, et des centaines de composants logiciels. Ces applications posent des défis en terme de maintenabilité et doivent s'exécuter sous des contraintes fortes de performances, souvent mesurées en terme de latence et de taux de rafraîchissement. Pour répondre à ces questions, nous proposons un modèle à composants hiérarchiques adapté aux applications interactives. Il permet d'encapsuler des schémas performants de communication entre tâches. Notre seconde contribution consiste en l'étude de la latence induite par les mécanismes d'échantillonnage entre des tâches fonctionnant à des fréquences différentes. Pour la validation des résultats, les contributions ont été intégrées dans l'intergiciel FlowVR.

La conception d'applications scientifiques à base de couplage de code est une tâche complexe car elle demande de concilier une facilité de programmation et une obtention de haute performance. En outre, les ressources matérielles (supercalculateurs, grappes de calcul, grilles) permettant leur exécution forment un ensemble hétérogène en constante évolution. Les modèles à base de composants logiciels forment une piste prometteuse pour gérer ces deux sources de complexité car ils permettent d'exprimer les interactions entre les différents constituants d'une application tout en offrant des possibilités d'abstraction des ressources. Néanmoins, les modèles existants ne permettent pas d'exprimer de manière satisfaisante les applications constituées de motifs répliqués dynamiques et hiérarchiques. Ainsi, cette thèse vise à améliorer l'existant - et en particulier la plate-forme générique de simulation numérique SALOME - pour une classe d'applications très répandue : les applications à base de décomposition de domaine et la variante utilisant le raffinement de maillage adaptatif. Tout d'abord, nous avons proposé d'étendre le modèle de composition spatial et temporel de SALOME en ajoutant la possibilité de définir dynamiquement la cardinalité des composants. Cela demande en particulier de gérer les communications de groupes ainsi induites. La proposition a été implémentée dans SALOME et validée via une application de décomposition de domaine à base de couplage de plusieurs instances de Code_Aster. Ensuite, nous avons étudié la pertinence d'utiliser un modèle de composant supportant des connecteurs natifs (MPI, mémoire partagée, appel de méthode) pour permettre une composition plus fine des interactions entre composants. Les résultats d'expériences montrent que des performances équivalentes aux versions natives sont obtenues tout en permettant de manipuler facilement l'architecture de l'application. Enfin, nous avons étudié les extensions nécessaires aux modèles à composants (abstraction,hiérarchie, dynamicité) pour la conception d'applications de raffinement de maillage adaptatif. Les modèles de composants spatio-temporels les plus avancés permettent ainsi d'exprimer ce type d'application mais les performances sont limitées par leur mise en œuvre centralisée ainsi que par le manque de moyens efficaces pour modifier à la volée des assemblages de composants.

L'objectif de cette thèse est d'offrir une solution de bout en bout permettant de décrire et de déployer de façon fiable une application distribuée dans un environnement virtualisé. Ceci passe par la définition d'un formalisme permettant de décrirer une application ainsi que son environnement d'exécution, puis de fournir les outils capable d'interpéter ce formalisme pour déployer (installer, instancier et configurer) l'application sur une plate-forme de type cloud computing.

L'objectif de cette thèse est d'offrir une solution de bout en bout permettant de décrire et de déployer de façon fiable une application distribuée dans un environnement virtualisé. Ceci passe par la définition d'un formalisme permettant de décrirer une application ainsi que son environnement d'exécution, puis de fournir les outils capable d'interpéter ce formalisme pour déployer (installer, instancier et configurer) l'application sur une plate-forme de type cloud computing.

La conception d'applications scientifiques à base de couplage de code est une tâche complexe car elle demande de concilier une facilité de programmation et une obtention de haute performance. En outre, les ressources matérielles (supercalculateurs, grappes de calcul, grilles) permettant leur exécution forment un ensemble hétérogène en constante évolution. Les modèles à base de composants logiciels forment une piste prometteuse pour gérer ces deux sources de complexité car ils permettent d’exprimer les interactions entre les différents constituants d’une application tout en offrant des possibilités d'abstraction des ressources. Néanmoins, les modèles existants ne permettent pas d'exprimer de manière satisfaisante les applications constituées de motifs répliqués dynamiques et hiérarchiques. Ainsi, cette thèse vise à améliorer l'existant – et en particulier la plate-forme générique de simulation numérique SALOME – pour une classe d'applications très répandue : les applications à base de décomposition de domaine et la variante utilisant le raffinement de maillage adaptatif. Tout d'abord, nous avons proposé d’étendre le modèle de composition spatial et temporel de SALOME en ajoutant la possibilité de définir dynamiquement la cardinalité des composants. Cela demande en particulier de gérer les communications de groupes ainsi induites. La proposition a été implémentée dans SALOME et validée via une application de décomposition de domaine à base de couplage de plusieurs instances de Code_Aster. Ensuite, nous avons étudié la pertinence d'utiliser un modèle de composant supportant des connecteurs natifs (MPI, mémoire partagée, appel de méthode) pour permettre une composition plus fine des interactions entre composants. Les résultats d'expériences montrent que des performances équivalentes aux versions natives sont obtenues tout en permettant de manipuler facilement l'architecture de l'application. Enfin, nous avons étudié les extensions nécessaires aux modèles à composants (abstraction,hiérarchie, dynamicité) pour la conception d’applications de raffinement de maillage adaptatif. Les modèles de composants spatio-temporels les plus avancés permettent ainsi d'exprimer ce type d'application mais les performances sont limitées par leur mise en œuvre centralisée ainsi que par le manque de moyens efficaces pour modifier à la volée des assemblages de composants. / Designing scientific applications based on code coupling is a complex task. It requires both an easy programming process and high-performance. In addition, execution resources (supercomputers, computer clusters, grids)  are heterogeneous and constantly evolving. Software components models offer a promising perspective to manage this double complexity because they can express interactions between the different parts of an application while providing abstraction of resources. However, existing models cannot accurately express the applications made of dynamic and hierarchical patterns. The aim of this thesis is to improve the existing models, and in particular the generic platform for numerical simulation SALOME, for a class of widespread applications : applications based on domain decomposition, and its dynamic variant using adaptive mesh refinement. Firstly, we proposed to extend the spatial and temporal composition model provided by SALOME, by adding the ability to dynamically set component cardinality. This requires in particular to manage group communications induced. The proposal has been implemented into SALOME and validated via a domain decomposition application based on coupling several instances of Code_Aster.Then, we have studied the relevance of using a component model supporting native connectors (MPI, shared memory, method invocation), in order to allow finer composition interactions between components.The experiment results show that performances obtained are equivalent to those of the native versions, while allowing to easily manipulate the application architecture. Finally, we studied the necessary component models extensions (abstraction, hierarchy, dynamicity) for designing adaptative mesh refinement applications. The most advanced spatio-temporal component models can express this type of application but performances are limited by their centralized implementation and by the lack of efficient ways of modifying component assembling at execution time.

La construction d'applications par composition d'éléments existants permet de réduire le temps de développement des applications ; pour cette raison, c'est un thème central du génie logiciel. On peut trouver quatre types de composition proposés par les approches actuelles : l'intégration, la connexion, la coordination et l'orchestration. Tandis que l'intégration et la connexion se basent sur les liens directs liant les éléments à composer, la coordination et l'orchestration utilisent une architecture à deux niveaux dans laquelle la logique de composition est exprimée séparément. Cette thèse propose un modèle de composition, basé sur la coordination, où la réutilisation, l'évolution et l'adaptation sont les objectifs premiers. Le concept de domaine est proposé pour représenter un groupe d'éléments coordonnés fournissant une fonctionnalité clairement identifiée par un modèle conceptuel. La composition de domaines est effectuée en établissant des relations entre les concepts provenant des modèles conceptuels de ces domaines. Une fédération est introduite comme une architecture logicielle permettant la structuration des domaines et la composition de domaines. La composition de domaines est réalisée par la synchronisation de domaines à travers un espace partagé et contrôlé (univers commun) contenant la matérialisation des modèles conceptuels des domaines composés ainsi que des relations liant leurs concepts. Les environnements pour la conception, le développement, l'exécution et l'administration d'une fédération ont été réalisés, et plusieurs applications ont été construites afin de valider l'approche proposée dans cette thèse.