Le Cloud computing a gagné beaucoup de popularité et a reçu beaucoup d'attention des deux mondes, industriel et académique, puisque cela les libère de la charge et le coût de la gestion de centres de données locaux. Toutefois, le principal facteur motivant l'utilisation du Cloud est sa capacité de fournir des ressources en fonction des besoins du client. Ce concept est appelé l’élasticité. Adapter les applications Cloud lors de leur exécution en fonction des variations de la demande est un grand défi. En outre, l'élasticité de Cloud est diverse et hétérogène car elle englobe différentes approches, stratégies, objectifs, etc. Nous sommes intéressés à étudier: Comment résoudre le problème de sur/sous-approvisionnement? Comment garantir la disponibilité des ressources et surmonter les problèmes d'hétérogénéité et de granularité des ressources? Comment standardiser, unifier les solutions d'élasticité et de modéliser sa diversité à un haut niveau d'abstraction? Dans cette thèse, trois majeures contributions ont été proposées: Tout d’abord, un état de l’art à jour de l’élasticité du Cloud ; cet état de l’art passe en revue les différents travaux relatifs à l’élasticité des machines virtuelles et des conteneurs. Deuxièmement, ElasticDocker, une approche permettant de gérer l’élasticité des conteneurs, notamment l’élasticité verticale, la migration et l’élasticité combinée. Troisièmement, MoDEMO, un nouveau cadre de gestion d'élasticité unifié, basé sur un standard, dirigé par les modèles, hautement extensible et reconfigurable, supportant plusieurs stratégies, différents types d’élasticité, différentes techniques de virtualisation et plusieurs fournisseurs de Cloud. / Cloud computing has been gaining popularity and has received a great deal of attention from both industrial and academic worlds since it frees them from the burden and cost of managing local data centers. However, the main factor motivating the use of cloud is its ability to provide resources according to the customer needs or what is referred to as elasticity. Adapting cloud applications during their execution according to demand variation is a challenging task. In addition, cloud elasticity is diverse and heterogeneous because it encompasses different approaches, policies, purposes, etc. We are interested in investigating: How to overcome the problem of over-provisioning/under-provisioning? How to guaranty the resource availability and overcome the problems of heterogeneity and resource granularity? How to standardize, unify elasticity solutions and model its diversity at a high level of abstraction? In this thesis, we solved such challenges and we investigated many aspects of elasticity to manage efficiently the resources in the cloud. Three contributions are proposed. Firstly, an up-to-date state-of-the-art of the cloud elasticity, this state of art reviews different works related to elasticity for both Virtual Machines and containers. Secondly, ElasticDocker, an approach to manage container elasticity including vertical elasticity, live migration, and elasticity combination between different virtualization techniques. Thirdly, MoDEMO, a new unified standard-based, model-driven, highly extensible and reconfigurable framework that supports multiple elasticity policies, vertical and horizontal elasticity, different virtualization techniques and multiple cloud providers.

Le Cloud Computing est un paradigme émergent dans les technologies de l'information. L'un de ses atouts majeurs étant la mise à disposition des ressources fondée sur le modèle pay-as-you-go. Les ressources Cloud se situent dans un environnement très dynamique. Cependant, chaque ressource provisionnée offre des services fonctionnels et peut ne pas offrir des services non fonctionnels tels que la supervision, la reconfiguration, la sécurité, etc. Dans un tel environnement dynamique, les services non fonctionnels ont une importance critique pour le maintien du niveau de service des ressources ainsi que le respect des contrats entre les fournisseurs et les consommateurs. Dans notre travail, nous nous intéressons à la supervision, la reconfiguration et la gestion autonomique des ressources Cloud. En particulier, nous mettons l'accent sur les applications à base de services. Ensuite, nous poussons plus loin notre travail pour traiter les ressources Cloud d'une manière générale. Par conséquent, cette thèse contient deux contributions majeures. Dans la première contribution, nous étendons le standard SCA (Service Component Architecture) afin de permettre l'ajout de besoins en supervision et reconfiguration à la description des composants. Dans ce contexte, nous proposons une liste de transformations qui permet d'ajouter automatiquement aux composants des facilités de supervision et de reconfiguration, et ce, même si ces facilités n'ont pas été prévues dans la conception des composants. Ceci facilite la tâche au développeur en lui permettant de se concentrer sur les services fonctionnels de ses composants. Pour être en conformité avec la scalabilité des environnements Cloud, nous utilisons une approche basée sur des micro-conteneurs pour le déploiement de composants. Dans la deuxième contribution, nous étendons le standard OCCI (Open Cloud Computing Interface) pour ajouter dynamiquement des facilités de supervision et de reconfiguration aux ressources Cloud, indépendamment de leurs niveaux de service. Cette extension implique la définition de nouvelles Ressources, Links et Mixins OCCI pour permettre d'ajouter dynamiquement des facilités de supervision et de reconfiguration à n'importe quelle ressource Cloud. Nous étendons par la suite nos deux contributions de supervision et reconfiguration afin d'ajouter des capacités de gestion autonomique aux applications SCA et ressources Cloud. Les solutions que nous proposons sont génériques, granulaires et basées sur les standards de facto (i.e., SCA et OCCI). Dans ce manuscrit de thèse, nous décrivons les détails de nos implémentations ainsi que les expérimentations que nous avons menées pour l'évaluation de nos propositions / Cloud Computing is an emerging paradigm in Information Technologies (IT). One of its major assets is the provisioning of resources based on pay-as-you-go model. Cloud resources are situated in a highly dynamic environment. However, each provisioned resource comes with functional properties and may not offer non functional properties like monitoring, reconfiguration, security, accountability, etc. In such dynamic environment, non functional properties have a critical importance to maintain the service level of resources and to make them respect the contracts between providers and consumers. In our work, we are interested in monitoring, reconfiguration and autonomic management of Cloud resources. Particularly, we put the focus on Service-based applications. Afterwards, we push further our work to treat Cloud resources. Consequently, this thesis contains two major contributions. On the first hand, we extend Service Component Architecture (SCA) in order to add monitoring and reconfiguration requirements description to components. In this context, we propose a list of transformations that dynamically adds monitoring and reconfiguration facilities to components even if they were designed without them. That alleviates the task of the developer and lets him focus just on the business of his components. To be in line with scalability of Cloud environments, we use a micro-container based approach for the deployment of components. On the second hand, we extend Open Cloud Computing Interface standards to dynamically add monitoring and reconfiguration facilities to Cloud resources while remaining agnostic to their level. This extension entails the definition of new Resources, Links and Mixins to dynamically add monitoring and reconfiguration facilities to resources. We extend the two contributions to couple monitoring and reconfiguration in order to add self management capabilities to SCA-based applications and Cloud resource. The solutions that we propose are generic, granular and are based on the de facto standards (i.e., SCA and OCCI). In this thesis manuscript, we give implementation details as well as experiments that we realized to evaluate our proposals

Le Cloud Computing est un nouveau modèle économique hébergeant les applications de la technologie de l’information. Le passage au Cloud devient un enjeu important des entreprises pour des raisons économiques. La nature dynamique et la complexité croissante des architectures de Cloud impliquent plusieurs défis de gestion. Dans ce travail, nous nous intéressons à la gestion des contrats SLA. Vu le manque de standardisation, chaque fournisseur de service décrit les contrats SLA avec son propre langage, ce qui laisse l'utilisateur perplexe concernant le choix de son fournisseur de services. Dans ce travail, nous proposons une architecture de Cloud Broker permettant d’établir et de négocier les contrats SLA entre les fournisseurs et les consommateurs du Cloud. L’objectif de cette architecture est d’aider l’utilisateur à trouver le meilleur fournisseur en utilisant une méthode multi-critère. Cette méthode considère chaque critère comme une fonction d’utilité à intégrer dans une super-fonction d’utilité. Nous proposons d’illustrer chaque fonction d’utilité par une courbe spécifique à lui représentant bien le critère de choix. Nous essayons de cerner la plupart des critères qui contribuent dans le choix du meilleurs service et de les classer en critères fonctionnels et critères non fonctionnels. Les contrats SLA établit par notre broker sont formalisés sous forme d’ontologies qui permettent de masquer l'hétérogénéité et d’assurer l'interopérabilité entre les acteurs du Cloud. En outre, l’utilisation des règles d'inférence nous a permis de détecter les violations dans le contrat SLA établit et de garantir ainsi le respect de la satisfaction client dans le temps / Cloud Computing is a dynamic new technology that has huge potentials in enterprises and markets. The dynamicity and the increasing complexity of Cloud architectures involve several management challenges. In this work, we are interested in Service Level Agreement (SLA) management. Actually, there is no standard to express Cloud SLA, so, providers describe their SLAs in different manner and different languages, which leaves the user puzzled about the choice of its Cloud provider. To overcome these problems, we introduce a Cloud Broker Architecture managing the SLA between providers and consumers. It aims to assist users in establishing and negotiating SLA contracts and to help them in finding the best provider that satisfies their service level expectations. Our broker SLA contracts are formalized as OWL ontologies as they allow hiding the heterogeneity in the distributed Cloud environment and enabling interoperability between Cloud actors. Besides, by combining our ontology with our proposed inference rules, we contribute to detect violations in the SLA contract assuring thereby the sustainability of the user satisfaction. Based on the requirements specified in the SLA contract, our Cloud Broker assists users in selecting the right provider using a multi attribute utility theory method. This method is based on utility functions representing the user satisfaction degree. To obtain accurate results, we have modelled both functional and non functional attributes utilities. We have used personalized utilities for each criterion under negotiation so that our cloud broker satisfies the best consumer requirements from functional and non functional point of view

Avec l’avènement de l’informatique en nuage, différents fournisseurs offrant des services en nuage et des interfaces de programmation d’applications (APIs) hétérogènes sont apparus. Cette hétérogénéité complique la mise en œuvre d’un système de multi-nuages interopérable. Parmi les solutions pour l’interopérabilité de multi-nuages, l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) s’est révélée avantageuse. Cependant, la plupart des solutions IDM existantes pour l’informatique en nuage ne sont pas représentatives des APIs et manquent de formalisation. Pour remédier à ces limitations, je présente dans cette thèse une approche basée sur le standard Open Cloud Computing Interface (OCCI), les approches IDM et les méthodes formelles. Je fournis deux contributions qui sont mises en œuvre dans le contexte du projet OCCIware. Premièrement, je propose une approche basée sur la rétro-ingénierie pour extraire des connaissances des documentations textuelles ambiguës des APIs de nuages et améliorer leur représentation à l’aide des techniques IDM. Cette approche est appliquée à Google Cloud Platform (GCP), où je propose GCP Model, une spécification précise et basée sur les modèles, automatiquement déduite de la documentation textuelle de GCP. Deuxièmement, je propose le cadre fclouds pour assurer une interopérabilité sémantique entre plusieurs nuages, i.e., pour identifier les concepts communs entre les APIs et raisonner dessus. Le langage fclouds est une formalisation des concepts et de la sémantique opérationnelle d’OCCI en employant le langage de spécification formel Alloy. Pour démontrer l’efficacité du langage fclouds, je spécifie formellement treize APIs et en vérifie les propriétés. / With the advent of cloud computing, different cloud providers with heterogeneous cloud services and Application Programming Interfaces (APIs) have emerged. This heterogeneity complicates the implementation of an interoperable multi-cloud system. Among the multi-cloud interoperability solutions, Model-Driven Engineering (MDE) has proven to be quite advantageous and is the mostly adopted methodology to rise in abstraction and mask the heterogeneity of the cloud. However, most of the existing MDE solutions for the cloud are not representative of the cloud APIs and lack of formalization. To address these shortcomings, I present in this thesis an approach based on Open Cloud Computing Interface (OCCI) standard, MDE, and formal methods. I provide two major contributions implemented in the context of the OCCIware project. First, I propose an approach based on reverse-engineering to extract knowledge from the ambiguous textual documentation of cloud APIs and to enhance its representation using MDE techniques. This approach is applied to Google Cloud Platform (GCP), where I provide GCP Model, a precise model-driven specification for GCP that is automatically inferred from GCP textual documentation. Second, I propose the fclouds framework to achieve semantic interoperability in multi-clouds, i.e., to identify the common concepts between cloud APIs and to reason over them. The fclouds language is a formalization of OCCI concepts and operational semantics in Alloy formal specification language. To demonstrate the effectiveness of the fclouds language, I formally specify thirteen case studies and verify their properties.