La performance des unités de calcul séquentiel a atteint des limites technologiques qui ont conduit à une transition de la tendance à l'accélération des calculs séquentiels vers une augmentation exponentielle du nombre d'unités de calcul par microprocesseur. Ces nouvelles architectures ne permettent d'augmenter la vitesse de calcul que proportionnellement au parallélisme qui peut être exploité, soit via le modèle de programmation soit par un compilateur optimiseur. Cependant, la disponibilité du parallélisme en soi ne suffit pas à améliorer les performances si un grand nombre de processeurs sont en compétition pour l'accès à la mémoire. Le modèle de streaming répond à ce problème et représente une solution viable pour l'exploitation des architectures à venir. Cette thèse aborde le streaming comme un modèle général de programmation parallèle, plutôt qu'un modèle dédié à une classe d'applications, en fournissant une extension pour le streaming à un langage standard pour la programmation parallèle avec mémoire partagée, OpenMP. Un nouveau modèle formel est développé, dans une première partie, pour étudier les propriétés des programmes qui font appel au streaming, sans les restrictions qui sont généralement associées aux modèles de flot de données. Ce modèle permet de prouver que ces programmes sont déterministes à la fois fonctionnellement et par rapport aux deadlocks, ce qui est essentiel pour la productivité des programmeurs. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l'exploitation efficace de ce modèle, avec support logiciel à l'exécution et optimisations de compilation, à travers l'implantation d'un prototype dans le compilateur GCC.

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The benefits of programming in a functional style are well known. In particular, algorithms that are expressed as compositions of functions operating on series/vectors/streams of data elements are much easier to understand and modify than equivalent algorithms expressed as loops. Unfortunately, many programmers hesitate to use series expressions, because they are typically implemented very inefficiently. Common Lisp macro packages (OSS) has been implemented which supports a restricted class of series expressions, obviously synchronizable series expressions, which can be evaluated very efficiently by automatically converting them into loops. Using this macro package, programmers can obtain the advantages of expressing computations as series expressions without incurring any run-time overhead.

The benefits of programming in a functional style are well known. In particular, algorithms that are expressed as compositions of functions operating on series/vectors/streams of data elements are much easier to understand and modify than equivalent algorithms expressed as loops. Unfortunately, many programmers hesitate to use series expressions, because they are typically implemented very inefficiently---the prime source of inefficiency being the creation of intermediate series objects. A restricted class of series expressions, obviously synchronizable series expressions, is defined which can be evaluated very efficiently. At the cost of introducing restrictions which place modest limits on the series expressions which can be written, the restrictions guarantee that the creation of intermediate series objects is never necessary. This makes it possible to automatically convert obviously synchronizable series expressions into highly efficient loops using straight forward algorithms.

The benefits of programming in a functional style are well known. In particular, algorithms that are expressed as compositions of functions operating on series/vectors/streams of data elements are much easier to understand and modify than equivalent algorithms expressed as loops. Unfortunately, many programmers hesitate to use series expressions, because they are typically implemented very inefficiently. A Common Lisp macro package (OSS) has been implemented which supports a restricted class of series expressions, obviously synchronizable series expressions, which can be evaluated very efficiently by automatically converting them into loops. Using this macro package, programmers can obtain the advantages of expressing computations as series expressions without incurring any run-time overhead.

As exploration of our solar system and outerspace move into the future, spacecraft are being developed to venture on increasingly challenging missions with bold objectives. The spacecraft tasked with completing these missions are becoming progressively more complex. This increases the potential for mission failure due to hardware malfunctions and unexpected spacecraft behavior. A solution to this problem lies in the development of an advanced fault management system. Fault management enables spacecraft to respond to failures and take repair actions so that it may continue its mission. The two main approaches developed for spacecraft fault management have been rule-based and model-based systems. Rules map sensor information to system behaviors, thus achieving fast response times, and making the actions of the fault management system explicit. These rules are developed by having a human reason through the interactions between spacecraft components. This process is limited by the number of interactions a human can reason about correctly. In the model-based approach, the human provides component models, and the fault management system reasons automatically about system wide interactions and complex fault combinations. This approach improves correctness, and makes explicit the underlying system models, whereas these are implicit in the rule-based approach. We propose a fault detection engine, Compiled Mode Estimation (CME) that unifies the strengths of the rule-based and model-based approaches. CME uses a compiled model to determine spacecraft behavior more accurately. Reasoning related to fault detection is compiled in an off-line process into a set of concurrent, localized diagnostic rules. These are then combined on-line along with sensor information to reconstruct the diagnosis of the system. These rules enable a human to inspect the diagnostic consequences of CME. Additionally, CME is capable of reasoning through component interactions automatically and still provide fast and correct responses. The implementation of this engine has been tested against the NEAR spacecraft advanced rule-based system, resulting in detection of failures beyond that of the rules. This evolution in fault detection will enable future missions to explore the furthest reaches of the solar system without the burden of human intervention to repair failed components.

La compilation de codee source vers du code octet combiné avec l'utilisation d'une machine virtuelle ou d'un interpréteur pour l'exécuter est devenue une pratique courante qui permet de conserver une indépendance face à la plateforme matérielle. Les interpréteurs sont portables et offrent une simplicité de développement qui en font un choix intéressant pour la conception de prototypes de nouveaux langages de programmation. L'optimisation des techniques d'interprétation existantes est un sujet de recherche qui nous intéresse particulièrement. Nous avons voulu, par l'entremise de notre projet de recherche, étudier jusqu'où il est possible de pousser l'optimisation dans un interpréteur. Après avoir étudié les types d'interpréteurs existants, nous avons constaté que les interpréteurs les plus performants se basent tous sur le même principe: La réduction du coût associé aux répartitions entre les instructions interprétées. Ce coût est causé par les instructions de répartitions elles-mêmes, mais surtout par l'augmentation du taux d'erreur qu'elles procurent dans les prédicteurs de branchement qui se trouvent au sein des processeurs modernes. Des mauvaises prédictions de branchements occasionnent des coûts importants sur une architecture pipelinée. L'interpréteur linéaire inclusif est un des plus performants qui existe. En nous basant sur cet interpréteur, nous avons fait la conception et l'implémentation d'un mécanisme qui lui permet d'augmenter la longueur des ses super-instructions et par le fait même de diminuer le nombre de répartitions pendant l'exécution. Nous avons mis au point un mécanisme dynamique d'inclusion partielle des méthodes dans cet interpréteur. Nous avons aussi conçu un système de profilage qui nous permet de détecter les sites d'invocations chauds et d'y effectuer l'inclusion du chemin le plus fréquenté de la méthode appelée. En brisant ainsi la frontière entre le corps des méthodes, nous parvenons à augmenter la longueur moyenne des super-instructions. Nous avons surmonté et résolu toutes les difficultés inhérentes à l'implémentation d'un tel système dans une véritable machine virtuelle Java (synchronisation, exceptions, présence d'un nettoyeur de mémoire, présence de sous routines dans le code octet Java). Nous fournissons une étude empirique de l'impact de notre système sur un interpréteur linéaire inclusif en exécutant des applications Java d'envergure. Dans tous les cas étudiés, on arrive à augmenter la longueur moyenne des super-instructions invoquées et à diminuer le nombre de répartitions pendant l'exécution. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Interpréteur, Inclusion, Inclusion partielle, Profilage, Machine virtuelle, Java, JVM, SableVM.

<p>Advanced development environments are essential for efficient realization of complex industrial products. Powerful equation-based object-oriented (EOO) languages such as Modelica are successfully used for modeling and virtual prototyping complex physical systems and components. The Modelica language enables engineers to build large, sophisticated and complex models. Modelica environments should scale up and be able to handle these large models. This thesis addresses the scalability of Modelica tools by employing incremental compilation and dynamic loading. The design, implementation and evaluation of this approach is presented. OpenModelica is an open-source Modelica environment developed at PELAB in which we have implemented our strategy for incremental compilation and dynamic loading of functions. We have tested the performance of these strategies in a number of different scenarios in order to see how much of an impact they have on the compilation and execution time.</p><p>Our solution contains an overhead of one or two hash calls during runtime as it uses dynamic hashes instead of static arrays.</p>

Ce document décrit les méthodes de compilation et d'exécution pour la génération automatique de code distribué par distribution de données.