L’imagerie échographique a connu un fort développement ces dernières années. Elle possède une cadence d’imagerie allant jusqu’à plusieurs milliers d’images par secondes notamment avec l’émergence des méthodes dites ultrarapides. Il s’agit donc de la modalité la plus adaptée pour des applications cardiaques permettant non seulement la reconstruction d’images mais également l’extraction de paramètres pour la caractérisation tissulaire, comme l’anisotropie locale présente dans le cœur. En effet, cet arrangement fibreux peut être modifié dans le cas de pathologies cardiaques. L’objectif de ce travail de doctorat est le développement d’une méthode d’extraction par imagerie ultrasonore 3D de l’orientation locale d’un milieu anisotrope. Cette approche doit permettre l’imagerie avec un large champ de vue pour être appliquée en imagerie cardiaque. Enfin, la validation de la chaîne de traitement est nécessaire. Pour répondre à ces problématiques, plusieurs solutions ont été proposées. Tout d’abord, l’orientation locale a été évaluée grâce à une méthode de cohérence spatiale permettant l’estimation de l’orientation dans un plan parallèle à la surface de la sonde. Une fois mise au point et validée, cette stratégie a été étendue afin d’extraire l’orientation locale en 3D et non uniquement l’angle dans un plan. Enfin, l’étude de différents types de transmissions a également été effectuée dans le but d’élargir le champ de vue imagé. Toutes ces méthodes originales ont été appliquées et validées sur des données acquises sur fantôme et in vivo. Ainsi, la détermination de l’orientation locale d’un milieu anisotrope a tout d’abord été réalisée sur un fantôme monodirectionnel puis sur le biceps d’un volontaire. Pour cela, un système expérimental constitué de quatre échographes de recherche a été élaboré grâce à la mise en commun d’équipements de CREATIS et du LabTAU, un autre laboratoire Lyonnais, afin d’acquérir des données en 3D. Ces travaux ont ainsi permis l’extension au cas d’une orientation non parallèle à la surface de la sonde d’un milieu anisotrope ainsi qu’une amélioration en termes de taille de champ de vue de la méthode existante. La validation de toute la chaîne de traitement a été réalisée. L’application au tissu cardiaque in vivo s’inscrit dans les directes perspectives des travaux / Ultrasound imaging has strongly developed in recent years. It reaches now a frame rates of several thousand images per second, thanks to the emergence of ultrafast imaging. It is therefore the most suitable modality for cardiac applications. Not only does it allow the reconstruction of images, it also enables the extraction of parameters for tissue characterization, such as local anisotropy inside the heart muscle. Indeed, this fibrous layout can be modified in the case of cardiac pathologies. The aim of this doctoral work is the development of a method to extract the local orientation of an anisotropic environment by 3D ultrasound imaging. This approach should allow imaging with a wide field a view to be applied in cardiac imaging. Finally, the validation of the processing chain is necessary. To address these issues, several solutions have been proposed. First, the local orientation was evaluated using a spatial coherence method. It allowed assessing the orientation of fibres in a plane parallel to the surface of the probe. Once developed and validated, this strategy was extended to extract the local orientation in 3D and not only the angle in a plane. Finally, the study of different types of transmissions was also carried out in order to widen the imaged field of view. All these original methods have been applied and validated on phantom and in vivo data: the determination of the local orientation of an anisotropic environment was first performed on a monodirectional phantom and then on the biceps of a volunteer. For this purpose, an experimental system consisting of four research ultrasound scanners was developed thanks to the sharing of equipment from CREATIS and LabTAU, another laboratory in Lyon, in order to acquire 3D data. This work has thus made it possible both to extend an anisotropic environment to the case of an orientation not parallel to the surface of the probe and to improve the size of the field of view of the existing method. The validation of the entire processing chain has been completed. Applying this method to in vivo cardiac tissue is directly part of future studies

Cette thèse s’inscrit dans le contexte des travaux visant à réduire la durée d’impulsion des lasers XUV générés dans des plasmas au domaine femtoseconde. La bande spectrale très étroite du milieu amplificateur limite la durée minimum accessible (limite de Fourier). Le milieu amplificateur des lasers XUV sont des plasmas denses et chauds qui peuvent être créés aussi bien par décharge électrique rapide que par différents types de lasers de puissance. Il existe ainsi 4 types de sources lasers XUV distinctes dont les paramètres du plasma (densité, température) dans la zone de gain diffèrent. Or, les propriétés spectrales et temporelles du rayonnement émis sont fortement liées à ces paramètres. L’ensemble des 4 types de lasers XUV opèrent en mode d'amplification de l'émission spontanée (ASE) et 2 d'entre eux peuvent opérer en mode « injecté ». Cette technique consiste à injecter une impulsion harmonique d'ordre élevé femtoseconde, résonante avec la transition laser, à l'une des extrémités du plasma amplificateur. L'important désaccord entre la largeur spectrale du plasma et celle de l'harmonique ne permet pas de conserver la durée fs de cette dernière au cours de l'amplification. Les simulations (code Bloch-Maxwell COLAX) montrent que l'amplification est fortement non-linéaire dans ces systèmes, avec notamment l'apparition d’oscillations de Rabi. La génération d'oscillations de Rabi dans des lasers XUV en mode injecté est actuellement considérée comme un moyen prometteur de produire des lasers XUV fs, mais la manifestation de ces dernières n’a toutefois encore jamais été mise en évidence expérimentalement. Ainsi, une méticuleuse caractérisation expérimentale des propriétés spectrales des 4 types de lasers XUV en relation avec les conditions du plasma, associée à une meilleure compréhension des mécanismes d’amplification sous différentes conditions plasma basée sur des études théoriques et des simulations, sont nécessaires pour atteindre notre objectif. Une large campagne expérimentale visant à caractériser spectralement l'ensemble des différents types de lasers XUV a été menée par notre groupe sur la dernière décennie. La résolution spectrale nécessaire n'étant pas accessible avec les spectromètres actuels, la méthode employée consiste à mesurer la cohérence temporelle du laser XUV par autocorrélation du champ électrique à l'aide d'un interféromètre à division de front d'onde, spécifiquement conçu pour ces mesures, à partir desquelles la largeur spectrale peut être déduite. Le dernier type de laser XUV (PALS, Prague) a été caractérisé dans le cadre de cette thèse. Le temps de cohérence mesuré est de 0,68 ps, significativement inférieur aux valeurs mesurées sur les autres types de lasers XUV. L'analyse de l'ensemble des mesures a fait apparaître un comportement différent suivant que la durée d’impulsion est longue devant le temps de cohérence ou proche de celui-ci. Dans le premier cas les largeurs spectrales déduites sont en bon accord avec les calculs, dans le second l’accord est moins bon et la forme des traces d'autocorrélation n'était pas comprise. Ces observations ont motivé une étude détaillée de l'influence des propriétés temporelles de l'émission ASE des lasers XUV sur la méthode interférométrique employée pour caractériser leur largeur spectrale. Cette étude, basée sur un modèle emprunté aux lasers à électrons libres, a révélé un effet de la cohérence temporelle partielle sur les mesures d'autocorrélation en champ de ces sources. Elle ouvre des perspectives sur l'utilisation de notre méthode pour une mesure simultanée de la largeur spectrale et de la durée d'impulsion de la source. Enfin, une étude basée sur un modèle Bloch-Maxwell a été réalisée pour tenter de mieux comprendre les conditions d'apparition des oscillations de Rabi au cours de l'amplification de l'harmonique dans le plasma de laser XUV. Deux régimes d'amplification, adiabatique et dynamique, autour d'un seuil d'inversion de population ont été mis en évidence. / The work of this thesis was made in the context of the efforts made to reduce the pulse duration of plasma-based XUV lasers down to the femtosecond domain. The very narrow spectral width of the amplifier medium (~ 1E10 - 1E11 Hz) limits the minimum achievable pulse duration (Fourier limit). The amplifier medium of XUV lasers pumped by collisional excitation are dense and hot plasmas that can be created both by rapid electrical discharge and by different types of power lasers. There are thus 4 distinct types of XUV laser sources with different plasma parameters (density, temperature) in the gain region. Yet, the spectral and temporal properties of the emitted radiation are strongly linked to these parameters. All 4types of XUV lasers operate in amplification of spontaneous emission (ASE) mode, and 2 of them, for a few years, can operate in "seeded" mode. This technique consists in injecting a femtosecond high order harmonic pulse (the seed), resonant with the lasing transition, at one extremity of the plasma amplifier. Because of the major mismatch between the spectral width of the plasma and that of the seed the femtosecond duration of the latter is not preserved during amplification. Simulations (COLAX Maxwell-Bloch code) show that the amplification is highly non-linear in such systems, including the appearance of Rabi oscillations. Generating Rabi oscillations in seeded XUV lasers is currently considered a promising way to produce femtosecond XUV lasers. However Rabi oscillations have yet never been experimentally demonstrated. Thus, a meticulous experimental characterization of the spectral properties of the 4 types of XUV lasers in connection with the plasma conditions, combined with a better understanding of amplification mechanisms under different theoretical plasma conditions based on studies and simulations are needed to reach our goal. A wide experimental campaign aiming to spectrally characterize all different types of XUV lasers was conducted by our group over the past decade. The required spectral resolution is not available with the best current spectrometers, so the method we used consists on the measurement of the temporal coherence of the XUV laser through an electric field autocorrelation, using a wave front-division interferometer that was specifically designed for these measures, from which the spectral width can be deduced. The latter type of the four XUV laser types (PALS, Prague) was characterized during this thesis, closing this experimental campaign. The measured coherence time was 0.68 ps, which is significantly lower than the coherence times measured on the other XUV laser types. Analysis of the overall results revealed two different behavior whether the XUV laser has a long pulse duration compared to its coherence time or if the two durations are close. In the first case the inferred spectral widths are in good agreement with theoretical predictions, while in the second case the agreement was not as good and the shape of the electric field autocorrelation traces was not understood. This observation has prompted a detailed study of the influence of temporal properties of ASE XUV lasers on the interferometric methodology used to determine the spectral width of XUV lasers. The study, based on a model developed for X-free electron lasers, revealed an effect of partial temporal coherence in electric field autocorrelation measures of these sources. This study offers perspectives on a simultaneous measure of the spectral width and the duration of theses sources with our method. Finally, a study based on Maxwell-Bloch equations was carried out in order to understand better the conditions of apparition of Rabi oscillations. This study highlighted two amplification regimes, adiabatic and dynamic, around a population inversion threshold.

L'architecture TSAR (Tera-Scale ARchitecture) développée conjointement par BULL, le Lip6 et le CEA-LETI est une architecture manycore CC-NUMA extensible jusqu'à 1024 cœurs. Le protocole de cohérence de cache DHCCP dans l'architecture TSAR repose sur le principe du répertoire global distribué en utilisant la stratégie d'écriture simultanée afin de passer à l'échelle, mais cette scalabilité a un coût énergétique important que nous cherchons à réduire. Actuellement, les plus grosses entreprises dans le domaine des semi-conducteurs, comme Intel ou AMD, utilisent les protocoles MESI ou MOESI dans leurs processeurs multicoeurs. Ces types de protocoles utilisent la stratégie d'écriture différée pour réduire la forte consommation énergétique due aux écritures. Mais la complexité d'implémentation et la forte augmentation de ce trafic de cohérence quand le nombre de processeurs augmente limite le passage à l'échelle de ces protocoles au-delà de quelques dizaines de coeurs. Dans cette thèse, nous proposons un nouveau protocole de cohérence de cache utilisant une méthode hybride pour traiter les écritures dans le cache L1 privé : pour les lignes non partagées, le contrôleur de cache L1 utilise la stratégie d'écriture différée, de façon à modifier les lignes localement. Pour les lignes partagées, le contrôleur de cache L1 utilise la stratégie d'écriture immédiate pour éviter l'état de propriété exclusive sur ces lignes partagées. Cette méthode, appelée RWT pour Released Write Through, passe non seulement à l'échelle, mais réduit aussi significativement la consommation énergétique liée aux écritures. Nous avons aussi optimisé la solution actuelle pour gérer la cohérence des TLBs dans l'architecture TSAR, en termes de performance et de consommation énergétique. Enfin, nous introduisons dans cette thèse un nouveau petit cache, appelé micro-cache, entre le coeur et le cache L1, afin de réduire le nombre d'accès au cache d'instructions. / The TSAR architecture (Tera-Scale ARchitecture) developed jointly by Lip6 Bull and CEA-LETI is a CC-NUMA manycore architecture which is scalable up to 1024 cores. The DHCCP cache coherence protocol in the TSAR architecture is a global directory protocol using the write-through policy in the L1 cache for scalability purpose, but this write policy causes a high power consumption which we want to reduce. Currently the biggest semiconductors companies, such as Intel or AMD, use the MESI MOESI protocols in their multi-core processors. These protocols use the write-back policy to reduce the high power consumption due to writes. However, the complexity of implementation and the sharp increase in the coherence traffic when the number of processors increases limits the scalability of these protocols beyond a few dozen cores. In this thesis, we propose a new cache coherence protocol using a hybrid method to process write requests in the L1 private cache : for exclusive lines, the L1 cache controller chooses the write-back policy in order to modify locally the lines as well as eliminate the write traffic for exclusive lines. For shared lines, the L1 cache controller uses the write-through policy to simplify the protocol and in order to guarantee the scalability. We also optimized the current solution for the TLB coherence problem in the TSAR architecture. The new method which is called CC-TLB not only improves the performance, but also reduces the energy consumption. Finally, this thesis introduces a new micro cache between the core and the L1 cache, which allows to reduce the number of accesses to the instruction cache, in order to save energy.

Afin d'assurer disponibilité et réactivité, de nombreux systèmes distribués reposent sur des bases de données répliquées qui maintiennent des copies (répliques) des données sur différents serveurs. la cohérence constitue un défi important dans la mise en oeuvre des bases de données répliquées. les concepteurs de bases de données repliquées doivent faire un choix difficile entre une cohérence forte, qui guarantit une large gamme d'invariants applicatifs, mais qui est lente et fragile, et une réplication asynchrone, qui assure un bon niveau de disponibilité et de réactivité, mais laisse le programmeur face à de possibles anomalies liées à la concurrence.pour résoudre ce dilemme, des bases de données commerciales et recherche fournissent une cohérence hybride qui permet au programmeur d'exiger une cohérence forte pour certaines opérations, et d'ainsi permettre une synchronisation.cette thèse étudie l'analyse et la mise en oeuvre d'une application et de la cohérence associée, de manière à assurer les invariants de cette application avec un minimum d'exigences de cohérence. les trois principales contributions de cette thèse sont: 1) nous proposons le premier outil d'analyse statique destiné à prouver la validité d'invariants d'applications de base de données à modèle de cohérence hybride. 2) nous présentons la mise en application de notre outil d'analyse dans le cadre de la conception d'un système de fichiers dont la sémantique permet un comportement similaire à posix et à un coût résonable. 3)nous proposons un ensemble de patterns utiles, susceptibles d'aider les développeurs d'application dans l'implémentation d'invariants les plus communs. / Distributed databases take advantage of replication to bring data close to the client, and to always be available. the primary challenge for such databases is to ensure consistency. recent research provide hybrid consistency models that allow the database supports asynchronous updates by default, but synchronisation is available upon request. to help programmers exploit the hybrid consistency model, we propose a set of useful patterns,proof rules, and tool for proving integrity invariants of applications. in the first part, we study a sound proof rule that enables programmers to check whether the operations of a given application semantics maintain the application invariants under a given amount of parallelism. we have developed a smt-based tool that automates this proof, and verified several example applications using the tool. in the second part, we apply the above methodology to the design of a replicated file system.the main invariant is that the directory structure forms a tree. we study three alternative semantics for the file system. each exposes a different amount of parallelism, and different anomalies. using our tool-assisted rules, we check whether a specific file system semantics maintains the tree invariant, and derive an appropriate consistency protocol. in the third part of this thesis, we present three classes of invariants: equivalence, partial order, and single-item generic. each places some constraints over the state. each of these classes maps to a different storage-layer consistency property: respectively, atomicity, causal ordering, or total ordering.

Les systèmes de fichiers géo-distribués souffrent de latences élevées et de partitions réseau. À cause de cela, et pour assurer une haute disponibilité, de tels systèmes effectuent généralement des mises à jour localement, sans latence, et les propagent ensuite en arrière-plan. Cette réplication optimiste est confrontée à deux défis majeurs : (i) détecter les conflits entre les mises à jour simultanées et les résoudre d'une manière significative pour les utilisateurs, tout en maintenant les invariants d'intégrité du système; et (ii) la prise en charge d'applications qui n'ont pas été conçues pour gérer les anomalies de concurrence. Les systèmes de fichiers géo-distribués optimistes existants ne permettent pas de relever ces défis. Par exemple, Dropbox ne supporte pas les liens matériels. Le système de fichiers AndrewFS échoue sur certains changements de noms de répertoires; et tous les systèmes existants utilisent la résolution automatique des conflits qui viole la sémantique POSIX. Nous présentons notre solution aux problèmes posés ci-dessus dans la conception et la mise en œuvre d'un prototype de système de fichiers géo-distribué, nommé Tofu. Sa conception inclut une nouvelle abstraction de session pour prendre en charge l'API, tout en permettant des mises à jour optimistes. Il est capable de détecter tous les conflits sur ces structures de données et de les résoudre d'une façon que nous pensons que les utilisateurs trouveront raisonnable. Les expériences montrent que Tofu est hautement évolutif et qu'il entraîne des surcoûts linéaires, améliorant ainsi les systèmes académiques et industriels existants. / Geo-distributed file systems suffer from high latency and network partitions. Because of this, and to ensure high availability, such systems typically commit updates locally, with no latency, and propagate them in the background. Such optimistic replication faces two major challenges: (i) detecting conflicts between concurrent updates and resolving them in a way meaningful for users, while maintaining system integrity invariants; and (ii) supporting legacy applications that are not prepared to deal with concurrency anomalies. Existing optimistic geo-distributed file systems fall short of addressing the challenges. For instance, Dropbox does not support hard links; Andrew File System fails on some concurrent renaming of directories; and all existing systems use automatic conflict resolution that violates the legacy POSIX semantics. We present our solution to the above problems in the design and implementation of a prototype geo-distributed file system, named Tofu. Its design includes a new session abstraction to support the legacy API, while allowing optimistic updates. Unlike previous approaches, our solution is based on a formal model covering all aspects of a Unix-like file system, including directories, inodes, hard links, etc. It is able to detect all conflicts on those data structures, and resolves them in a way that we believe users will find generally reasonable. Experiments show that Tofu is highly scalable, and incurs linear overhead, improving over existing academic and industrial systems.

Les principales contributions de cette thèse sont au nombre de trois. La première partie de cette thèse concerne le développement d’un nouveau protocole de réplication nommé LibRe, permettant de limiter le nombre de lectures obsolètes dans un système de stockage distribué. LibRe est un acronyme signifiant "Library for Replication". Le principal objectif de LibRe est d’assurer la cohérence des données en contactant un minimum de répliques durant les opérations de lectures où d’écritures. Dans ce protocole, lors d’une opération d’écriture, chaque réplique met à jour un registre (la "librairie"), de manière asynchrone, avec l’identifiant de version de la donnée modifiée. Lors des opérations de lecture, la requête est transférée au réplica le plus approprié en fonction de l’information figurant dans le registre. Ce mécanisme permet de limiter le nombre de lectures obsolétes. L’évaluation de la cohérence d’un système reste un problème difficile à resoudre, que ce soit par simulation ou par évaluation en conditions réelles. Par conséquent nous avons développé un simulateur appelé Simizer, qui permet d’évaluer et de comparer la performance de différents protocoles de cohérence. Le système d’évaluation de bases de données YCSB a aussi été étendu pour évaluer l’échange entre cohérence et latence dans les systèmes de stockage modernes. Le code du simulateur et les modifications apportées à l’outil YCSB sont disponibles sous licence libre.Bien que les systèmes de bases de données modernes adaptent les garanties de cohérence à la demande de l’utilisateur, anticiper le niveau de cohérence requis pour chaque opération reste difficile pour un développeur d’application. La deuxième contribution de cette thèse cherche à résoudre ce problème en permettant à la base de données de remplacer le niveau de cohérence défini par défaut par d’autres règles définies à partir d’informations externes. Ces informations peuvent être fournies par l’administrateur ou un service extérieur. Dans cette thèse, nous validons ce modèle à l’aide d’une implémentation au sein du système de bases de données distribué Cassandra. La troisième contribution de cette thèse concerne la résolution des conflits de mise à jour. La résolution de ce type de conflits nécessite de retenir toutes les valeurs possibles d’un objet pour permettre la résolution du conflit grâce à une connaissance spécifique côté client. Ceci implique des coûts supplémentaires en termes de débit et de latence. Dans cette thèse nous discutons le besoin et la conception d’un nouveau type d’objet distribué, le registre à priorité, qui utilise une stratégie de détection et de résolution de conflits spécifique au domaine, et l’implante côté serveur. Notre approche utilise la notion d’ordre de remplacement spécifique. Nous montrons qu’un type de donnée paramètrée par un tel ordre peut fournir une solution efficace pour les applications demandant des solutions spécifiques à la résolution des conflits. Nous décrivons aussi l’implémentation d’une preuve de concept au sein de Cassandra. / The main contributions of this thesis are three folds. The first contribution of the thesis focuses on an efficient way to control stale reads in modern database systems with the help of a new consistency protocol called LibRe. LibRe is an acronym for Library for Replication. The main goal of the LibRe protocol is to ensure data consistency by contacting a minimum number of replica nodes during read and write operations with the help of a library information. According to the protocol, during write operations each replica node updates a registry (library) asynchronously with the recent version identifier of the updated data. Forwarding the read requests to a right replica node referring the registry information helps to control stale reads during read operations. Evaluation of data consistency remains challenging both via simulation as well as in a real world setup. Hence, we implemented a new simulation toolkit called Simizer that helps to evaluate the performance of different consistency policies in a fast and efficient way. We also extended an existing benchmark tool YCSB that helps to evaluate the consistency-latency tradeoff offered by modern database systems. The codebase of the simulator and the extended YCSB are made open-source for public access. The performance of the LibRe protocol is validated both via simulation as well as in a real setup with the help of extended YCSB.Although the modern database systems adapt the consistency guarantees of the system per query basis, anticipating the consistency level of an application query in advance during application development time remains challenging for the application developers. In order to overcome this limitation, the second contribution of the thesis focuses on enabling the database system to override the application-defined consistency options during run time with the help of an external input. The external input could be given by a data administrator or by an external service. The thesis validates the proposed model with the help of a prototype implementation inside the Cassandra distributed storage system.The third contribution of the thesis focuses on resolving update conflicts. Resolving update conflicts often involve maintaining all possible values and perform the resolution via domain-specific knowledge at the client side. This involves additional cost in terms of network bandwidth and latency, and considerable complexity. In this thesis, we discuss the motivation and design of a novel data type called priority register that implements a domain-specific conflict detection and resolution scheme directly at the database side, while leaving open the option of additional reconciliation at the application level. Our approach uses the notion of an application-defined replacement ordering and we show that a data type parameterized by such an order can provide an efficient solution for applications that demand domain-specific conflict resolution. We also describe the proof of concept implementation of the priority register inside Cassandra. The conclusion and perspectives of the thesis work are summarized at the end.

La conception des systèmes distribués est une tâche onéreuse : les objectifs de performance, d’exactitude et de fiabilité sont étroitement liés et ont donné naissance à des compromis complexes décrits par de nombreux résultats théoriques. Ces compromis sont devenus de plus en plus importants à mesure que le calcul et le stockage se sont déplacés vers des architectures distribuées. De plus, l’absence d’approches systématiques de ces problèmes dans les outils de programmation modernes les a aggravés — d’autant que de nos jours la plupart des programmeurs doivent relever les défis liés aux applications distribués. En conséquence, il existe un écart évident entre les abstractions de programmation, les exigences d’application et la sémantique de stockage, ce qui entrave le travail des concepteurs et des développeurs. Cette thèse présente un ensemble de contributions tourné vers la conception de systèmes de stockage distribués fiables, en examinant ces questions à travers le prisme de la cohérence. Nous commençons par fournir un cadre uniforme et déclarative pour définir formellement les modèles de cohérence. Nous utilisons ce cadre pour décrire et comparer plus de cinquante modèles de cohérence non transactionnelles proposés dans la littérature. La nature déclarative et composite de ce cadre nous permet de construire un classement partiel des modèles de cohérence en fonction de leur force sémantique. Nous montrons les avantages pratiques de la composabilité en concevant et en implémentant Hybris, un système de stockage qui utilise différents modèles pour améliorer la cohérence faible généralement offerte par les services de stockage dans les nuages. Nous démontrons l’efficacité d’Hybris et montrons qu’il peut tolérer les erreurs arbitraires des services du nuage au prix des pannes. Enfin, nous proposons une nouvelle technique pour vérifier les garanties de cohérence offertes par les systèmes de stockage du monde réel. Cette technique s’appuie sur notre approche déclarative de la cohérence : nous considérons les modèles de cohérence comme invariants sur les représentations graphiques des exécutions des systèmes de stockage. Une mise en œuvre préliminaire prouve cette approche pratique et utile pour améliorer l’état de l’art sur la vérification de la cohérence. / Engineering distributed systems is an onerous task: the design goals of performance, correctness and reliability are intertwined in complex tradeoffs, which have been outlined by multiple theoretical results. These tradeoffs have become increasingly important as computing and storage have shifted towards distributed architectures. Additionally, the general lack of systematic approaches to tackle distribution in modern programming tools, has worsened these issues — especially as nowadays most programmers have to take on the challenges of distribution. As a result, there exists an evident divide between programming abstractions, application requirements and storage semantics, which hinders the work of designers and developers.This thesis presents a set of contributions towards the overarching goal of designing reliable distributed storage systems, by examining these issues through the prism of consistency. We begin by providing a uniform, declarative framework to formally define consistency semantics. We use this framework to describe and compare over fifty non-transactional consistency semantics proposed in previous literature. The declarative and composable nature of this framework allows us to build a partial order of consistency models according to their semantic strength. We show the practical benefits of composability by designing and implementing Hybris, a storage system that leverages different models and semantics to improve over the weak consistency generally offered by public cloud storage platforms. We demonstrate Hybris’ efficiency and show that it can tolerate arbitrary faults of cloud stores at the cost of tolerating outages. Finally, we propose a novel technique to verify the consistency guarantees offered by real-world storage systems. This technique leverages our declarative approach to consistency: we consider consistency semantics as invariants over graph representations of storage systems executions. A preliminary implementation proves this approach practical and useful in improving over the state-of-the-art on consistency verification.

Le but de ce mémoire est de présenter une approche orientée objet pour l’élaboration d’un Système de Maintien de Vérité à base de Justifications à Négation et Non Monotone (SMVJNNM). Un SMV est un module utilisé dans les systèmes à base de connaissances pour réviser des croyances. On distingue trois principaux types de SMV: à base de justifications, à base logique et à base d'assomptions. Ils utilisent des structures en réseau pour enregistrer les instances d'un ensemble de règles et tous s'inscrivent dans un paradigme orienté listes. Nous proposons un paradigme objet pour l’élaboration d’un SMV. Les étapes de la démarche suivie sont: étude des SMV existants, modélisation d’un SMV au niveau des connaissances, conception par patrons, implémentation et tests. Deux exemples tirés de la documentation scientifique montrent que notre système offre des fonctionnalités équivalentes à celles des SMV étudiés. Notre système a aussi été utilisé comme mini-moteur de recherche. / The objective of this master’s degree dissertation is to propose an object oriented approach for the design of negated non-monotonic justifications-based truth maintenance systems (NNMJTMS). A truth maintenance system (TMS) is a module assisting knowledge-based systems to conduct belief revision. There are three main types of TMS: justification-based, logical-based and assumption-based. All of these systems use network structures to register instances of a set of production rules according to a list-oriented paradigm. We propose in our work to adopt an object-oriented approach for the design of a TMS. We went through the following steps: review of existing TMS, modeling a TMS at the knowledge level, design and implementation using patterns and testing. To test the TMS in conjunction with a client system, two examples borrowed from scientific literature indicate that our system offers functionalities equivalent to those of the TMS found in the literature. In the first example, we validate some textbook cases. And in the second one, we test the load capacity of the TMS system while assisting a tiny search engine.

Protocole d'entente entre l'Université Laval et l'Université du Québec à Chicoutimi / Un des objectifs de notre recherche était de vérifier s'il y a présence de ruptures de cohérence dans les écrits d'étudiants en français langue seconde de niveau avancé. Le cas échéant, nous avons tenté, après l'analyse du corpus, de classer ces ruptures selon un modèle proposé par Odette Gagnon, professeure au Département des Arts et Lettres de l'Université du Québec à Chicoutimi, s'étant elle-même inspirée des grands noms de la linguistique textuelle. Une fois ce classement réalisé, nous avons pu constater à quel niveau se situaient les faiblesses majeures des apprenants en matière de cohérence textuelle. Pour ce faire, un corpus constitué de 15 textes a été recueilli auprès d'étudiants anglophones et arabophones inscrits à des cours de français langue seconde de niveau avancé. Ce corpus a ensuite été informatisé et chacune des phrases numérotée puis analysée au niveau local, mais aussi au niveau global. Notre étude a permis de constater que les ruptures de cohérence les plus fréquemment rencontrées se situent au niveau événementiel et se traduisent soit par l'absence d'un connecteur lorsque requis ou l'emploi inapproprié d'un connecteur. Au niveau référentiel, nous avons pu remarquer que la répétition abusive d'un terme et la non-pronominalisation affectent grandement la cohérence. De plus, dans les cas où le scripteur tente une pronominalisation, le lecteur se retrouve très souvent confronté à l'absence de réfèrent ou alors à un réfèrent ambigu. En ce qui a trait aux ruptures de cohérence observées au niveau énonciatif, notre étude a montré que les apprenants en français langue seconde, même de niveau avancé, éprouvent encore de grandes difficultés dans l'emploi des temps verbaux, plus précisément en ce qui concerne les temps du passé. Nous espérons que ces précieuses informations pourront, par la suite, servir à des fins pédagogiques pour la création d'exercices pertinents qui aideront l'apprenant à mieux maîtriser les ressources linguistiques qui permettent et créent la cohérence par le biais de l'arrimage des éléments d'information.

Cette recherche porte sur les deux dimensions propres à la cohérence informative, soit la répartition de l’information, qui se manifeste par l’utilisation d’une structure syntaxique plutôt qu’une autre (phrase active ou passive, phrase neutre ou emphatique, complément de phrase en tête ou en fin de phrase, entre autres) selon le caractère ancien ou nouveau de l’information, et la hiérarchisation de l’information, qui s’exprime par l’alternance entre les structures syntaxiques juxtaposées (ou coordonnées) et subordonnées selon le statut d’idée principale ou secondaire des informations. L’analyse de 39 textes argumentatifs écrits en français par des étudiants universitaires québécois nous a permis de constater que plusieurs scripteurs possédaient une maîtrise imparfaite de ces deux dimensions : sur 39 textes analysés, 20 contenaient au moins une maladresse dans la gestion de la saillance des énoncés en fonction du statut des informations. Cette constatation nous a inspiré quelques exercices en lien avec la cohérence informative.