(anglicky) This thesis deals with benefits and risks of using cloud computing in public sector institutions. The thesis focuses mainly on the usage of public cloud deployment model. The thesis is divided into 4 main chapters. The first chapter presents definition and basic characteristics of cloud computing. The second part consists of PESTL analysis that describes the impact of macro-environmental factors (namely political, economical, social, technological and legal factors) on the use of cloud computing in public sector institutions. The third part presents SWOT analysis of cloud computing and its use in public sector. The fourth chapter presents a case study of the implementation of cloud computing services at The Faculty of Arts of the Charles University. The results of the conducted analysis tend to positive effects of cloud computing use in public sector institutions, presuming a proper risk analysis is done before implementation begins. Klíčová slova (anglicky): Cloud computing, IaaS, PaaS, SaaS, public sector, PESTL, SWOT, virtualisation

Le but de cette thèse est de tenté de donner une meilleure compréhension des nouveaux paradigmes de l'informatique en Nuage. En ce qui concerne l'Ingénierie du Trafic, l'économie d'énergie, de l'équité dans le partage du débit.Dans la première partie de note thèse, nous étudions l'impact de ces nouvelles techniques dans les réseaux de Data Center, nous avons formulé notre problème en un modèle d'optimisation, et nous le résolvons en utilisons un algorithme glouton. Nous avons étudié l'impact des ponts virtuels et du multi chemin sur différentes architectures de Data Centers. Nous avons en particulier étudié l’impact de la virtualisation des switches et l’utilisation du multi-chemin sur les différents objectifs d'optimisation tels que l'Ingénierie du Trafic, l'économie d'énergie.Dans notre seconde partie, nous avons essayé d’avoir une meilleure compréhension de l'impact des nouvelles architectures sur le contrôle de congestion, et vice versa. En effet, l'une des préoccupations majeures du contrôle de congestion est l'équité en terme de débit, l'impact apporté par le multi-chemin, les nouvelles architectures Data Center et les nouveaux protocoles, sur le débit des points terminaux et des points d'agrégations reste vague.Enfin, dans la troisième partie nous avons fait un travail préliminaire sur le nouveau paradigme introduit par la possibilité de virtualisé les Fonctions Réseaux. Dans cette partie, nous avons formulé le problème en un modèle linéaire, dans le but est de trouver le meilleur itinéraire à travers le réseau où les demandes des clients doivent passer par un certain nombre de NFV. / This dissertation tries to give a deep understanding of the impact of the new Cloud paradigms regarding to the Traffic Engineering goal, to the Energy Efficiency goal, to the fairness in the endpoints offered throughput, and of the new opportunities given by virtualized network functions.In the first part of our dissertation we investigate the impact of these novel features in Data Center Network optimization, providing a formal comprehensive mathematical formulation on virtual machine placement and a metaheuristic for its resolution. We show in particular how virtual bridging and multipath forwarding impact common DCN optimization goals, Traffic Engineering and Energy Efficiency, assess their utility in the various cases in four different DCN topologies.In the second part of the dissertation our interest move into better understand the impact of novel attened and modular DCN architectures on congestion control protocols, and vice-versa. In fact, one of the major concerns in congestion control being the fairness in the offered throughput, the impact of the additional path diversity, brought by the novel DCN architectures and protocols, on the throughput of individual endpoints and aggregation points is unclear.Finally, in the third part we did a preliminary work on the new Network Function Virtualization paradigm. In this part we provide a linear programming formulation of the problem based on virtual network function chain routing problem in a carrier network. The goal of our formulation is to find the best route in a carrier network where customer demands have to pass through a number of NFV node, taking into consideration the unique constraints set by NFV.

De nos jours les données ainsi que les applications dans le nuage (cloud) connaissent une forte croissance, ce qui pousse les fournisseurs à chercher des solutions garantissant un lien réseau stable et résilient à leurs utilisateurs. Dans cette thèse on étudie les protocoles réseaux et les stratégies de communication dans un environnement de centre de données distribués. On propose une architecture cloud distribuée, centrée sur l’utilisateur et qui a pour but de: (i) migrer des machines virtuelles entre les centres de données avec un temps d’indisponibilité faible; (ii) fournir un accès résilient aux machines virtuelles; (iii) minimiser le délai d'accès au cloud. On a identifié deux problèmes de décision: le problème d'orchestration de machines virtuelles, prenant en compte la mobilité des utilisateurs, et le problème de basculement et de configuration des localisateurs, prenant en compte les états des liens inter- et intra-centre de données. On évalue notre architecture en utilisant une plate-forme de test avec des centres de données distribués géographiquement et en simulant des scenarios basés sur des traces de mobilités réelles. On montre que, grâce à quelques modifications apportées aux protocoles d'overlay, on peut avoir des temps d'indisponibilité très faibles pendant la migration de machines virtuelles entre deux centres de données. Puis on montre qu’en reliant la mobilité des machines virtuelles aux déplacement géographiques des utilisateurs, on peut augmenter le débit de la connexion. De plus, quand l’objectif est de maximiser le débit entre l’utilisateur et sa ressource, on démontre par des simulations que la décision de l'emplacement des machines virtuelles est plus importante que la décision de basculement de point d'entrée du centre de données. Enfin, grâce à un protocole de transport multi-chemins, on montre comment optimiser les performances de notre architecture et comment à partir des solutions de routage intra-centre de données on peut piloter le basculement des localisateurs. / While many business and personal applications are being pushed to the cloud, offering a reliable and a stable network connectivity to cloud-hosted services becomes an important challenge to face in future networks. In this dissertation, we design advanced network protocols, algorithms and communication strategies to cope with this evolution in distributed data center architectures. We propose a user-centric distributed cloud network architecture that is able to: (i) migrate virtual resources between data centers with an optimized service downtime; (ii) offer resilient access to virtual resources; (iii) minimize the cloud access latency. We identify two main decision making problems: the virtual machine orchestration problem, also taking care of user mobility, and the routing locator switching configuration problem, taking care of both extra and intra data center link states. We evaluate our architecture using real test beds of geographically distributed data centers, and we also simulate realistic scenarios based on real mobility traces. We show that migrating virtual machines between data centers at negligible downtime is possible by enhancing overlay protocols. We then demonstrate that by linking cloud virtual resource mobility to user mobility we can get a considerable gain in the transfer rates. We prove by simulations using real traces that the virtual machine placement decision is more important than the routing locator switching decision problem when the goal is to increase the connection throughput: the cloud access performance is primarily affected by the former decision, while the latter decision can be left to intra data center traffic engineering solutions. Finally, we propose solutions to take profit from multipath transport protocols for accelerating cloud access performance in our architecture, and to let link-state intra data center routing fabrics piloting the cloud access routing locator switching.

La virtualisation, originalement introduite dans les réseaux pour en réduire les coûts de maintenance et de déploiement, a connu une explosion fulgurante remodelant le paysage des réseaux informatiques et télécoms. La virtualisation permet la mutualisation des ressources physiques pour instancier des machines virtuelles complétement isolées mais puisant leurs ressources du même matériel physique. Plus récemment le NFV (Network Functions Virtualisation) est apparu, et a permis de virtualiser des classes entières de fonctions de nœud de réseau dans des blocs qui peuvent se connecter pour créer des services de communication. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte pour virtualiser les nœuds des réseaux d’accès, à savoir les points d’accès Wi-Fi. Le Wi-Fi est devenu la technologie de tous les enjeux pour les opérateurs mobile. Cette technologie leur permet notamment d’y délester une partie du trafic de données clients via des hotspots. Le problème qui se pose dans un tel mécanisme est que les normes Wi-Fi existantes ainsi que les logiciels de gestion de connexion d’un appareil mobile n’ont pas été développés dans l’optique du hotspot. A cet effet, la norme Hotspot2.0 a été créée, pour rendre l’expérience Wi-Fi similaire à celle du cellulaire en termes d’itinérance, de transparence et de sécurité. Nous avons dans nos travaux, appliqué le concept de NFV en virtualisant ces points d’accès Wi-Fi de nouvelle génération. La problématique face à laquelle nous avons été confrontés est la forte sécurité imposée par de tels dispositifs exigeants notamment l’enregistrement et l’installation de certificats de sécurité clients dans les lieux publics. Dans notre thèse nous proposons une architecture innovante permettant le rapatriement de ces éléments de sécurité à travers des bornes NFC. Ces mêmes bornes, dans une volonté d’urbanisation des points d’accès, permettront aux utilisateurs de créer leurs propres points d’accès Wi-Fi virtuels à la volée. Enfin, le dernier aspect de cette thèse touche à la problématique de gérance des entités virtualisées changeant les schémas de communication des réseaux traditionnels. Dans ce contexte, SDN (Software Defined Network) a émergé dans les datacenters pour redéfinir la façon de penser les réseaux plus en adéquation avec le contexte virtualisé. Cette thèse reprend le SDN pour l’appliquer en périphérie de réseaux sur les points d’accès Wi-Fi virtuels que nous avons créés. Plus qu’un nouveau paradigme de communications réseaux, nous verrons que l’introduction des concepts NFV/SDN aux réseaux Wi-Fi permettra dans un avenir proche de rendre les réseaux Wi-Fi plus souples, plus ouverts et plus évolutifs. / Virtualization was originally introduced in networks to reduce maintenance and deployment costs. It has experienced tremendous growth and reshaped the landscape of IT and ITC networks. Virtualization permits the sharing of physical resources for instantiating isolated virtual machines despite the fact that it is drawing its resources from the same physical hardware. More recently NFV (Network Functions Virtualization) appeared, it allows to virtualize entire classes of network functions node in blocks that can connect to create communication services. In this thesis we virtualize the access network nodes, namely Wi-Fi access points. The Wi-Fi became one of the hot-topic technology for mobile operators, it allows them to offload some of the customers’ data traffic via hotspots. The problem that arises in such a mechanism is the existing wireless standards, and mobile devices connection management software have not been developed for this purpose. The Hotspot2.0 standard was created to overcome this limitation, by making the Wi-Fi experience similar to the cellular in terms of roaming, transparency and security. We have in our work, applied the concept of NFV by virtualizing these brand new Wi-Fi access points. One of the problems that we faced is the high security required by such standard, including the provisioning of client credentials in public areas. In our thesis we propose an innovative architecture for the repatriation of these credentials through NFC terminals. These same terminals will be used for access points’ urbanization by allowing users to create their own Wi-Fi virtual access point on the fly. The last aspect of this thesis is related to the management of virtualized entities changing communication patterns of legacy networks. In this context, SDN (Software Defined Network) emerged in data centers to redefine the way we think about networks, and is designed for virtualized environments. In this thesis we brought SDN to the edge of the network in our Wi-Fi virtual access points. More than a new paradigm of networks communications, we will see that NFV/SDN in Wi-Fi networks will in the near future make Wi-Fi networks more flexible, open and scalable.

Avec l'avènement du cloud computing, la virtualisation est devenue aujourd'hui incontournable. Elle offre isolation et flexibilité, en revanche elle implique une fragmentation des ressources, et notamment de la mémoire. Les performances des applications qui effectuent beaucoup d'entrées/sorties (E/S) en sont particulièrement impactées. En effet, celles-ci reposent en grande partie sur la présence de mémoire libre, utilisée par le système pour faire du cache et ainsi accélérer les E/S. Ajuster dynamiquement les ressources d'une machine virtuelle devient donc un enjeu majeur. Dans cette thèse nous nous intéressons à ce problème, et nous proposons Puma, un cache réparti permettant de mutualiser la mémoire inutilisée des machines virtuelles pour améliorer les performances des applications qui effectuent beaucoup d'E/S. Contrairement aux solutions existantes, notre approche noyau permet à Puma de fonctionner avec les applications sans adaptation ni système de fichiers spécifique. Nous proposons plusieurs métriques, reposant sur des mécanismes existants du noyau Linux, qui permettent de définir le niveau d'activité « cache » du système. Ces métriques sont utilisées par Puma pour automatiser le niveau de contribution d'un noeud au cache réparti. Nos évaluations de Puma montrent qu'il est capable d'améliorer significativement les performances d'applications qui effectuent beaucoup d'E/S et de s'adapter dynamiquement afin de ne pas dégrader leurs performances. / With the advent of cloud architectures, virtualization has become a key mechanism for ensuring isolation and flexibility. However, a drawback of using virtual machines (VMs) is the fragmentation of physical resources. As operating systems leverage free memory for I/O caching, memory fragmentation is particularly problematic for I/O-intensive applications, which suffer a significant performance drop. In this context, providing the ability to dynamically adjust the resources allocated among the VMs is a primary concern.To address this issue, this thesis proposes a distributed cache mechanism called Puma. Puma pools together the free memory left unused by VMs: it enables a VM to entrust clean page-cache pages to other VMs. Puma extends the Linux kernel page cache, and thus remains transparent, to both applications and the rest of the operating system. Puma adjusts itself dynamically to the caching activity of a VM, which Puma evaluates by means of metrics derived from existing Linux kernel memory management mechanisms. Our experiments show that Puma significantly improves the performance of I/O-intensive applications and that it adapts well to dynamically changing conditions.

Les architectures manycore, qui comprennent un grand nombre de cœurs, sont un moyen de répondre à l'augmentation continue de la quantité de données numériques à traiter par les infrastructures proposant des services de cloud computing. Ces données, qui peuvent concerner des entreprises aussi bien que des particuliers, sont sensibles par nature, et c'est pourquoi la problématique d'isolation est primordiale. Or, depuis le début du développement du cloud computing, des techniques de virtualisation sont de plus en plus utilisées pour permettre à différents utilisateurs de partager physiquement les mêmes ressources matérielles. Cela est d'autant plus vrai pour les architectures manycore, et il revient donc en partie aux architectures de garantir la confidentialité et l'intégrité des données des logiciels s'exécutant sur la plateforme. Nous proposons dans cette thèse un environnement de virtualisation sécurisé pour une architecture manycore. Notre mécanisme s'appuie sur des composants matériels et un logiciel hyperviseur pour isoler plusieurs systèmes d'exploitation s'exécutant sur la même architecture. L'hyperviseur est en charge de l'allocation des ressources pour les systèmes d'exploitation virtualisés, mais ne possède pas de droit d'accès sur les ressources allouées à ces systèmes. Ainsi, une faille de sécurité dans l'hyperviseur ne met pas en péril la confidentialité ou l'intégrité des données des systèmes virtualisés. Notre solution est évaluée en utilisant un prototype virtuel précis au cycle et a été implémentée dans une architecture manycore à mémoire partagée cohérente. Nos évaluations portent sur le surcoût matériel et sur la dégradation en performance induits par nos mécanismes. Enfin, nous analysons la sécurité apportée par notre solution. / Manycore architectures, which comprise a lot of cores, are a way to answer the always growing demand for digital data processing, especially in a context of cloud computing infrastructures. These data, which can belong to companies as well as private individuals, are sensitive by nature, and this is why the isolation problematic is primordial. Yet, since the beginning of cloud computing, virtualization techniques are more and more used to allow different users to physically share the same hardware resources. This is all the more true for manycore architectures, and it partially comes down to the architectures to guarantee that data integrity and confidentiality are preserved for the software it executes. We propose in this thesis a secured virtualization environment for a manycore architecture. Our mechanism relies on hardware components and a hypervisor software to isolate several operating systems running on the same architecture. The hypervisor is in charge of allocating resources for the virtualized operating systems, but does not have the right to access the resources allocated to these systems. Thus, a security flaw in the hypervisor does not imperil data confidentiality and integrity of the virtualized systems. Our solution is evaluated on a cycle-accurate virtual prototype and has been implemented in a coherent shared memory manycore architecture. Our evaluations target the hardware and performance overheads added by our mechanisms. Finally, we analyze the security provided by our solution.

Alors que le surcoût de la virtualisation reste marginal sur des machines peu puissantes, la situation change radicalement quand le nombre de cœur disponible augmente. Il existe aujourd’hui des machines de plusieurs dizaines de cœurs dans les data centers dédiés au cloud computing, un modèle de gestion de ressources qui utilise largement la virtualisation. Ces machines reposent sur une architecture Non Uniform Memory Access (NUMA) pour laquelle le placement des tâches sur les cœurs ainsi que celui des données en mémoire est déterminant pour les performances.Cette thèse montre d’une part comment la virtualisation affecte le comportement des applications en les empêchant notamment d’utiliser un placement efficace de leurs données en mémoire. Cette étude montre que les erreurs de placement ainsi provoquées engendrent une dégradation des performances allant jusqu’à 700%. D’autre part, cette thèse propose une méthode qui permet la virtualisation efficace d’architectures NUMA par la mise en œuvre dans l’hyperviseur Xen de politiques génériques de placement mémoire. Une évaluation sur un ensemble de 29 applications exécutées sur une machine NUMA de 48 cœurs montre que ces politiques multiplient les performances de 9 de ces applications par 2 ou plus et diminuent le surcoût de la virtualisation à moins de 50% pour 23 d’entre elles. / While virtualization only introduces a negligible overhead on machines with few cores, this is not the case when the number of cores increases. We can find such computers with tens of cores in todays data centers dedicated to the cloud computing, a resource management model which relies on virtualization. These large multicore machines have a complex architecture, called Non Uniform Memory Access (NUMA). Achieving high performance on a NUMA architecture requires to wisely place application threads on the appropriate cores and application data in the appropriate memory bank.In this thesis, we show how virtualization techniques modify the applications behavior by preventing them to efficiently place their data in memory. We show that the data misplacement leads to a serious performance degradation, up to 700%.Additionally, we suggest a method which allows the Xen hypervisor to efficiently virtualize NUMA architectures by implementing a set of generic memory placement policies. With an evaluation over a set of 29 applications on a 48-cores machine, we show that the NUMA policies can multiply the performance of 9 applications by more than 2 and decrease the virtualization overhead below 50% for 23 of them.

Le Cloud Computing représente une des plus importantes avancées numériques de ces dix dernières années. Le modèle de service offert par le cloud computing est basé sur une allocation élastique et à la demande des ressources et une facturation au plus juste de leur utilisation. Plusieurs catégories d’application sont en train de migrer vers le cloud (par exemple : les NFV et les applications du Big Data). D’autres domaines applicatifs, soumis à une législation plus stricte, sont plus frileux. Leurs exigences sont souvent liées à des problématiques de sécurité et/ou à la non satisfaction par les ressources proposées par un cloud unique, peuvent trouver des réponses dans l’utilisation conjointe de plusieurs fournisseurs de cloud computing (CSPs). L’exploitation simultanée, flexible, efficace et simplifiée de plusieurs clouds requiert des propriétés qui assurent sa viabilité et son acceptation tout d’abord par les fournisseurs de clouds qui proposent des offres hétérogènes et non interopérables et qui souvent pour des raisons commerciales, ne sont pas disposés à coopérer pour faciliter le multi-cloud « à la carte » ; mais aussi du point de vue du consommateur de services cloud dont les contraintes sont le temps de mise en service et le besoin d’exprimer les besoins en services et leur configuration de manière simple et transparente et de permettre la définition de configurations de déploiement adaptées aux besoins de chaque consommateur, comparables à celles offertes par les clouds privés et optimisées pour tirer profit des spécificités de chaque fournisseur de cloud. Dans cette thèse, nous proposons un framework permettant d’exprimer indépendamment de toute solution sous-jacente les besoins en services et en fournisseurs de cloud et de générer efficacement des infrastructures de déploiement extensibles, adaptatives et contrôlables par le consommateur. Cette solution est composée de MANTUS, un outil permettant l’expression des besoins et la génération automatique d’instances, d’ORBITS, des infrastructures de déploiement multi-cloud adaptables dynamiquement grâce aux mécanismes autonomiques offerts par MANTUS.La solution proposée se décline en plusieurs contributions : tout d’abord l’extension d’un framework IaC (Infrastructure as a Code) existant, dédié à la construction de solutions multi-cloud par des mécanismes de tissage, caractéristiques de la programmation par aspects (AOP), permettant ainsi d’injecter et d’extraire des ressources à la demande. Cette extension, expérimentée sur le framework TOSCA a nécessité la proposition du langage TML (Tosca Manipulation Language) permettant de formaliser et de manipuler ces extensions. Les expérimentations effectuées montrent une surcharge acceptable induite par le mécanisme de tissage. La seconde contribution a été de doter le framework IaC TOSCA d’un outil d’expression des besoins et d’un algorithme de matching en terme, d’une part, de nombre et de caractéristiques de fournisseur de cloud -notamment la localisation- et d’autre part en terme de caractéristiques des services proposés par ceux-ci, permettant de trouver la configuration multi-cloud la plus adaptée. La troisième contribution est la définition d’une architecture « template » multi-couche, ORBITS, offrant des mécanismes d’interopérabilité inter-cloud et une vision haut niveau indépendante des clouds sous jacents. Enfin la dernière contribution proposée est la pile de virtualisation U-cloud et les protocoles liée à son déploiement qui permettent de délimiter les zones contrôlables par le consommateur des zones contrôlées par le provider. Cette proposition est basée sur l’utilisation conjointe de la virtualisation imbriquée (Nested Virtualization) et des micro-hyperviseurs réduisant la zone d’attaque (TCB). / Cloud Computing represents one of the most important changes in information and communications technology (ICT) of the latest ten years. However, after a decade since its commercial debut, there are still several applications that cloud computing is not able to fully serve. These are the applications that, due to their particularly stringent requirements, must rely simultaneously on multiple Cloud Service Providers (CSPs), rather than only one. Multiple CSPs can in fact offer a better availability, improve QoS, and break the business dependence w.r.t. a single CSP. A cloud infrastructure based on multiple CSPs is called multi-cloud.Despite the benefits of multi-clouds, organisations (i.e developers and operators of IT services) seldom accept the challenge of building applications and crossing multiple CSP domains. In fact, multi-CSP architectures come at the cost of more complex applications and the logic to in terms of architecture and performance optimization.Recently, Multi-cloud client-oriented architectures emerged as important approach to construct multi-cloud applications. It provides cloud consumers a mechanism to allocate resources over multiple CSPs without requiring any cooperation among the CSPs themselves.In particular, Infrastructure as Code-based (IaC-based) represent the reference paradigm when building multi-cloud applications.However, the adoption of IaC in the multi-cloud context us limited by the fact that the cloud consumer cannot easily reuse the infrastructure code across different applications. This is due to two major problems, which we investigate in this manuscript.First, infrastructure are composed of functional (e.g. resources for applications) and non-functional services (e.g. monitoring). Non-functional related code should be shared at most across different applications and cloud consumers. However, this separation between functional and non-functional code is often blurred and, therefore, non-functional code is hard to be shared across them. This enables the possibility of code re-using across different cloud consumers (e.g., their different multi-cloud infrastructures) and static analysis of infrastructure templates. Furthermore, we present a TML (TOSCA Manipulation Language) aspect specification language to dynamically inject “non-functional” services to the virtual multi-cloud infrastructure. Secondly, the multi-cloud paradigm is limited by the “least common denominator” barrier. The cloud consumer can hardly obtain an optimized usage of resources and services through existing IaC frameworks. Despite compatible with different CSPs, those frameworks do not specialize the output according to deployment context.To tackle the “under-specialization” of multi-cloud templates, we introduce a “context-based matching” scheduling algorithm to select the most compelling set of CSPs according to the cloud consumer needs.To validate such contributions, we defined an end-to-end workflow to optimize a multi-cloud infrastructure definition. More precisely, in our model, the cloud consumer initially models the IaC code as an high-level graph of services, leveraging the combination of TML and context-based matching adoption. The output of this workflow is the instantation of such optimized and fully-featured multi-cloud on most suitable CSPs. We implemented Mantus, a multi-cloud compiler, which encapsulates this workflow and we benchmarked this implementation according to different perspectives as scalability and performance.

Traditionnellement, dans le domaine avionique les logiciels utilisés à bord de l’avion sont totalement séparés des logiciels utilisés au dehors afin d’éviter toutes interaction qui pourrait corrompre les systèmes critiques à bord de l’avion. Cependant, les nouvelles générations d’avions exigent plus d’interactions avec le monde ouvert avec pour objectif de proposer des services étendu, générant ainsi un flux d’information potentiellement dangereux. Dans une précédente étude, nous avons proposé l’utilisation de la virtualisation pour assurer la sûreté de fonctionnement d’applications critiques assurant des communications bidirectionnelles entre systèmes critiques et systèmes non sûr. Dans cette thèse nous proposons deux contributions.La première contribution propose une méthode de comparaison d’hyperviseur. Nous avons développé un banc de test permettant de mesurer les performances d’un système virtualisé. Dans cette étude, différentes configurations ont été expérimentées, d’un système sans OS à une architecture complète avec un hyperviseur et un OS s’exécutant dans une machine virtuelle. Plusieurs tests (processeur, mémoire et réseaux) ont été mesurés et collectés sur différents hyperviseurs.La seconde contribution met l’accent sur l’amélioration d’une architecture de sécurité existante. Un mécanisme de comparaison basé sur l’analyse des traces d’exécution est utilisé pour détecter les anomalies entre instances d’application exécutées sur diverse machines virtuelles. Nous proposons de renforcer le mécanisme de comparaison à l’exécution par l’utilisation d’un modèle d’exécution issu d’une analyse statique du bytecode Java.Afin de valider notre approche, nous avons développé un prototype basé sur un cas d’étude identifié avec Airbus qui porte sur l’utilisation d’un ordinateur portable dédié à la maintenance / Traditionally, in avionics, on-board aircraft software used to be totally separated from open-world software in order to avoid any interaction that could corrupt critical on-board systems. However, new aircraft generations require more interaction with off-board systems to provide extended services, which makes these information flows potentially dangerous.In a previous work, we have proposed the use of virtualization to ensure dependability of critical applications despite bidirectional communication between critical on-board systems and untrusted off-board systems. In this thesis, we propose two contributions.The first contribution concerns the establishment of a benchmark of hypervisors. We have developed a test bed to assess the performance impact induced by the use of virtualization. In this work, various configurations have been experimented ranging from a basic machine without an OS up to the complete architecture featuring a hypervisor and an OS running in a virtual machine. Several tests (computation, memory, and network) are carried out, and timing measures are collected on different hypervisors.The second contribution focuses on the improvement of an existing security architecture. A comparison mechanism based on the analysis of execution traces is used to detect discrepancies between replicas supported by diverse virtual machines. We proposeto strengthen the comparison mechanism at runtime by the use of an execution model, derived from a static analysis of the java bytecode

Yes / Cloud fault tolerance is an important issue in cloud computing platforms and applications. In the event of an unexpected system failure or malfunction, a robust fault-tolerant design may allow the cloud to continue functioning correctly possibly at a reduced level instead of failing completely. To ensure high availability of critical cloud services, the application execution and hardware performance, various fault tolerant techniques exist for building self-autonomous cloud systems. In comparison to current approaches, this paper proposes a more robust and reliable architecture using optimal checkpointing strategy to ensure high system availability and reduced system task service finish time. Using pass rates and virtualised mechanisms, the proposed Smart Failover Strategy (SFS) scheme uses components such as Cloud fault manager, Cloud controller, Cloud load balancer and a selection mechanism, providing fault tolerance via redundancy, optimized selection and checkpointing. In our approach, the Cloud fault manager repairs faults generated before the task time deadline is reached, blocking unrecoverable faulty nodes as well as their virtual nodes. This scheme is also able to remove temporary software faults from recoverable faulty nodes, thereby making them available for future request. We argue that the proposed SFS algorithm makes the system highly fault tolerant by considering forward and backward recovery using diverse software tools. Compared to existing approaches, preliminary experiment of the SFS algorithm indicate an increase in pass rates and a consequent decrease in failure rates, showing an overall good performance in task allocations. We present these results using experimental validation tools with comparison to other techniques, laying a foundation for a fully fault tolerant IaaS Cloud environment.