The master's thesis deals with design of a dynamic reflective prototype-based language. First, basic principles of this language group are explained and well known representatives are described. Then languages for scientific computing are shortly discussed. Next section of the thesis describes in detail the proposed programming language, its grammar and semantics. Principles of type checking and inheritance are explained. Thesis also demonstrates implementation of basic control structures known from other languages. Next section shows design of virtual machine for the language described before. Section explains used computational model, organization of the object memory and internal representation of important structures of the designed language. Finally, dynamic type checking, compiler and compilation of typical structures to the virtual machine internal code are discussed.

Cette thèse propose un nouveau paradigme de représentation d’applications pour les machines virtuelles, capable d’abstraire l’architecture des systèmes informatiques. Les machines virtuelles actuelles reposent sur un modèle unique de représentation d’application qui abstrait les instructions des machines et sur un modèle d’exécution qui traduit le fonctionnement de ces instructions vers les machines cibles. S’ils sont capables de rendre les applications portables sur une vaste gamme de systèmes, ces deux modèles ne permettent pas en revanche d’exprimer la concurrence sur les instructions. Or, celle-ci est indispensable pour optimiser le traitement des applications selon les ressources disponibles de la plate-forme cible. Nous avons tout d’abord développé une représentation « universelle » d’applications pour machine virtuelle fondée sur la modélisation par graphe flux de données. Une application est ainsi modélisée par un graphe orienté dont les sommets sont des unités de calcul (les acteurs) et dont les arcs représentent le flux de données passant au travers de ces sommets. Chaque unité de calcul peut être traitée indépendamment des autres sur des ressources distinctes. La concurrence sur les instructions dans l’application est alors explicite. Exploiter ce nouveau formalisme de description d'applications nécessite de modifier les règles de programmation. A cette fin, nous avons introduit et défini le concept de « Représentation Canonique et Minimale » d’acteur. Il se fonde à la fois sur le langage de programmation orienté acteur CAL et sur les modèles d’abstraction d’instructions des machines virtuelles existantes. Notre contribution majeure qui intègre les deux nouvelles représentations proposées, est le développement d’une « Machine Virtuelle Universelle » (MVU) dont la spécificité est de gérer les mécanismes d’adaptation, d’optimisation et d’ordonnancement à partir de l’infrastructure de compilation Low-Level Virtual Machine. La pertinence de cette MVU est démontrée dans le contexte normatif du codage vidéo reconfigurable (RVC). En effet, MPEG RVC fournit des applications de référence de décodeurs conformes à la norme MPEG-4 partie 2 Simple Profile sous la forme de graphe flux de données. L’une des applications de cette thèse est la modélisation par graphe flux de données d’un décodeur conforme à la norme MPEG-4 partie 10 Constrained Baseline Profile qui est deux fois plus complexe que les applications de référence MPEG RVC. Les résultats expérimentaux montrent un gain en performance en exécution de deux pour des plates-formes dotées de deux cœurs par rapport à une exécution mono-cœur. Les optimisations développées aboutissent à un gain de 25% sur ces performances pour des temps de compilation diminués de moitié. Les travaux effectués démontrent le caractère opérationnel et universel de cette norme dont le cadre d’utilisation dépasse le domaine vidéo pour s’appliquer à d’autres domaine de traitement du signal (3D, son, photo…) / This thesis proposes a new paradigm that abstracts the architecture of computer systems for representing virtual machines’ applications. Current applications are based on abstraction of machine’s instructions and on an execution model that reflects operations of these instructions on the target machine. While these two models are efficient to make applications portable across a wide range of systems, they do not express concurrency between instructions. Expressing concurrency is yet essential to optimize processing of application as the number of processing units is increasing in computer systems. We first develop a “universal” representation of applications for virtual machines based on dataflow graph modeling. Thus, an application is modeled by a directed graph where vertices are computation units (the actors) and edges represent the flow of data between vertices. Each processing units can be treated apart independently on separate resources. Concurrency in the instructions is then made explicitly. Exploit this new description formalism of applications requires a change in programming rules. To that purpose, we introduce and define a “Minimal and Canonical Representation” of actors. It is both based on actor-oriented programming and on instructions ‘abstraction used in existing Virtual Machines. Our major contribution, which incorporates the two new representations proposed, is the development of a “Universal Virtual Machine” (UVM) for managing specific mechanisms of adaptation, optimization and scheduling based on the Low-Level Virtual Machine (LLVM) infrastructure. The relevance of the MVU is demonstrated on the MPEG Reconfigurable Video Coding standard. In fact, MPEG RVC provides decoder’s reference application compliant with the MPEG-4 part 2 Simple Profile in the form of dataflow graph. One application of this thesis is a new dataflow description of a decoder compliant with the MPEG-4 part 10 Constrained Baseline Profile, which is twice as complex as the reference MPEG RVC application. Experimental results show a gain in performance close to double on a two cores compare to a single core execution. Developed optimizations result in a gain on performance of 25% for compile times reduced by half. The work developed demonstrates the operational nature of this standard and offers a universal framework which exceeds the field of video domain (3D, sound, picture...)

L’un des principaux défis des fournisseurs de services cloud est d’offrir aux utilisateurs une performance acceptable, tout en minimisant les besoins en matériel et énergie. Dans cette thèse CIFRE menée avec Outscale, un fournisseur de cloud, nous visons à optimiser l’allocation des ressources en utilisant de nouvelles sources d’information. Nous caractérisons la charge de travail pour comprendre le stress résultant sur l’orchestrateur, et la compétition pour les ressources disponibles qui dégrade la qualité de service. Nous proposons un modèle pour prédire la durée d’exécution des VMs à partir de caractéristiques prédictives disponibles au démarrage. Enfin, nous évaluons la sensibilité aux erreurs d’un algorithme de placement des VMs de la littérature qui se base sur ces prédictions. Nous ne trouvons pas d’intérêt à coupler note système prédictif avec cet algorithme, mais nous proposons d’autres façons d’utiliser les prédictions pour optimiser le placement des VMs. / One of the main challenges for cloud computing providers remains to offer trustable performance for all users, while maintaining an efficient use of hardware and energy resources. In the context of this CIFRE thesis lead with Outscale, apublic cloud provider, we perform an in-depth study aimed at making management algorithms use new sources of information. We characterize Outscale’s workload to understand the resulting stress for the orchestrator, and the contention for hardware resources. We propose models to predict the runtime of VMs based on features which are available when they start. We evaluate the sensitivity with respect to prediction error of a VM placement algorithm from the literature that requires such predictions. We do not find any advantage in coupling our prediction model and the selected algorithm, but we propose alternative ways to use predictions to optimize the placement of VMs.

Traditional database with no prior security measures is becoming challenging in the era of data technology. Database storage on a central location with single point of failure and vulnerable to cyber attacks is getting exposed to big risk of being hacked with the evolution of powerful machines and modern hacking techniques. Since its commencement, the BlockChain technology has shown a promising performance for application buildup in diversed fields of life from cryptocurrency to smart contracts and decentralized applications. Although multiple studies on privacy, data confidentiality and security issues of BlockChain are performed but a systematic examination is still needs attention. In this thesis work we conduct a systematic study about the vulnerabilities of BlockChain system and review the security enhancement solutions that may point to a good future direction for further research into the area of BlockChain technology and its applications. Smart contracts are self-executable objects hosted on the 2nd generation blockchain like Ethereum, carry billions of SEK worth of cryptocoins and cannot be updated once deployed. Smart contracts are generally considered secure objects but the systematic analysis of technology and source code exposes a new class of vulnerabilities which are more likely an ethical aspect of programming than the software coding errors. Besides the literature review we empower our results with a static code analysis especially with the perspective of cyber forensics.