In recent years, many distributed systems have evolved to cope with the convergence of their domain and computer networks. As an example, Internet telephony has drastically change the face of the telecommuni- cations domain in the last decade by introducing many new services based on Web services and databases. Distributed systems that provide advanced services must be efficient to be able to treat a large number of users and must be robust to face various attacks targeting the service itself or the underlying platform. However, building efficient and robust distributed systems requires an intimate knowledge of the relevant protocols and a substantial understanding of low-level system and network programming, which can be a challenge for many programmers. Nevertheless, the development process of distributed systems still remains rudimentary and requires a high level of low-level expertise. In this thesis, we show that domain-specific languages (DSLs) can successfully reduce the level of ex- pertise required to build efficient and robust distributed systems, making service programming in the reach of average developers. We present three contributions in this area. Our first contribution targets the creation of telephony services based on the SIP protocol. We have defined a domain-specific virtual machine for SIP and a DSL named SPL, providing the programmer with high-level notations and abstractions dedi- cated to telephony service development. The robustness of SPL has been a key factor in expediting service deployment. A variety of services have been written in SPL, demonstrating the usability and ease of pro- gramming of the language. Our second contribution is Zebu, a DSL-based approach for the development of network application protocol-handling layers. We have demonstrated, through various experiments, that this approach is a reliable alternative to manual development in the context of protocol-handling layers. Zebu generated code has good performance and has a significantly lower memory footprint than compa- rable existing manually encoded solutions, while guaranteeing the robustness and performance properties. The third contribution of this thesis is z2z, a generative approach to gateway construction that enables com- munication between devices that use incompatible protocols. Z2z includes a compiler that checks essential correctness properties, and a runtime system that hides low-level details from the gateway programmer. We have used z2z to automatically generate gateways between various incompatible protocols. The generated gateways run with a low runtime memory footprint, with essentially no runtime overhead.

La technologie et les conducteurs socio-économiques créent les conditions d'une transformation profonde, appelée "Softwarization", du Telco et des TIC. Réseaux définis par logiciel et réseau Fonctions de virtualisation sont deux des principales technologies permettant ouvrant la voie à cette transformation. Softwarization permettra de virtualiser toutes les fonctions de réseau et de services d'une infrastructure de Telco et de les exécuter sur une plates-formes logicielles, entièrement découplés de l'infrastructure physique sous (presque basé sur du matériel standard). Tous les services seront fournis en utilisant un «continuum» des ressources virtuelles (traitement, de stockage et de communication) avec un investissement en capital initial pratiquement très limité et avec des coûts d'exploitation modestes. 5G sera la première exploitation de Softwarization. 5G sera une infrastructure distribuée massivement dense, intégrant le traitement, le stockage et (fixes et radio) des capacités de mise en réseau. En résumé, l'objectif général de cette thèse a étudié les défis techniques et les opportunités d'affaires apportées par le "Softwarization" et 5G. En particulier, la thèse propose que le 5G devra avoir une sorte de système d'exploitation (5GOS) capable de fonctionner les RAN et de base et les infrastructures fixes convergés. Les contributions de cette thèse ont été: 1) définir une vision pour les futures infrastructures 5G, des scénarios, des cas d'utilisation et les exigences principales: 2) définissant l'architecture fonctionnelle d'un système d'exploitation pour 5G; 3) la conception de l'architecture logicielle d'un 5GOS pour le "bord Cloud"; 4) comprendre les impacts technico-économiques de la vision et 5GOS, et les stratégies les plus efficaces pour l'exploiter / Technology and socio-economic drivers are creating the conditions for a profound transformation, called “Softwarization”, of the Telco and ICT. Software-Defined Networks and Network Functions Virtualization are two of the key enabling technologies paving the way towards this transformation. Softwarization will allow to virtualize all network and services functions of a Telco infrastructure and executing them onto a software platforms, fully decoupled from the underneath physical infrastructure (almost based on standard hardware). Any services will be provided by using a “continuum” of virtual resources (processing, storage and communications) with practically very limited upfront capital investment and with modest operating costs. 5G will be the first exploitation of Softwarization. 5G will be a massively dense distributed infrastructure, integrating processing, storage and (fixed and radio) networking capabilities. In summary, the overall goal of this thesis has been investigating technical challenges and business opportunities brought by the “Softwarization” and 5G. In particular, the thesis proposes that the 5G will have to have a sort of Operating System (5GOS) capable of operating the converged fixed and RAN and core infrastructures. Main contributions of this thesis have been: 1) defining a vision for future 5G infrastructures, scenarios, use-cases and main requirements; 2) defining the functional architecture of an Operating System for 5G; 3) designing the software architecture of a 5G OS for the “Edge Cloud”; 4) understanding the techno-economic impacts of the vision and 5GOS, and the most effective strategies to exploit it

Présentation d'une conception nouvelle des systèmes d'exploitation. Description du système PASC-HLL

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La sécurité des systèmes informatiques répartis est un problème de plus en plus important, en particulier avec l'utilisation massive du réseau Internet. Il est donc essentiel de pouvoir imaginer des techniques de protection efficaces de nos systèmes et de nos réseaux. Ces travaux proposent une contribution à la protection des systèmes informatiques vis-a-vis des malveillances, en abordant le problème sous deux angles : un angle architectural et un angle expérimental. L'angle architectural concerne la conception d'architectures de sécurité permettant de faire face aux menaces actuelles, en proposant plusieurs approches suivies dans la cadre de différentes thèses. L'angle expérimental se focalise sur des techniques permettant d'améliorer notre connaissance des attaquants et des processus d'attaques, en particulier, les processus qui utilisent le réseau Internet comme support.

L'organisation des systèmes d'entrées sorties. Les entrées sorties dans le système IBM 360. Présentation de l'UCB. Une application de l'UCB : le module interface-canal du système PIAR. Un logiciel de test pour l'UCB. Améliorations et perspectives.

Ces travaux de thèse définissent un environnement de développement ouvert et extensible pour la conception de logiciels à base de composants. L'environnement se présente comme une chaîne de compilation d'architectures logicielles, acceptant des architectures écrites dans des langages différents et fournissant des fonctionnalités comme la génération de code ou le déploiement. L'extensibilité de l'outil est assurée par une architecture à base de composants implantant des patrons de programmation extensibles et supportant un mécanisme de plug-in pour intégrer des extensions de tierces parties. L'utilisation de l'outil est illustrée au travers deux cadres applicatifs ayant pour trame les systèmes sur puces. La première illustre le développement de systèmes d'exploitation pour ceux-ci. La deuxième illustre la définition d'un nouveau langage facilitant l'expression de la synchronisation au sein d'applications de traitement de flux multimédia réparties.

Chaque année en Europe, 1.300.000 accidents de la route ont comme conséquence 1.700.000 blessés. Le coût financier d'accidents de la route est évalué à 160 milliards d'euros (approximativement le même coût aux Etats-Unis). VANET (Vehicular Ad-hoc NETwork) est une des technologies clés qui peut permettre de réduire d'une façon significative le nombre d'accidents de la route (e.g. message d'urgence signalant la présence d'un obstacle ou d'un véhicule en cas de brouillard). En plus de l'amélioration de la sécurité et du confort des conducteurs et des passagers, VANET peut contribuer à beaucoup d'applications potentielles telles que la prévision et la détection d'embouteillages, la gestion d'infrastructure de système de transport urbain (e.g. système de transport intelligent multimodal) etc. Dans cette thèse, je présenterai un système embarqué dédié à la communication inter-véhicule particulièrement pour les applications sécuritaires de passagers et de conducteurs. Nos efforts de recherche et de développement sont centrés sur deux principaux objectifs : minimiser le temps de latence intra-noeud et le délai de communication inter-véhicule en prenant en compte le changement dynamique du VANET. De ce fait pour atteindre ces objectifs, des nouvelles approches (e.g. inter-couche 'Cross-layering') ont été explorées pour respecter les contraintes de ressource (QoS, mémoire, CPU et énergie de la communication inter-véhicule) d'un système embarqué à faible coût. Le système de communication embarqué proposé comporte deux composants logiciels principaux : un protocole de communication dénommé CIVIC (Communication Inter Véhicule Intelligente et Coopérative) et un système d'exploitation temps réel appelé HEROS (Hybrid Event-driven and Real-time multitasking Operating System). CIVIC est un protocole de communication géographique à faible consommation énergétique et à faible temps de latence (délai de communication). HEROS gère contextuellement l'ensemble du système (matériel et logiciel) en minimisant le temps de latence et la consommation des ressources (CPU et mémoire). En outre, le protocole de communication CIVIC est équipé d'un système de localisation LCD-GPS (Low Cost Differential GPS). Pour tester et valider les différentes techniques et théories, la plateforme matérielle LiveNode (LImos Versatile Embedded wireless sensor NODE) a été utilisée. En effet, la plateforme LiveNode permet de développer et de prototyper rapidement des applications dans différents domaines. Le protocole de communication CIVIC est basé sur la technique de 'broadcast' à un saut ; de ce fait il est indépendant de la spécificité du réseau. Pour les expérimentations, seule la norme d'IEEE 802.15.4 (ZigBee) a été choisie comme médium d'accès sans fil. Il est à noter que le médium d'accès sans fil ZigBee a été adopté comme le médium standard pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) et le standard 6LoWPAN ; car il est peu coûteux et peu gourmand en énergie. Bien que le protocole de communication à l'origine soit conçu pour répondre aux exigences de VANET, ses domaines d'application ne sont pas limités à VANET. Par exemple il a été utilisé dans différents projets tels que MOBI+ (système de transport urbain intelligent) et NeT-ADDED (projet européen FP6 : agriculture de précision). Les VANETs et les RCSFs sont les réseaux fortement dynamiques, mais les causes de changement topologique de réseau sont différentes : dans le réseau VANET, il est dû à la mobilité des véhicules, et dans le RCSF, il est dû aux pannes des noeuds sans fil. Il est à noter que le VANET et le RCSF sont généralement considérés comme un sous-ensemble du réseau MANET (réseau ad-hoc mobile). Cependant, ils sont réellement tout à fait différents du MANET classique, et leurs similitudes et différences seront expliquées en détail dans la thèse. La contribution principale de mes travaux est le protocole CIVIC, qui échange des messages en basant sur l'information géographique des noeuds (position). Les travaux relatifs de la thèse se concentreront sur les techniques, les problèmes et les solutions de routage géographique, mais d'autres techniques de routage seront également adressées. Quelques projets relatifs au protocole de communication ont été étudiés mais leur implémentation et les aspects d'expérimentation n'ont pas été détaillés. Enfin la thèse ne présente pas simplement les techniques et concepts adoptés, et les résultats de simulation, mais en outre, elle expliquera les aspects techniques importants pour la réalisation et l'expérimentation des différentes applications ainsi que les résultats concrets obtenus.

In this dissertation, we present our work on fault management in distributed systems, with motivating application roots in monitoring fault and abrupt change of large computing systems like the grid and the cloud. Instead of building a complete a priori knowledge of the software and hardware infrastructures as in conventional detection or diagnosis methods, we propose to use appropriate techniques to perform end-to-end monitoring for such large scale systems, leaving the inaccessible details of involved components in a black box.For the fault monitoring of a distributed system, we first model this probe-based application as a static collaborative prediction (CP) task, and experimentally demonstrate the effectiveness of CP methods by using the max margin matrix factorization method. We further introduce active learning to the CP framework and exhibit its critical advantage in dealing with highly imbalanced data, which is specially useful for identifying the minority fault class.Further we extend the static fault monitoring to the sequential case by proposing the sequential matrix factorization (SMF) method. SMF takes a sequence of partially observed matrices as input, and produces predictions with information both from the current and history time windows. Active learning is also employed to SMF, such that the highly imbalanced data can be coped with properly. In addition to the sequential methods, a smoothing action taken on the estimation sequence has shown to be a practically useful trick for enhancing sequential prediction performance.Since the stationary assumption employed in the static and sequential fault monitoring becomes unrealistic in the presence of abrupt changes, we propose a semi-supervised online change detection (SSOCD) framework to detect intended changes in time series data. In this way, the static model of the system can be recomputed once an abrupt change is detected. In SSOCD, an unsupervised offline method is proposed to analyze a sample data series. The change points thus detected are used to train a supervised online model, which gives online decision about whether there is a change presented in the arriving data sequence. State-of-the-art change detection methods are employed to demonstrate the usefulness of the framework.All presented work is verified on real-world datasets. Specifically, the fault monitoring experiments are conducted on a dataset collected from the Biomed grid infrastructure within the European Grid Initiative, and the abrupt change detection framework is verified on a dataset concerning the performance change of an online site with large amount of traffic.