Alors que la recherche sur la qualité du code des systèmes a connu un formidable engouement, les systèmes d'exploitation sont encore aux prises avec des problèmes de fiabilité notamment dûs aux bogues de programmation au niveau des services noyaux tels que les pilotes de périphériques et l'implémentation des systèmes de fichiers. Des études ont en effet montré que que chaque version du noyau Linux contient entre 600 et 700 fautes, et que la propension des pilotes de périphériques à contenir des erreurs est jusqu'à sept fois plus élevée que toute autre partie du noyau. Ces chiffres suggèrent que le code des services noyau n'est pas suffisamment testé et que de nombreux défauts passent inaperçus ou sont difficiles à réparer par des programmeurs non-experts, ces derniers formant pourtant la majorité des développeurs de services. Cette thèse propose une nouvelle approche pour le débogage et le test des services noyau. Notre approche est focalisée sur l'interaction entre les services noyau et le noyau central en abordant la question des "trous de sûreté" dans le code de définition des fonctions de l'API du noyau. Dans le contexte du noyau Linux, nous avons mis en place une approche automatique, dénommée Diagnosys, qui repose sur l'analyse statique du code du noyau afin d'identifier, classer et exposer les différents trous de sûreté de l'API qui pourraient donner lieu à des fautes d'exécution lorsque les fonctions sont utilisées dans du code de service écrit par des développeurs ayant une connaissance limitée des subtilités du noyau. Pour illustrer notre approche, nous avons implémenté Diagnosys pour la version 2.6.32 du noyau Linux. Nous avons montré ses avantages à soutenir les développeurs dans leurs activités de tests et de débogage.

Les travaux décrits dans cette thèse portent sur le problème de vérification des systèmes avec espaces d'états infinis, et, en particulier, avec des structures de données chaînées. Plusieurs approches ont émergé, sans donner des solutions convenables et robustes, qui pourrait faire face aux situations rencontrées dans la pratique. Nos travaux proposent une approche nouvelle, qui combine les avantages de deux approches très prometteuses: la représentation symbolique a base d'automates d'arbre, et la logique de séparation. On présente également plusieurs améliorations concernant l'implementation de différentes opérations sur les automates d'arbre, requises pour le succès pratique de notre méthode. En particulier, on propose un algorithme optimise pour le calcul des simulations sur les systèmes de transitions étiquettes, qui se traduit dans un algorithme efficace pour le calcul des simulations sur les automates d'arbre. En outre, on présente un nouvel algorithme pour le problème d'inclusion sur les automates d'arbre. Un nombre important d'expérimentes montre que cet algorithme est plus efficace que certaines des méthodes existantes.

Ces dernières années, l'effort de recherche est passé de la microarchitecture du cœur à la microarchitecture de la hiérarchie mémoire. Les modèles précis au cycle près pour processeurs multi-cœurs avec des centaines de cœurs ne sont pas pratiques pour simuler des charges multitâches réelles du fait de la lenteur de la simulation. Un grand pourcentage du temps de simulation est consacré à la simulation des différents cœurs, et ce pourcentage augmente linéairement avec chaque génération de processeur. Les modèles approximatifs sacrifient de la précision pour une vitesse de simulation accrue, et sont la seule option pour certains types de recherche. Les processeurs multi-cœurs exigent également des méthodes de simulation plus rigoureuses. Il existe plusieurs méthodes couramment utilisées pour simuler les architectures simple cœur. De telles méthodes doivent être adaptées ou même repensées pour la simulation des architectures multi-cœurs. Dans cette thèse, nous avons montré que les modèles comportementaux sont intéressants pour étudier la hiérarchie mémoire des processeurs multi-coeurs. Nous avons démontré que l'utilisation de modèles comportementaux permet d'accélérer les simulations d'un facteur entre un et deux ordres de grandeur avec des erreurs moyennes de moins de 5%. Nous avons démontré également que des modèles comportementaux peuvent aider dans le problème de la sélection des charges de travail multiprogrammées pour évaluer la performance des microarchitectures multi-cœurs.

Les systèmes informatiques sont devenus omniprésents et sont utilisés au quotidien pour gérer toujours plus d'information. Ces informations sont de plus en plus souvent confidentielles: informations stratégiques militaires ou financières, données personnelles. La fuite de ces informations peut ainsi avoir des conséquences graves telles que des pertes humaines, financières, des violations de la vie privée ou de l'usurpation d'identité. Les contributions de cette thèse se découpent en trois parties. Tout d'abord, nous étudions le problème de synthèse d'un canal de communication dans un système décrit par un transducteur. Malgré les limites imposées par ce modèle, nous montrons que le problème de synthèse est indécidable en général. Cependant, lorsque le système est fonctionnel, c'est-à-dire que son fonctionnement externe est toujours le même, le problème devient décidable. Nous généralisons ensuite le concept d'opacité aux systèmes probabilistes, en donnant des mesures groupées en deux familles. Lorsque le système est opaque, nous évaluons la robustesse de cette opacité vis-à-vis des informations données par les lois de probabilités du système. Lorsque le système n'est pas opaque, nous évaluons la taille de la faille de sécurité induite par cette non opacité. Enfin, nous étudions le modèle des automates temporisés à interruptions (ITA) où les informations sur l'écoulement du temps sont organisées en niveaux comparables à des niveaux d'accréditation. Nous étudions les propriétés de régularité et de clôture des langages temporisés générés par ces automates et proposons des algorithmes de model-checking pour des fragments de logiques temporelles temporisées.

La première partie de ma thèse est la description d'un modèle algébrique pour la gestion des séquences temporelles synchronisées. Ce modèle est une extension du modèle relationnel classique auquel on ajoute un type nouveau, le type séquence temporelle. L'algèbre relationnelle est augmentée de trois opérateurs dédiés à ce nouveau type. Ces opérateurs permettent de retrouver toutes les opérations classiquement conduites sur des séquences temporelles. Le langage utilisateur correspondant est exposé, ainsi que de nombreux exemples, puisés notamment dans le domaine de la gestion des partitions symboliques. La seconde partie est la description d'un index permettant de réaliser plusieurs types de recherches dans des partitions symboliques (exacte, transposée, avec ou sans rythme et approchée). Il repose notamment sur la notion de signature algébrique. Dans la dernière partie, je décris une plateforme dédiée à la gestion du contenu musical symbolique qui est une application des deux précédentes parties.

Dans cette thèse nous abordons le problème de la conception de passerelle IPsec très haut débit pour la sécurisation des communications entre réseaux locaux. Pour cela, nous proposons deux architectures : une passerelle purement logicielle sur un unique serveur, dite intégrée, et une passerelle utilisant plusieurs serveurs et un module matériel cryptographique, dite en rupture. La première partie de nos travaux étudie l'aspect performance des deux architectures proposées. Nous commençons par montrer qu'un serveur générique est limité par sa puissance de calcul pour atteindre l'objectif de chiffrement et communication à 10 Gb/s. De plus, les nouvelles cartes graphiques, bien que prometteuses en terme de puissance, ne sont pas adaptées au problème du chiffrement de paquets réseau (à cause de leur faible taille). Nous mettons alors en place une pile réseau répartie sur plusieurs machines et procédons à sa parallélisation dans le cadre de l'architecture en rupture. Dans un second temps, nous analysons l'intégration d'une passerelle dans un réseau, notamment l'interaction du protocole de contrôle ICMP avec IPsec. ICMP est particulièrement important pour atteindre le haut débit par son implication dans le mécanisme d'optimisation de la taille des paquets. Pour cela, nous avons développé IBTrack, un logiciel d'étude du comportement des routeurs, par rapport à ICMP, le long d'un chemin. Nous montrons ensuite qu'ICMP est un vecteur d'attaque contre IPsec en exploitant un défaut fondamental des normes IP et IPsec : le surcoût des paquets IP créé par le mode tunnel entre en conflit avec le minimum de la taille maximale prévue par IP.

The telecommunication market is growing at a very fast pace with the evolution of new technologies to support high speed throughput and the availability of a wide range of services and applications in the mobile networks. This has led to a need for communication service providers (CSPs) to shift their focus from network elements monitoring towards services monitoring and subscribers’ satisfaction by introducing the service quality management (SQM) and the customer experience management (CEM) that require fast responses to reduce the time to find and solve network problems, to ensure efficiency and proactive maintenance, to improve the quality of service (QoS) and the quality of experience (QoE) of the subscribers. While both the SQM and the CEM demand multiple information from different interfaces, managing multiple data sources adds an extra layer of complexity with the collection of data. While several studies and researches have been conducted for data analytics in mobile networks, most of them did not consider analytics based on the four dimensions involved in the mobile networks environment which are the subscriber, the handset, the service and the network element with multiple interface correlation. The main objective of this research was to develop mobile network analytics models applied to the 3G packet-switched domain by analysing data from the radio network with the Iub interface and the core network with the Gn interface to provide a fast root cause analysis (RCA) approach considering the four dimensions involved in the mobile networks. This was achieved by using the latest computer engineering advancements which are Big Data platforms and data mining techniques through machine learning algorithms. / Electrical and Mining Engineering / M. Tech. (Electrical Engineering)