Dans cette thèse, j'ai considéré d'un point de vue théorique deux problèmes importants pour les futures plateformes dîtes Exascales : les restrictions liées à leur fiabilité ainsi que les contraintes énergétiques. En première partie de cette thèse, je me suis intéressé à l'étude de placements optimal de ces checkpoints dans un but de minimisation de temps total d'exécution. En particulier, j'ai considéré les checkpoints périodiques et coordonnés. J'ai considéré des prédicteurs de fautes capables de prévoir, de manière imparfaite, les fautes arrivant sur la plateforme. Dans ce contexte, j'ai conçu des algorithmes efficaces pour résoudre mes problèmes. Dans un deuxième temps, j'ai considéré des fautes silencieuses. Ces fautes ne peuvent être détectées qu'uniquement par un système de vérification.Dans le cas où une de ces fautes est détectée, l'utilisateur doit retourner au point de sauvegarde le plus récent qui n'a pas été affecté par cette faute, si un tel point existe ! Dans ce contexte, j'ai à nouveau proposé des algorithmes optimaux au premier ordre, mixant points de sauvegarde et points de vérification. Dans la seconde partie de cette thèse, j'ai considéré des problèmes énergétiques liés à ces mêmes plateformes. Ces problèmes critiques doivent être reliés aux problèmes de fiabilité de la partie précédente. Dans ce contexte, j'ai couplé des techniques de baisse de consommation énergétique à des techniques d'augmentation de fiabilité comme la reexécution, la réplication ainsi que le checkpoint. Pour ces différents problèmes, j'ai pu fournir des algorithmes dont l'efficacité a été montrée soit au travers de simulations, soit grâce à des preuves mathématiques. / This thesis deals with two issues for future Exascale platforms, namelyresilience and energy.In the first part of this thesis, we focus on the optimal placement ofperiodic coordinated checkpoints to minimize execution time.We consider fault predictors, a software used by system administratorsthat tries to predict (through the study of passed events) where andwhen faults will strike. In this context, we propose efficientalgorithms, and give a first-order optimal formula for the amount ofwork that should be done between two checkpoints.We then focus on silent data corruption errors. Contrarily to fail-stopfailures, such latent errors cannot be detected immediately, and amechanism to detect them must be provided. We compute the optimal periodin order to minimize the waste.In the second part of the thesis we address the energy consumptionchallenge.The speed scaling technique consists in diminishing the voltage of theprocessor, hence diminishing its execution speed. Unfortunately, it waspointed out that DVFS increases the probability of failures. In thiscontext, we consider the speed scaling technique coupled withreliability-increasing techniques such as re-execution, replication orcheckpointing. For these different problems, we propose variousalgorithms whose efficiency is shown either through thoroughsimulations, or approximation results relatively to the optimalsolution. Finally, we consider the different energetic costs involved inperiodic coordinated checkpointing and compute the optimal period tominimize energy consumption, as we did for execution time.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux problèmes d'ordonnancement et d'optimisation dans des contextes probabilistes. Les contributions de cette thèse se déclinent en deux parties. La première partie est dédiée à l’optimisation de différents mécanismes de tolérance aux pannes pour les machines de très large échelle qui sont sujettes à une probabilité de pannes. La seconde partie est consacrée à l’optimisation du coût d’exécution des arbres d’opérateurs booléens sur des flux de données.Dans la première partie, nous nous sommes intéressés aux problèmes de résilience pour les machines de future génération dites « exascales » (plateformes pouvant effectuer 1018 opérations par secondes).Dans le premier chapitre, nous présentons l’état de l’art des mécanismes les plus utilisés dans la tolérance aux pannes et des résultats généraux liés à la résilience.Dans le second chapitre, nous étudions un modèle d’évaluation des protocoles de sauvegarde de points de reprise (checkpoints) et de redémarrage. Le modèle proposé est suffisamment générique pour contenir les situations extrêmes: d’un côté le checkpoint coordonné, et de l’autre toute une famille de stratégies non-Coordonnées. Nous avons proposé une analyse détaillée de plusieurs scénarios, incluant certaines des plateformes de calcul existantes les plus puissantes, ainsi que des anticipations sur les futures plateformes exascales.Dans les troisième, quatrième et cinquième chapitres, nous étudions l'utilisation conjointe de différents mécanismes de tolérance aux pannes (réplication, prédiction de pannes et détection d'erreurs silencieuses) avec le mécanisme traditionnel de checkpoints et de redémarrage. Nous avons évalué plusieurs modèles au moyen de simulations. Nos résultats montrent que ces modèles sont bénéfiques pour un ensemble de modèles d'applications dans le cadre des futures plateformes exascales.Dans la seconde partie de la thèse, nous étudions le problème de la minimisation du coût de récupération des données par des applications lors du traitement d’une requête exprimée sous forme d'arbres d'opérateurs booléens appliqués à des prédicats sur des flux de données de senseurs. Le problème est de déterminer l'ordre dans lequel les prédicats doivent être évalués afin de minimiser l'espérance du coût du traitement de la requête. Dans le sixième chapitre, nous présentons l'état de l'art de la seconde partie et dans le septième chapitre, nous étudions le problème pour les requêtes exprimées sous forme normale disjonctive. Nous considérons le cas plus général où chaque flux peut apparaître dans plusieurs prédicats et nous étudions deux modèles, le modèle où chaque prédicat peut accéder à un seul flux et le modèle où chaque prédicat peut accéder à plusieurs flux. / In this thesis, we are interested in scheduling and optimization problems in probabilistic contexts. The contributions of this thesis come in two parts. The first part is dedicated to the optimization of different fault-Tolerance mechanisms for very large scale machines that are subject to a probability of failure and the second part is devoted to the optimization of the expected sensor data acquisition cost when evaluating a query expressed as a tree of disjunctive Boolean operators applied to Boolean predicates. In the first chapter, we present the related work of the first part and then we introduce some new general results that are useful for resilience on exascale systems.In the second chapter, we study a unified model for several well-Known checkpoint/restart protocols. The proposed model is generic enough to encompass both extremes of the checkpoint/restart space, from coordinated approaches to a variety of uncoordinated checkpoint strategies. We propose a detailed analysis of several scenarios, including some of the most powerful currently available HPC platforms, as well as anticipated exascale designs.In the third, fourth, and fifth chapters, we study the combination of different fault tolerant mechanisms (replication, fault prediction and detection of silent errors) with the traditional checkpoint/restart mechanism. We evaluated several models using simulations. Our results show that these models are useful for a set of models of applications in the context of future exascale systems.In the second part of the thesis, we study the problem of minimizing the expected sensor data acquisition cost when evaluating a query expressed as a tree of disjunctive Boolean operators applied to Boolean predicates. The problem is to determine the order in which predicates should be evaluated so as to shortcut part of the query evaluation and minimize the expected cost.In the sixth chapter, we present the related work of the second part and in the seventh chapter, we study the problem for queries expressed as a disjunctive normal form. We consider the more general case where each data stream can appear in multiple predicates and we consider two models, the model where each predicate can access a single stream and the model where each predicate can access multiple streams.