Thèse (M.Ges.Org.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2005. / Bibliogr.: f. 131-136. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Aujourd'hui, les plates-formes hétérogènes et partagées que sont les grilles de calcul sont omniprésentes. De plus, le besoin d'exécuter des applications parallèles complexes est croissant. Cette thèse vise à ordonnancer des applications représentées par des graphes de tâches modelables (dont le nombre de processeurs est fixé par l'ordonnanceur) sur des grilles de calcul en exploitant le maximum de parallélisme, utilisant efficacement les ressources, gérant l'hétérogénéité et le partage des ressources. Nous avons pour cela opté pour des heuristiques pragmatiques car, bien qu'elles n'offrent pas de garantie de performance, elles peuvent néanmoins conduire à de bonnes performances moyennes tout en construisant des ordonnancements en des temps relativement courts. La plupart des heuristiques existantes n'ordonnancent les applications parallèles mixtes qu'en milieu homogène et utilisent parfois inefficacement les ressources. Nous avons donc tout d'abord étudié différentes heuristiques dans le cas de plates-formes homogènes et proposé des améliorations visant à améliorer le compromis entre réduction du temps de complétion et efficacité. Nous avons ensuite introduit la gestion de l'hétérogénéité dans l'heuristique proposée et comparé ses performances à celles d'un algorithme garanti. Enfin, nous avons tenu compte du caractère partagé des grilles en gérant la concurrence entre applications. L'approche retenue consiste à limiter la quantité de ressources que chaque application peut utiliser pour construire son ordonnancement. Nous avons également proposé plusieurs stratégies de détermination de cette contrainte de ressources. / Today, computing grids, that are shared and heterogeneous platforms, are ubiquitous. Furthermore, the need to execute complex parallel applications is growing. The aim of this thesis is to schedule applications modeled by moldable task graphs (the number of processors allocated to each task is fixed by the scheduler) onto computing grids to exploit maximum parallelism, use efficiently the resources and manage the sharing of resources. We chose to design pragmatic heuristics because, although they do not guarantee performance, they can lead to good average performance while computing schedules in relatively short times. Almost all existing heuristics only schedule mixed parallel applications onto homogeneous platforms and they sometimes use inefficiently the resources. Thus, we first studied different scheduling heuristics in the case of homogeneous platforms and propose improvements to have a good compromise between the completion time and the efficiency. We then introduced management of heterogeneity in the proposed heuristic and compared its performances with those of a guaranteed algorithm. Finally, we have taken into account the fact that grids are shared by managing competition between applications. Our approach is to limit the amount of resources that each application can use to build its schedule. We also proposed different strategies to determine that resource constraint.

Aujourd'hui, les plates-formes hétérogènes et partagées que sont les grilles de calcul sont omniprésentes. De plus, le besoin d'exécuter des applications parallèles complexes est croissant. Cette thèse vise à ordonnancer des applications représentées par des graphes de tâches modelables (dont le nombre de processeurs est fixé par l'ordonnanceur) sur des grilles de calcul en exploitant le maximum de parallélisme, utilisant efficacement les ressources, gérant l'hétérogénéité et le partage des ressources. Nous avons pour cela opté pour des heuristiques pragmatiques car, bien qu'elles n'offrent pas de garantie de performance, elles peuvent néanmoins conduire à de bonnes performances moyennes tout en construisant des ordonnancements en des temps relativement courts. La plupart des heuristiques existantes n'ordonnancent les applications parallèles mixtes qu'en milieu homogène et utilisent parfois inefficacement les ressources. Nous avons donc tout d'abord étudié différentes heuristiques dans le cas de plates-formes homogènes et proposé des améliorations visant à améliorer le compromis entre réduction du temps de complétion et efficacité. Nous avons ensuite introduit la gestion de l'hétérogénéité dans l'heuristique proposée et comparé ses performances à celles d'un algorithme garanti. Enfin, nous avons tenu compte du caractère partagé des grilles en gérant la concurrence entre applications. L'approche retenue consiste à limiter la quantité de ressources que chaque application peut utiliser pour construire son ordonnancement. Nous avons également proposé plusieurs stratégies de détermination de cette contrainte de ressources.

Les grappes de calcul sont constituées par l'interconnexion de stations de travail par un réseau plus ou moins performant. Elles rencontrent un large succès dans le domaine du calcul scientifique. De nombreux protocoles et interfaces de programmation ont été développés pour exploiter ces grappes tels que Posix Threads, Marcel, Open MP, Socket, MPI, Madeleine, GM/Myrinet, Corba, etc. Pourtant la programmation d'une application ou le portage d'un environnement de programmation parallèle sur ces grappes est un travail difficile du fait de la complexité et la variété des caractéristiques de ces architectures et des bibliothèques disponibles. L'objectif de cette thèse est de définir et d'évaluer les performances d'INUKTITUT, un interface qui permet de porter efficacement et facilement sur des grappes des applications et des environnements de programmation parallèle de haut niveau comme Athapascan. INUKTITUT contient des fonctions pour multiprogrammation légère et pour les communications à base de message actif : le parallélisme intra-nœuds des processus, est géré à l'aide de processus légers communiquant par la mémoire partagée ; le parallélisme inter-nœuds est exploité par des communications basées sur des messages actifs. INUKTITUT est porté avec succès sur des systèmes aussi différents que Linux, Unix, MacOS X, Windows au dessus de TCP/IP, Myrinet ou Corba. Ce mémoire présente l'architecture d'INUKTITUT et les résultats d'évaluation des performances. Les deux applications principales utilisant INUKTITUT sont : Athapascan, un environnement de programmation parallèle et les KaTools, des outils pour le déploiement efficace de grandes grappes.

Cette thèse a pour cadre les communications dans les machines paral lèles dans une optique de calcul haute-performance. Les évolutions du matériel ont rendu nécessaire les adaptations des logiciels destinés à exploiter les machines parallèles. En effet, les architectures de type ``grappes'' sont maintenant très répandues et l'apparition des grilles de calcul complique encore plus la situation car l'obtention des hautes performances passe par une exploitation des différents réseaux rapides disponibles et une prise en compte de la hiérarchie intrinsèque des configurations considérées. Au niveau applicatif, de nouvelles exigences émergent comme la dynamicité. Or, ces aspects sont trop souvent partiellement traités, en particulier dans les implémentations du standard de programmation par passage de messages MPI. Les solutions existantes se concentrent sur la hiérarchie et l'hétérogénéité ou la dynamicité, exceptionnellement les deux. En ce qui concerne les premiers aspects, des simplifications conduisent à une exploitation suboptimale du matériel potentiellement disponible. Nous avons analysé des implémentations existantes de MPI et avons proposé une architecture répondant aux besoins formulés. Cette architecture repose sur une for te interaction entre communications et processus légers et son c\oe ur est constitué par un moteur de progression des communications qui permet d'améliorer substantiellement les mécanismes existants. Les deux éléments logiciels fondamentaux sont une bibliothèque de processus légers (Marcel) ainsi qu'une couche générique de communication (Madeleine). L'implémentation de cette architecture a débouché sur le logiciel MPICH-Madeleine, utilisé ou évalué par plusieurs équipes et projets de recherche en France comme à l'étranger. L'évalution des performances (comparaisons avec Madeleine, mesures des opérations point-à-point, noyaux applicatifs) menée avec plusieurs réseaux haut-débit sur des grappes homogènes de machines multi-processeurs et les comparaisons avec MPICH-G2 ou PACX-MPI en environnement hétérogène démontrent que MPICH-Madeleine atteint des résultats de niveau similaire voire supérieur à ceux d'implémentations spécialisées de MPI.

Les grappes et grilles de machines connaissent, à l'heure actuelle, un succès grandissant. Les avantages offerts par ces supports d'exécution sont multiples : faible coût d'installation, facilité d'adaptation à la charge, facilité de portage des codes de calculs pré-existants ... De par la démocratisation de ces supports d'exécution, l'informatique évolue vers un modèle déporté où la puissance de traitement est fournie sous forme de services. Cette thèse étudie et propose des solutions à la problématique de mise en place de services déportés sur des grappes de machines. Les problématiques d'observation de l'état des machines, de haute disponibilité, de prise en compte de l'aspect dynamique d'une grappe de machines et de gestion d'accès personnalisés aux grappes de machines ont été étudiées. Le gestionnaire de ressources AROMA (scAlable ResOurces Manager and wAtcher), développé durant cette thèse permet d'apporter des réponses concrètes à ces problématiques. L'originalité de cet outils réside dans la prise en compte de l'aspect dynamique des grappes de machines, et dans la précision des informations d'état collectés sur les machines. La précision de ces informations permet notamment la prise de décisions de placement intégrant la notion de qualité de service. La problématique du dimensionnement des grappes de machines déportées est ensuite abordée. Le comportement des différents éléments ayant une influence sur les performances du système est étudié : les clients, les applications, les machines, les systèmes d'exploitation et la couche réseau. Différents modèles de simulations de ces éléments ont été intégrés au simulateur DHS (Distributed Hybride Simulator). Les résultats obtenus par ce simulateur sont enfin comparés à des modèles analytiques et à des mesures d'exécutions réelles afin de valider leur pertinence et d'évaluer les performances de la simulation. L'originalité de ce travail réside dans la simulation de l'ensemble des éléments ayant une influen ce sur les performances d'une grappe de machines. Les modèles proposés offrent différents niveaux de détails permettant de sélectionner le rapport précision/performance souhaité.

Cette thèse combine le calcul haute performance à la réalité virtuelle pour permettre la conception de méthodes de couplage de composants parallèles à l'intérieur d'applications distribuées et interactives.<br /> Un nouveau modèle de couplage est présenté, conçu selon des critères de modularité, simplicité, efficacité et extensibilité. La construction des applications repose sur une séparation entre la programmation de modules parallèles réutilisables et la définition de l'application sous forme de graphe de flux de données contenant des mécanismes de filtrage et de synchronisations, permettant d'exprimer des schémas de communication collective et des politiques de couplage avancées.<br /> Ce travail sur le couplage interactif est complété par une extension haut niveau concernant le rendu distribué. En exploitant une description modulaire de la scène 3D en primitives indépendantes basées sur l'utilisation de shaders, des réseaux de filtrage permettent de combiner plusieurs flux pour acheminer efficacement les informations aux machines de rendu. Ce système est très extensible et permet la création de nouvelles applications exploitant la puissance des cartes graphiques pour décharger certains calculs des processeurs et réduire les transferts réseau.<br /> De nombreuses applications nouvelles sont ainsi développées, combinant des algorithmes de vision parallélisés immergeant l'utilisateur dans l'environnement virtuel, et des interactions avec des objets contrôlés par des simulations physiques distribuées (poterie, collisions, fluides).

Les gestionnaires de ressources reposant sur une gestion dynamique des tâches permettent une utilisation efficace des ressources des grappes de serveurs. Ils mettent en oeuvre pour cela des mécanismes manipulant à la volée l'état des tâches et leur placement sur les différents noeuds de la grappe. En pratique, ces stratégies d'ordonnancement ad-hoc s'adaptent difficilement aux grappes. En effet, celles-ci ne permettent pas nécessairement une manipulation fiable des tâches et peuvent imposer des contraintes d'ordonnancement spécifiques. Dans cette thèse, nous nous sommes fixés comme objectif de faciliter le développement de gestionnaires de ressources basés sur une gestion dynamique des tâches. Pour cela, nous avons retenu une architecture à base de machines virtuelles qui exécutent les tâches des utilisateurs dans leur propre environnement logiciel tout en proposant les primitives nécessaires à la manipulation de celles-ci de manière non-intrusive. Nous avons également proposé une approche autonome optimisant en continu l'ordonnancement des tâches. Les stratégies d'ordonnancement sont implémentées au moyen de la programmation par contraintes qui permet de définir de manière flexible des problèmes d'ordonnancement et de les résoudre. Nous avons validé notre approche par le développement et l'évaluation du prototype Entropy, support pour l'implémentation de différentes stratégies d'ordonnancement. Celles-ci ont pu répondre efficacement à des problèmes concrets et actuels.

Contexte : Etant donné la forte progression de la prévalence du surpoids et de l'obésité à l'adolescence ces dernières décennies, la prévention est devenue une priorité de santé publique internationale. Objectif : L'essai PRALIMAP (PRomotion de l'ALIMentation et de l'Activité Physique) évalue l'impact de trois stratégies de prévention du surpoids et de l'obésité - « Education », « Environnement », « Dépistage » - chez les adolescents en milieu scolaire, sur la corpulence, les connaissances, attitudes et comportements des adolescents vis-à-vis de la nutrition (alimentation et activité physique). Méthode : Les trois stratégies ont été affectées à 24 lycées de la région Lorraine (Nord-est de la France) sur 2 années (en classe de seconde et de première) par randomisation en grappe (=lycée), selon un plan factoriel 2x2x2. La stratégie Éducation consistait en des cours et des travaux de groupe sur la nutrition et une fête nutritionnelle annuelle. La stratégie Environnement consistait à améliorer l'offre nutritionnelle des lycées et organiser une fête nutritionnelle annuelle. La stratégie Dépistage consistait en un repérage des adolescents en surpoids ou obèses suivi d'une prise en charge adaptée collective. Les données ont été recueillies à 3 reprises : à l'entrée en classe de seconde (T0), de première (T1) et de terminale (T2). L'indice de masse corporelle (IMC), son z-score et la proportion d'adolescents en surpoids ou obèses étaient les critères de jugement principaux. Les critères de jugement secondaires étaient les connaissances et comportements nutritionnels. Les différences d'évolution T0-T2 des critères de jugement entre les 12 lycées ayant bénéficié d'une stratégie et les 12 lycées témoins de cette stratégie a été analysée à l'aide de modèles mixtes. Une évaluation du processus a permis d'estimer la dose réelle d'intervention de chaque stratégie dans chacun des lycées. Résultats : La stratégie Dépistage a entrainé une amélioration de la corpulence : augmentation moins importante de l'IMC avec la stratégie Dépistage (+0,6 vs +0,7, p=0,0303), diminution plus importante du z-score de l'IMC (-0,9 vs -0,5, p=0,0173) et de la prévalence du surpoids et de l'obésité (-2,3% vs -0,6%, p=0,0386). La stratégie Education a entrainé une amélioration de certains comportements nutritionnels : augmentation plus importante de la proportion d'adolescent suivant la recommandation nutritionnelle sur les féculents (3,6% vs -0,7%, p=0,0357) et du nombre d'activités physiques pratiquées (+0,02 vs -0,10, p=0,0047). La stratégie Environnement a amélioré les comportements et les connaissances nutritionnels : diminution moins importante de la proportion d'adolescents suivant la recommandation nutritionnelle sur le nombre de repas hebdomadaire (-4,5% vs -8,5%, p=0,0101) et amélioration plus importante du score de connaissances nutritionnelles (+1,9 point vs +1,0 point, p=0,0094). Des différences dans la réalisation des activités et la participation ont été mises en évidence suite à l'estimation de la dose d'intervention et peuvent expliquer certains résultats observés. Conclusion : Une stratégie de dépistage structurée en milieu scolaire apparaît bénéfique sur la réduction du surpoids et de l'obésité. L'addition d'activités d'éducation nutritionnelles dans le cursus n'induit pas d'effets sur la corpulence à court terme. La modification de l'environnement nutritionnel scolaire semble avoir un effet sur les indicateurs intermédiaires de connaissances et comportements nutritionnels / Background: Given the increasing prevalence of youth overweight and obesity in the last decade, prevention as become an international public health priority.Objective: The aim of The PRALIMAP (PRomotion de l'ALIMentation et de l'Activité Physique) trial was to evaluate the 2-year effectiveness of three strategies - « Education », « Screening » et « Environment »- aimed at preventing overweight and obesity among adolescents in high school setting on body size and nutritional knowledge and behaviours. Method: PRALIMAP was a school-based randomized controlled trial beginning in 24 state-run high schools (clusters) in Lorraine (north-eastern France). Each study high school was assigned to receive or not, over a 2-year period (grades 10 and 11), each of the three prevention strategies according to a 2x2x2 factorial school randomization. The prevention strategies were: ?education? (development of nutritional knowledge and skills), "environment" (creation of favourable environment by improving availability of dietary items with a good nutritional quality and physical activity), and "screening" (detection of overweight and obesity and, if necessary, adapted care management). The follow-up consisted of three visits: at the entry of grade 10(T0), grade 11(T1) and grade 12(T2). Body mass index (BMI), BMI z-score and prevalence of overweight and obesity were the main outcomes measures. Secondary outcomes measures were nutritional knowledge and behaviours. Comparisons of changes (T2-T0) of outcomes measures between each strategy schools and their control were carried out using a three-level hierarchical mixed model. A process evaluation allowed estimating an intervention dose really received by adolescents. Results: The 2-year change of anthropometric outcomes was more favourable in the 12 screening high schools as compared with the no-screening ones: a lower increase in BMI (+0,6 vs +0,7, p=0,0303), a greater decrease in BMI z-score (-0,9 vs -0,5, p=0,0173) and a greater decrease in overweight / obesity prevalence (-2,3% vs -0,6%, p=0,0386). The education strategy resulted in improved nutritional behaviours: a greater increase in achievement of starchy food guidelines (3,6% vs -0.7%, p=0.0357) and physical activity practice (+0,02 vs -0,10, p=0,0047). The environment strategy resulted in improved nutritional attitudes: a lower decrease in achievement of number of weekly meals guidelines (-4.5% vs -8.5%, p=0.0101) and greater increase in nutritional knowledge (+1,9 point vs +1,0 point, p=0.0094). Some differences in activity implementation and participation were highlighted and can explain some of the results observed. Conclusions: The screening strategy is an effective way to prevent, at two years, overweight and obesity among adolescents in a high school setting. Nutritional education added to the curriculum is not effective in the short term on body size. The school nutritional environment modification is slightly associated with improved nutritional knowledge and behaviours