Comprendre les performances d'une application multi-thread est difficile. Les threads interfèrent quand ils accèdent à la même ressource, ce qui ralentit leur exécution. Malheureusement, les outils de profiling existants se focalisent sur l'identification des causes de l'interférence, et non pas sur ses effets.Le développeur ne peut donc pas conclure si l'optimisation d'une interférence identifiée par un outil de profiling peut mener à une meilleure performance. Dans cette thèse, on propose de compléter les outils existants par un outil orienté-effet capable de quantifier l'impact de l'interférence sur la performance, indépendamment de la cause de l'interférence. Avec une évaluation de 27 applications, on montre que notre outil réussit à identifier 12 bottlenecks causés par 6 types d'interférence différents / Understanding the performance of a multi-threaded application is difficult. The threads interfere when they access the same resource, which slows their execution down. Unfortunately, current profiling tools focus on identifying the interference causes, not their effects.The developer can thus not know if optimizing the interference reported by a profiling tool can lead to better performance. In this thesis, we propose to complete the profiling toolbox with an effect-oriented profiling tool able to indicate how much interference impacts performance, regardless of the interference cause. With an evaluation of 27 applications, we show that our tool successfully identifies 12 performance bottlenecks caused by 6 different kinds of interference

Les réseaux mobiles ont un modèle en couches, avec: (1) un réseau d’accès IP offrant une connectivité IP aux utilisateurs; (2) une couche de contrôle de service, l’IMS; (3) une couche d’interaction pour le contrôle des politiques réseau, le PCC. Ce modèle, centralisé et hiérarchique, serait à l’origine de problèmes de passage à l’échelle et de qualité de service en cas d’explosion du volume de trafic de données à transporter. Dans cette thèse, un nouveau modèle pour les réseaux mobiles du futur est proposé: Ultra Flat Architecture (UFA). UFA utilise l’IMS pour le contrôle de tout type d’applications. UFA est dite plate car elle réduit le nombre de types de nœuds réseau à 2 principalement: (1) une Gateway UFA regroupant à la fois l’ensemble des fonctionnalités du réseau d’accès IP, de l’IMS et du PCC; (2) le terminal. Après la conception de l’architecture, nous avons spécifié et évalué trois procédures réseau principales pour UFA : l’enregistrement/authentification, l’établissement de service et la mobilité. Nous avons optimisé les deux premières procédures par rapport aux procédures standardisées de l’IMS. Par exemple, la procédure d’établissement de service présente un délai réduit et permet une configuration du service ou de la couche de transport selon les ressources disponibles dans le réseau. Nous avons développé une procédure de mobilité pour UFA, se basant sur le transfert, d’une Gateway UFA à une autre, des contextes de toutes les couches OSI liés au terminal, et sur la détermination proactive par la Gateway UFA des paramètres de toutes les couches du terminal. Tous les résultats obtenus montrent le grand intérêt d’UFA et des architectures plates plus généralement. / Mobile networks have a layered model, with: (1) an IP access network providing IP connectivity to users, (2) a service control layer, IMS, (3) an interaction layer for policy control, PCC. This model, centralized and hierarchical, will cause scalability and QoS problems in case of data volume explosion. In this thesis, a new model for future mobile networks is proposed: Ultra Flat Architecture (UFA). UFA uses IMS to control all application types. UFA is flat since it reduces the number of network node types to 2 mainly: (1) a UFA Gateway that includes the functions of the IP access network, the IMS and the PCC, and (2) a terminal. After designing the architecture, we specified and evaluated three main procedures for UFA: registration / authentication, service establishment and mobility. We have optimized the first two procedures compared to standard procedures of the IMS. For example, the service establishment procedure has a reduced delay and allows the configuration of the service or the transport layer according to the resources available in the network. We have developed a mobility procedure for UFA. It is based on the transfer, from one UFA Gateway to another, of the all OSI-layers contexts related to that terminal, and on a proactive determination of the all OSI-layers parameters, necessary for the terminal attachment to the new UFA Gateway. All obtained results show the great interest of UFA and of flat architectures more generally.

Les Applications Multimédia Interactives et Distribuées (AMID) sur Internet ouvrent des perspectives nouvelles de travail et de loisir entre utilisateurs du réseau Internet. Dans ces applications, le sentiment de co-présence est obtenu par la numérisation et l'envoi sur le réseau de certaines de leurs actions. Cependant, le délai de transmission de ces actions introduit des ambiguïtés temporelles au niveau de l'interface. Ce problème est connu sous le nom de cohérence, mais il est généralement traité du point de vue de l'ordre dans lequel les actions sont prises en compte, et non du point de vue du temps physique. Afin de prendre en compte les contraintes psycho-perceptives liées à l'utilisation du système, nous proposons un formalisme pour l'étude et l'analyse de modèles de cohérence qui permet de spécifier les propriétés temporelles et les propriétés d'ordonnancement. Les propriétés développées dans ce formalisme sont l'instantanéité, la simultanéité, la $\Delta$ légalité et les conflits d'ordonnancement. Nous avons expérimenté un de nos protocoles de cohérence dans nJam, notre prototype de Performance Musicale Interactive et Distribuée (PMID). Pour ce type d'applications, nos résultats permettent de construire un métronome réparti partagé entre musiciens distants et cela malgré des latences importantes sur le réseau. A l'aide d'expérimentations publiques et de tests effectués avec des utilisateurs, nous montrons l'efficacité de nJam. De plus, nous montrons que nos résultats se transposent dans le domaine des jeux vidéo distribués et qu'ils peuvent améliorer les performances des mécanismes de cohérence existants dans ce domaine. Actuellement, dans le domaine des AMID, notre solution distribuée est la seule qui prend en compte les latences réseau tout en fournissant les propriétés définies par la Cohérence Perceptive.

The thesis studies theory and methods for generating automatically centralized and distributed implementations from a high-level model of an application software in BIP. BIP (Behavior, Interaction, Priority) is a component framework with formal operational semantics. Coordination between components is achieved by using multiparty interactions and dynamic priorities for scheduling interactions. A key idea is to use a set of correct source-to-source transformations preserving the functional properties of a given application software. By application of these transformations we can generate a full range of implementations from centralized to fully distributed. Centralized Implementation: the implementation method transforms the interactions of an application software described in BIP and generates a functionally equivalent program. The method is based on the successive application of three types of source-to-source transformations: flattening of components, flattening of connectors and composition of atomic components. We shown that the system of the transformations is confluent and terminates. By exhaustive application of the transformations, any BIP component can be transformed into an equivalent monolithic component. From this component, efficient standalone C++ code can be generated. Distributed Implementation: the implementation method transforms an application software described in BIP for a given partition of its interactions, into a Send/Receive BIP model. Send/Receive BIP models consist of components coordinated by using asynchronous message passing (Send/Receive primitives). The method leads to 3-layer architectures. The bottom layer includes the components of the application software where atomic strong synchronization is implemented by sequences of Send/Receive primitives. The second layer includes a set of interaction protocols. Each protocol handles the interactions of a class of the given partition. The third layer implements a conflict resolution protocol used to resolve conflicts between conflicting interactions of the second layer. Depending on the given partition, the execution of obtained Send/Receive BIP model range from centralized (all interactions in the same class) to fully distributed (each class has a single interaction). From Send/Receive BIP models and a given mapping of their components on a platform providing Send/Receive primitives, an implementation is automatically generated. For each class of the partition we generate C++ code implementing the global behavior of its components. The transformations have been fully implemented and integrated into BIP tool-set. The experimental results on non trivial examples and case studies show the novelty and the efficiency of our approach.

Les avancées dans le monde des réseaux et des services informatiques ont révolutionné les modes d’échange, de partage et de stockage de l’information. Nous migrons de plus en plus vers des échanges numériques ce qui implique un gain en terme de rapidité de transfert, facilité de partage et d’accès ainsi qu’une efficacité d’organisation et de recherche de l’information. Malgré ses avantages, l’information numérique a l’inconvénient d’être volatile et modifiable ce qui introduit des problèmes liés à sa provenance, son intégrité et sa valeur probante. Dans ce contexte, la provenance apparait comme une méta-donnée cléqui peut servir pour juger la qualité de l’information et pour vérifier si elle répond à un ensemble d’exigences métier, techniques et légales. Aujourd’hui, une grande partie des applications et des services qui traitent, échangent et gèrent des documents électroniques sur le web ou dans des environnements Cloud génèrent des données de provenance hétérogènes, décentralisées et non interopérables. L’objectif principal de cette thèse est de proposer des solutions génériques et interopérables pour la modélisation de l’information de provenance et de concevoir des architectures de systèmes de gestion de provenance passant à l'échelle tant au niveau du stockage et que de l’exploitation(interrogation). Dans la première partie de la thèse, nous nous intéressons à la modélisation de la provenance. Afin de pallier à l’hétérogénéité syntaxique et sémantique qui existe entre les différents modèles de provenance, nous proposons une approche globale et cohérente pour la modélisation de la provenance basée sur les technologies du web sémantique. Notre approche repose sur un modèle de domaine minimal assurant un niveau d’interprétation minimal et commun pour n’importe quelle source de provenance. Ce modèle peut ensuite être spécialisé en plusieurs modèles de domaine pour modéliser des concepts et des propriétés métier différentes. Cette spécialisation assure l’interopérabilité sémantique souhaitée et permet par la suite de générer des vues métiers différentes sur les mêmes données de provenance. Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous focalisons sur la conception des systèmes de gestion de provenance (ou PMS). Nous proposons tout d’abord une architecture logique de PMS indépendante des choix technologiques d’implémentation et de déploiement. Cette architecture détaille les modules assurant les fonctionnalités requises par notre approche de modélisation et sert comme architecture de référence pour la conception d’un PMS. Par la suite, et afin de préserver l’autonomie des sources de provenance, nous proposons une architecture distribuée de PMS à base de médiateur. Ce médiateur a une vision globale sur l’ensemble des sources et possède des capacités de distribution et de traitement de requêtes. Finalement la troisième partie de la thèse valide nos propositions. La validation de notre approche de modélisation a été réalisée dans un cadre industriel chez Novapost, une entreprise proposant des services SaaS pour l’archivage de documents à valeur probante. Ensuite, l’aspect passage à l’ échelle de notre architecture a été testé par l’implémentation de deux prototypes de PMS sur deux technologies de stockage différentes : un système RDF (Sesame) et un SGBD NoSQL (CouchDB). Les tests de montée en charge effectués sur les données de provenance Novapost ont montré les limites de Sesame tant pour le stockage que pour l’interrogation en utilisant le langage de requêtes SPARQL, alors que la version CouchDB associée à un langage de requêtes basé sur map/reduce a démontré sa capacité à suivre la charge de manière linéaire en augmentant le nombre de serveurs / Provenance is a key metadata for assessing electronic documents trustworthiness. It allows to prove the quality and the reliability of its content. With the maturation of service oriented technologies and Cloud computing, more and more data is exchanged electronically and dematerialization becomes one of the key concepts to cost reduction and efficiency improvement. Although most of the applications exchanging and processing documents on the Web or in the Cloud become provenance aware and provide heterogeneous, decentralized and not interoperable provenance data, most of Provenance Management Systems (PMSs) are either dedicated to a specific application (workflow, database, ...) or a specific data type. Those systems were not conceived to support provenance over distributed and heterogeneous sources. This implies that end-users are faced with different provenance models and different query languages. For these reasons, modeling, collecting and querying provenance across heterogeneous distributed sources is considered today as a challenging task. This is also the case for designing scalable PMSs providing these features. In the fist part of our thesis, we focus on provenance modelling. We present a new provenance modelling approach based on semantic Web technologies. Our approach allows to import provenance data from heterogeneous sources, to enrich it semantically to obtain high level representation of provenance. It provides syntactic interoperability between those sources based on a minimal domain model (MDM), supports the construction of rich domain models what allows high level representations of provenance while keeping the semantic interoperability. Our modelling approch supports also semantic correlation between different provenance sources and allows the use of a high level semantic query language. In the second part of our thesis, we focus on the design, implementation and scalability issues of provenance management systems. Based on our modelling approach, we propose a centralized logical architecture for PMSs. Then, we present a mediator based architecture for PMSs aiming to preserve provenance sources distribution. Within this architecture, the mediator has a global vision on all provenance sources and possesses query processing and distribution capabilities. The validation of our modelling approach was performed in a document archival context within Novapost, a company offering SaaS services for documents archiving. Also, we propose a non-functional validation aiming to test the scalability of our architecture. This validation is based on two implementation of our PMS : he first uses an RDF triple store (Sesame) and the second a NoSQL DBMS coupled with the map-reduce parallel model (CouchDB). The tests we performed show the limits of Sesame in storing and querying large amounts of provenance data. However, the PMS based on CouchDB showed a good performance and a linear scalability

L'évaluation de performances est primordiale pour la conception et le développement des systèmes informatiques. Ces derniers sont de plus en plus complexes et leur modèle sont de plus en plus gros. Pour résoudre ces modèles sur un calculateur, nous sommes confrontes a deux problèmes: la capacité mémoire et la rapidité avec laquelle on résout ces modèles. L'avènement des calculateurs parallèles constitue une bonne opportunité pour résoudre ces deux problèmes. Dans cette thèse, nous allons mettre en service le parallélisme pour résoudre les problèmes de l'évaluation de performance. Dans le cadre du calcul parallèle, nous abordons un probleme essentiel qui est le cout des communications dans les machines a mémoires distribuées. Une autre composante importante en parallélisme est le placement des données. Nous verrons l'impact de différents placements de données pour effectuer le produit vecteur-matrice qui constitue la brique de base des méthodes numériques itératives pour résoudre les modèles. Nous proposons des schémas itératives pour résoudre les problèmes markoviens. D'autre part, nous avons développe une parallélisation du solveur de modèles issus des réseaux d'automates stochastiques. En résolvant des problèmes de placement de taches et en réduisant le cout des communications, cette parallélisation nous permet de traiter des modèles de l'ordre de plusieurs millions d'états en un temps de calcul raisonnable

La diffusion Brillouin stimulée (DBS), résultant d'une interaction acousto-optique, est connue pour limiter la puissance transmise dans une fibre optique, mais sa grande sensibilité aux conditions extérieures la rend très intéressante dans le domaine des capteurs distribués. La nouvelle génération de fibres optiques microstructurées, apparue à la fin des années 90, présente un potentiel intéressant pour les interactions acousto-optiques car la succession périodique de micro canaux d'air emprisonnés dans la silice permet de confiner simultanément les modes optiques et acoustiques. A travers différentes expériences, ce travail de doctorat présente une étude détaillée de l'influence de la microstructure air-silice sur la dynamique de l'effet Brillouin tant dans la dimension transverse que longitudinale de la fibre photonique. Nous avons ainsi mis en évidence l'excitation de modes acoustiques transverses localisés dans le coeur de la fibre et piégés par la microstructure, à des fréquences hypersonores dépassant parfois le GHz, en bon accord avec le calcul numérique par élément finis des modes acoustiques de la fibre. De plus, les mesures du spectre de rétrodiffusion Brillouin stimulée ont également révélé le caractère acoustique multimode ainsi que l'augmentation significative du seuil Brillouin dans la plupart des fibres étudiées. Ces résultats ont été confirmés par des mesures distribuées du spectre Brillouin, qui ont montré la grande sensibilité aux contraintes mécaniques des fréquences Brillouin. En annexe à cette thèse, nous avons étudié la génération de supercontinuum, la diffusion Raman et le mélange à quatre ondes dans de courtes longueurs de fibres microstructurées.

Le modèle pair à pair (P2P) est aujourd'hui utilisé dans des environnements contraints. Néanmoins, pour pouvoir garantir un niveau de service, il requiert l'intégration d'une infrastructure de supervision adaptée. Ce dernier point constitue le cadre de notre travail. Concernant la modélisation de l'information de gestion, nous avons conçu une extension de CIM pour le modèle P2P. Pour la valider, nous l'avons implantée sur Jxta. Nous avons ensuite spécialisé notre modèle de l'information pour les tables de hachage distribuées (DHT). Nous avons abstrait le fonctionnement des DHTs, proposé un ensemble de métriques qui caractérisent leur performance, et déduit un modèle de l'information qui les intègre. Enfin, concernant l'organisation du plan de gestion, nous avons proposé un modèle hiérarchique, qui permet aux pairs de s'organiser selon une arborescence de gestionnaires et d'agents. Cette proposition a été mise en oeuvre sur une implantation de Pastry.

Les thèmes de recherche présentés s'articulent autour des architectures et des protocoles de communication et de coordination pour les logiciels distribués coopératifs. Dans le cas de la communication, nous avons étudié un contexte d'interaction synchrone point-à-point, et dans le cas de la coordination, différents types et modes d'interaction sont considérés : synchrones / asynchrones, point-à-points ou multi-points, par échange de messages ou par invocation de méthodes à distance. Nos contributions ont concerné la spécification, la modélisation, la conception, la validation, l'implémentation et l'expérimentation. L'adoption d'une démarche orientée modèle formel constitue une caractéristique partagée par les différents résultats de cette recherche. Cette démarche, orientée modèle, appliquée aux problèmes de conception et de validation des systèmes à architecture multi-composants peut être considérée comme un fil conducteur dont dérive l'ensemble de nos travaux. L'étude du comportement des composants d'une architecture, qui peut se définir comme l'ensemble des règles qui décrivent la dynamique de leurs interactions, a constitué nos travaux de recherche initiaux. Les travaux ultérieurs se sont ouverts pour couvrir les problèmes relatifs à la coordination d'ensembles de composants, laquelle inclut, en particulier, l'intégration et la distribution de ces composants sous différentes contraintes architecturales : interdépendance, dynamisme et distribution. Enfin, la gestion de la dynamique de l'architecture et de ses interactions distribuées ainsi que son application pour le support des activités génériques de coopération ont été deux axes majeurs dans les problèmes traités. L'édition en groupe a constitué pour nous une catégorie spécifique d'activité coopérative. La télé-ingénierie et la télé-formation ont constitué nos domaines d'expérimentation principaux.

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