Cette thèse (financée par l'INRIA) s'est déroulée au sein du laboratoire ID-imag (sous les tutelles : CNRS (UMR 5132) - INRIA - INPG - UJF) dont l'un des axes de recherche est la conception d'applications parallèles et de techniques pour l'exploitation de machines parallèles. La mise au point, tant pour la correction que pour les performances, de telles applications est nécessaire à l'exploitation efficace d'architectures de type grappes. Notre approche du débogage pour les performances se base sur l'observation comportementale de l'exécution des programmes, reconstituée à partir de traces d'exécution, cette observation étant facilitée par l'utilisation d'outils de visualisation. L'objectif de cette thèse est l'étude de méthodes permettant d'enregistrer facilement des traces d'exécution de programmes parallèles pour une grande variété de modèles de programmation parallèle ou distribuée, d'interfaces de programmation ainsi que d'outils de visualisation. Nous nous appuyons pour cela sur des formats adaptables pour l'enregistrement et l'exploitation de traces d'exécution. Afin de permettre l'adaptation du système de traçage à divers modèles de programmation, nous utilisons un format de trace brut élémentaire sans sémantique intrinsèque. Ce format brut présente l'avantage d'être compact et facilement adaptable aux programmes des utilisateurs et à leurs contraintes. L'utilisateur du système de traçage peut définir les événements à observer ainsi que les types des paramètres qui leurs sont associés. Les outils de visualisation ou d'analyse utilisent généralement des formats élaborés plus expressifs. La distinction des formats implique donc l'utilisation d'un système de conversion pour passer de l'un à l'autre. Ces formats étant adaptables, la conversion doit de plus être configurable. Nous avons donc conçu un système de conversion, paramétrée à l'aide de règles de réécriture, permettant d'apporter une sémantique aux événements bruts. À l'aide de ce système flexible de traçage et de conversion, nous avons pu visualiser des exécutions de programmes mettant en oeuvre les divers niveaux d'abstractions d'un intergiciel multicouche pour la programmation parallèle.

Les responsables de la gestion des déchets ménagers et les décideurs doivent aujourd'hui tenter de mettre en place un service qui réponde qualitativement aux attentes des usagers et qui respecte les normes législatives et réglementaires. Les évolutions de la gestion des déchets entraînent inévitablement un besoin en informations. Cet objectif n'est pas évident à atteindre car il implique indubitablement la nécessité pour les collectivités locales d'informations préalables. Quelles sont ces informations ? De quelles natures sont-elles ? D'où proviennent-elles ? Comment les obtenir ?Cette recherche porte sur l'identification des informations indispensables ou simplement pertinentes pour une optimisation des schémas de gestion des déchets ménagers, et sur les moyens à mettre en œuvre pour obtenir ces informations. L'objectif est de présenter des indicateurs de performances à référence spatiale sur ces territoires afin de mieux cerner puis optimiser leur gestion des déchets ménagers.

Cette thèse aborde le problème du support pour les applications distribuées coopératives. La notion de groupes de processus auxquels sont délivrés des messages est l'un des mécanismes fondamentaux de la construction de telles applications. L'état de l'art présente les différentes sémantiques pour de tels protocoles et les principales réalisations. Le protocole retenu pour l'implantation est une version dérivée du protocole d'Amoeba modifié pour le support de groupes opaques. Diverses optimisations ont aussi été ajoutées. La mise en oeuvre est basée sur une couche générique permettant de s'abstraire des dépendances système et de faciliter la réalisation de nouveaux protocoles. La réalisation initiale a été faite en mode utilisateur sur le micro-noyau Mach 3.0 et a été suivie de portages sur diverses plates-formes Unix. Cette thèse analyse en détail les performances du protocole et leur évolution en fonction de nombreux critères. Enfin, une étude fine du temps d'exécution du protocole implanté en mode utilisateur valide les choix d'implantation.

Cette thèse se concentre sur la notion de qualité représentative des traces obtenues par voie logicielle sur des exécutions de programmes parallèles communiquant par messages. Nous proposons une série de modèles permettant de réajuster la qualité d'une telle trace afin d'approcher la qualité des mesures obtenues sur un système de trace matériel. Nous étudions en détail le problème de datation physique dans un environnement d'exécution parallèle dépourvu d'une horloge physique globale. Après avoir rappelé le principe des méthodes statistiques de calcul de temps global, nous proposons une technique qui permet de réduire considérablement le temps d'échantillonnage des horloges. Cette méthode offre un accès suffisamment précis et confortable au temps global pour pouvoir rivaliser avec une solution matérielle. Nous abordons ensuite le problème de l'effet de sonde qui résulte du partage des ressources du système entre l'outil d'instrumentation logiciel et l'application instrumenteé. Nous présentons différents modèles de correction des perturbations, permettant de compenser l'effet de sonde par un traitement post-mortem des traces dans le but de retrouver la dynamique originale d'une exécution non-instrumentée. Nous présentons finalement l'outil de trace Tape/PVM, développé dans le cadre de cette thèse. Les méthodes de qualité de traces proposés ont été implémentées et validées dans Tape/PVM.

Cette thèse s'est déroulée au sein du projet APACHE (CNRS-INPG-INRIA-UJF) dont l'objectif est l'étude de l'ensemble des aspects liés à la mise en oeuvre efficace et portable d'applications irrégulières et dont les études sont concrétisées par l'environnement Athapascan. Dans l'environnement Athapascan le «débogage pour les performances» est basé sur le traçage logiciel des exécutions des applications parallèles suivi de l'analyse des traces et de la visualisation des exécutions tracées. L'objectif de la thèse était de fournir aux programmeurs un outil de visualisation les aidant à identifier les "erreurs de performances" de leurs programmes en leur donnant une représentation aussi claire que possible de l'exécution de ces programmes. La principale contribution de la thèse est la conception et la réalisation d'un outil appelé Pajé combinant les trois propriétés essentielles d'interactivité, d'extensibilité et d'aptitude au passage à l'échelle. L'extensibilité permet de prendre en compte l'absence de stabilisation des modèles de programmation parallèles et d'offrir la possibilité d'ajouter à Pajé des visualisations non envisagées lors de sa conception. Elle est assurée par une architecture en graphe de modules génériques, communiquants par des protocoles bien spécifiés. L'interactivité donne au programmeur le contrôle sur la visualisation par des actions telles que déplacement dans le temps ou inspection du contenu des objets visualisés, etc. Pour limiter le volume de données qu'elle implique de conserver en mémoire, une structure de données appelée fenêtre de visualisation a été définie ainsi que les algorithmes permettant de la faire glisser efficacement dans le temps. L'aptitude au passage à l'échelle est liée à la capacité de représenter un nombre potentiellement important d'objets graphiques (processus légers, communications, tâches, etc...) évoluant dynamiquement. Elle est essentiellement assurée en facilitant la visualisation à différents niveaux d'abstraction, en sorte que le passage d'un niveau à un autre simule une action de zoom.

Les travaux de recherche que nous avons poursuivis depuis la thèse se structurent autour des thèmes de la modélisation, de la simulation des réseaux et de l'amélioration des performances des réseaux électriques. Tout d'abord nous présentons les recherches sur la modélisation des réseaux électriques en régime transitoire électromagnétique. Les phénomènes transitoires électromagnétiques comme les surtensions sont analysés et étudiés. Ensuite nous étudions la stabilité de tension, le problème d'optimisation de fonctionnement du réseau, la valorisation de puissance réactive et l'impact de la production décentralisée sur le réseau électrique. Enfin, nous présentons les réseaux électriques du futur, les prospectives et les recherches envisagées, en particulier : * Identification et détermination des limites opérationnelles des réseaux électriques du futur * Les nouvelles stratégies de l'exploitation et de la planification des réseaux électriques intelligents en présence des productions décentralisées et des sources d'énergie renouvelable.

Les grappes et grilles de machines connaissent, à l'heure actuelle, un succès grandissant. Les avantages offerts par ces supports d'exécution sont multiples : faible coût d'installation, facilité d'adaptation à la charge, facilité de portage des codes de calculs pré-existants ... De par la démocratisation de ces supports d'exécution, l'informatique évolue vers un modèle déporté où la puissance de traitement est fournie sous forme de services. Cette thèse étudie et propose des solutions à la problématique de mise en place de services déportés sur des grappes de machines. Les problématiques d'observation de l'état des machines, de haute disponibilité, de prise en compte de l'aspect dynamique d'une grappe de machines et de gestion d'accès personnalisés aux grappes de machines ont été étudiées. Le gestionnaire de ressources AROMA (scAlable ResOurces Manager and wAtcher), développé durant cette thèse permet d'apporter des réponses concrètes à ces problématiques. L'originalité de cet outils réside dans la prise en compte de l'aspect dynamique des grappes de machines, et dans la précision des informations d'état collectés sur les machines. La précision de ces informations permet notamment la prise de décisions de placement intégrant la notion de qualité de service. La problématique du dimensionnement des grappes de machines déportées est ensuite abordée. Le comportement des différents éléments ayant une influence sur les performances du système est étudié : les clients, les applications, les machines, les systèmes d'exploitation et la couche réseau. Différents modèles de simulations de ces éléments ont été intégrés au simulateur DHS (Distributed Hybride Simulator). Les résultats obtenus par ce simulateur sont enfin comparés à des modèles analytiques et à des mesures d'exécutions réelles afin de valider leur pertinence et d'évaluer les performances de la simulation. L'originalité de ce travail réside dans la simulation de l'ensemble des éléments ayant une influen ce sur les performances d'une grappe de machines. Les modèles proposés offrent différents niveaux de détails permettant de sélectionner le rapport précision/performance souhaité.

Les travaux de recherche effectués dans le cadre de cette thèse concernent un problème delotissement et de séquencement pour une ligne de production imparfaite. Deux types d'aléas sont prisen compte : le rendement aléatoire (à cause des rebuts) et le temps d'exécution aléatoire (à cause despannes machines). Les temps de changement de série dépendant de la séquence des produits sontégalement pris en compte.Le problème est issu de d'une fabrication automatisée (usine-automate) des circuits impriméset il a été posé lors de la conception du système de gestion de production de l'atelier fabriquant lespartons conducteurs de plusieurs types. Étant donné que l'usine était complètement automatisée,l'atelier (comme le reste de l'usine) travaillait la plupart de la journée sans personnel autre que celui demaintenance, alors il fallait construire un planning de production pour les 24 heures suivantes. Ceplanning devait être répété chaque jour. Le problème consistait à définir les quantités optimales deproduits à traiter (tailles de lots) et l'ordre de passage des lots dans une ligne de production afind'optimiser un critère.Le problème traité appartient à trois domaines de recherche: 1) lotissement optimale pour lessystèmes de production imparfaits (ou lotissement sous incertitudes); 2) ordonnancement etlotissement déterministe; 3) ordonnancement avec des temps ou (et) coût de changement de série (setup).Dans la littérature scientifique nous trouvons beaucoup d'exemples de problèmes appartenant auun ou à l'intersection de deux de ces domaines. Par contre, nous n'avons pas trouvé les travaux quitraites de problèmes identiques au notre.Etant donné que le problème est trop compliqué tel qu'il est, nous avons cherché des façonsde son modélisation qui nous permettrons le résoudre. Nous avons trouvé trois cas où le problèmeinitial peut être décomposé en plusieurs parties, chacune entre lesquelles peut être transformé dans unproblème connu de la Recherche Opérationnelle. Ensuite nous avons travaillé que sur la partielotissement du problème décomposé tout en montrant comment les autres partis peuvent être résolus.Les problèmes de ce type sont très importants pour l'optimisation d'une chaine logistique.Ces résolutions aident d'organiser la production à la manière efficace, que permet aux entreprises defaire des gains financiers importants.

Le nombre de transistors des processeurs, ainsi que leur frequence, ont suivi la loi de Moore pendant plusieurs decennies, au prix d'une complexite croissante des architectures. La recente de l'accroissement en frequence a notamment deux consequences: le parallelisme est desormais un des seuls vecteurs de gain de performances, et la chaine de compilation ainsi que le systeme d'exploitation sont indispensables pour l'obtention automatique de ces performances. Du a la complexite des mecanismes architecturaux difficiles a modeliser de facon realiste, les compilateurs restent cependant loin de pouvoir generer automatiquement des applications hautes performances, meme pour un seul core. Le travail que nous presentons se focalise sur d'une part l'optimisation et la generation de bibliotheques hautes performances et leur reutilisation automatique dans un contexte applicatif, d'autre part, sur l'evaluation et la modelisation des performances an de guider l'optimisation. Les resultats de ces travaux sont suivis de perspectives de recherche.

L'avènement des puces multicoeurs repose certaines questions quant aux moyens d'écrire les programmes, qui doivent alors intégrer un degré élevé de parallélisme. Nous abordons cette question par l'intermédiaire de deux points de vue orthogonaux. Premièrement via le paradigme du vol de travail, pour lequel nous effectuons une étude visant d'une part à rechercher quelles sont les caractéristiques architecturales simples donnant les meilleures performances pour une implémentation de ce paradigme ; et d'autre part à montrer que le surcout par rapport à une parallélisation statique est faible tout en permettant des gains en performances grâce à l'équilibrage dynamique des charges. Cette question est néanmoins surtout abordée via le paradigme de programmation à base de transactions -- ensemble d'instructions s'exécutant de manière atomique du point de vue des autres coeurs. Supporter cette abstraction nécessite l'implantation d'un système dit TM, souvent complexe, pouvant être logiciel ou matériel. L'étude porte premièrement sur la comparaison de systèmes TM matériels basés sur des choix architecturaux différents (protocole de cohérence de cache), puis sur l'impact d'un point de vue performances de plusieurs politiques de résolution des conflits, autrement dit des actions à prendre quand deux transactions essaient d'accéder simultanément les mêmes données.