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Cette thèse de doctorat, en Sciences de Gestion, a pour terrain de réflexions et d’actions de recherche, le projet WITE 2.0 consacré à l’analyse technico-organisationnelle d’un dispositif TIC en développement : une plateforme intégrée de télétravail. Cette plateforme permet de travailler «à distance» en mode connecté ou non, à partir de n’importe quel terminal (PC, téléphone, tablette), sur un mode «client léger» et dans un environnement de type cloud computing. De la conception de cette plateforme ont émergé des questionnements relatifs à la place des technologies d’information et de communication (TIC) dans les activités de travail réalisées «à distance» de son collectif de travail. Notre stratégie de recherche est constituée de deux grandes phases d’actions de recherche : la première consistait à connaître la diversité des configurations de «télétravail» et la seconde à comprendre les modes d’appropriation et les limites des technologies de communication unifiée entrant en jeu dans la conception de la plateforme. Ces deux phases ont été conduites dans une perspective de l’«action située» et suivant une méthodologie qualitative fondée sur des études par entretiens et par observations. Les résultats rendent compte des réalités des pratiques de travail à distance en situation de mobilité équipée, des limites des équipements et des tactiques construites par les acteurs pendant la «mise en pratique» de la technologie. Ces résultats révèlent aussi les normes, souvent tacites, et valeurs d’usages de ces nouvelles technologies et permettent d’appréhender leur conception au travers des recommandations managériales englobant leurs aspects technique, d’usage et de service.

This doctoral thesis in Management Sciences concerns the project WITE 2.0 dedicated to the analysis and the design of technical and organizational ICT device : an integrated platform for teleworking. This platform allows you to work "remotely" on a connected mode or not, from any device (PC, phone, tablet), on a "thin client" and in a work environment like « cloud computing ». Some questions have emerged related to the design of the platform : these questions concern the role of the information and communication technologies (ICT) in the progress of remote working. Our design of research is divided into two research’s actions : firstly, we wanted to know the diversity of remote working configurations and secondly, we wanted to understand how the appropriation’s codes and norms of the new technologies (used for the platform) take place. We followed an « situed action » perspective and a qualitative methodology based on semi-structured interviews and observations. In our results, we describe the remote working’s realities, the limitations of the technologies and the tactics built by the workers while they « enact » the technology remotly. We discovered some use’s norms, often in a tacit dimension, and use’s values of these new technologies. Finally we gave some managerial recommandations concerning the technical, use and service aspects.

Advisors/Committee Members: Fernandez, Valérie (thesis director).

▼ Hardware virtualisation is the provision of an isolated virtual environment that represents real physical hardware. It enables operating systems, or other system-level software (the guest), to run unmodified in a “container” (the virtual machine) that is isolated from the real machine (the host). There are many use-cases for hardware virtualisation that span a wide-range of end-users. For example, home-users wanting to run multiple operating systems side-by-side (such as running a Windows® operating system inside an OS X environment) will use virtualisation to accomplish this. In research and development environments, developers building experimental software and hardware want to prototype their designs quickly, and so will virtualise the platform they are targeting to isolate it from their development workstation. Large-scale computing environments employ virtualisation to consolidate hardware, enforce application isolation, migrate existing servers or provision new servers. However, the majority of these use-cases call for same-architecture virtualisation, where the architecture of the guest and the host machines match—a situation that can be accelerated by the hardware-assisted virtualisation extensions present on modern processors. But, there is significant interest in virtualising the hardware of different architectures on a host machine, especially in the architectural research and development worlds. Typically, the instruction set architecture of a guest platform will be different to the host machine, e.g. an ARM guest on an x86 host will use an ARM instruction set, whereas the host will be using the x86 instruction set. Therefore, to enable this cross-architecture virtualisation, each guest instruction must be emulated by the host CPU—a potentially costly operation. This thesis presents a range of techniques for accelerating this instruction emulation, improving over a state-of-the art instruction set simulator by 2:64x. But, emulation of the guest platform’s instruction set is not enough for full hardware virtualisation. In fact, this is just one challenge in a range of issues that must be considered. Specifically, another challenge is efficiently handling the way external interrupts are managed by the virtualisation system. This thesis shows that when employing efficient instruction emulation techniques, it is not feasible to arbitrarily divert control-flow without consideration being given to the state of the emulated processor. Furthermore, it is shown that it is possible for the virtualisation environment to behave incorrectly if particular care is not given to the point at which control-flow is allowed to diverge. To solve this, a technique is developed that maintains efficient instruction emulation, and correctly handles external interrupt sources. Finally, modern processors have built-in support for hardware virtualisation in the form of instruction set extensions that enable the creation of an abstract computing environment, indistinguishable from real hardware. These extensions enable guest…

▼ This dissertation is a report on storage management model providing direct data transfer between storage and client, network-attached storage devices have the potential to Improve scalability (by eliminating the server as a bottleneck) and performance. Network-attached secure disks (NASD) are drives that support independent client access to drive provided object services. To realize the full potential of the technology we should carefully consider security challenges that will be paused by such distributed network storage interactions and then provide a security model and a security implementation to provide action and data privacy. The dissertation will demonstrate through experimentation and graphical representation, of results obtained, how NASD can perform better than the classical store and forward processes.

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Cette thèse vise à interroger la situation de l'individu face à l'horizon virtuel de l'ère interconnectée, ainsi que la créativité surgie du cyberespace. Divisée en deux parties, la première section de cette thèse consiste en une analyse des expériences plastiques, elles-mêmes élaborées en rapport avec les réseaux sous diverses formes : installation, net-art, vidéo, photographie numérique et performance GPS. Les quatre projets artistiques proposés ont ainsi permis une interrogation sur la question du regard, qui, dans le cadre des arts plastiques, traverse à la fois l'auteur, le dispositif et le spectateur. Dans la seconde section,il s'agit de tenter de répondre davantage aux problématiques engagées par ces expériences artistiques. La métaphore du « cycle hydrologique » est d'abord proposée afin de comprendre les réseaux informatiques. Une approche du devenir de l'image du monde est ensuite réalisée à travers un parcours historique sur des cartes géographiques. L'hypothèse proposée est que si ce parcours et cette évolution sont conçus comme la transformation d'une conception mythologique du monde en une représentation rationnelle, l'imaginaire engagé par les cartes numériques peut impliquer à nouveau certaines caractéristiques d'une représentation mythologique. Des phénomènes culturels se trouvant à la frontière du cybermonde sont analysés, dans lesquels les questions du virtuel s'avèrent déterminantes, en particulier celle de la réalité augmentée, de la durée d'immersion virtuelle, de « l'auto-virtualisation » et rejoignent à nouveau l'hypothèse d'une mythologie propre à l'espace-temps virtuel édifié sur les réseaux.

This thesis aims to examine the situation of individuals facing virtual space in the interconnected era and the creativity that emerges in the cyberspace. The thesis is divides into two parts. The first part consists of an analysis of my personal experience in conducting four art projects elaborated in various forms, including installation art, net.art, video art, digital photography and GPS performance art. Regardless of which artistic form is in question, « look » is the key in connecting the author, the audience as well as the visual media. The second part aims to further explore the artistic issues derivated from the personal experience, namely net art, map and virtuality. In order to fulfil this task, the metaphor of « water cycle » is applied to conceptualize the development of internet in a systematic way. In addition, world maps at different stages of human civilization are analyzed to shed light on how the worlview has changed over time. Based on that, a hypothesis is proposed : if the changes in world maps over the course of human history reflects a gradual replacement of a mythological perception of the world by a more rational perspective, the creativity shown in trendy digital maps nowadays might point to a resuscitation of a world view featuring mythological representation. Some cultural phenomena in the cyber space are also analyzed. The focus of the analysis is on a few issues related…

Advisors/Committee Members: Guelton, Bernard (thesis director).

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L'augmentation des besoins en calcul pour les applications modernes (par exemple dans le big data) a conduit au développement d'infrastructures de calcul de moyenne à très grande taille. Dans ce contexte, le cloud est devenu la solution permettant la mutualisation des ressources. De plus en plus d'entreprises ou d'institutions scientifiques mettent en place leur propre structure de cloud privée. Une technologie clé sous-jacente au développement de ces infrastructures est la virtualisation. Les infrastructures virtualisées apportent de nombreux avantages pour la gestion des ressources, mais l'optimisation de la gestion des ressources reste un défi, avec l'objectif d'assurer un taux d'utilisation élevé des ressources matérielles et un faible gaspillage. La consolidation des serveurs a été introduite dans le but d'optimiser ces infrastructures. Le principe est de rassembler les machines virtuelles (VMs) sur un nombre minimal de serveurs, permettant alors de suspendre les serveurs inutilisés. Cependant, les stratégies de consolidation sont complexes à mettre en oeuvre, car elles doivent prendre en compte différents types de ressources (CPU, mémoire, I/O). De plus, l'utilisation de ces ressources peut varier fortement au cours du temps et la consolidation repose sur la migration de VM qui est une opération très lourde. En conséquence, les consolidations sont effectuées à une fréquence relativement faible. Dans cette thèse, nous proposons la conception d'un système de gestion mémoire permettant la mutualisation de la mémoire entre les VMs. Ce système est orthogonal et complémentaire à la consolidation. La première contribution est un système de surveillance qui permet de mesurer le working-set (WS) de chaque VM à l'exécution avec une faible intrusivité. L'étape suivante est de reprendre la mémoire inutilisée par les VMs ayant un petit WS et de l'allouer aux VMs ayant un gros WS pour les aider à surmonter des surcharges mémoire temporaires. Ainsi, nous proposons un système de mutualisation mémoire à la fois local et global, permettant la surveillance de la taille du WS de chaque VM et la mutualisation de la mémoire inutilisée, soit localement (avec des VMs sur le même serveur) ou globalement (avec des VMs sur des serveurs voisins). La solution a été évaluée avec des benchmarks du HPC et du traitement de données massives, et également des applications scientifiques et du big data (Apache Spark). Les résultats démontrent la pertinences des choix effectués.

The increasing computation needs of modern applications led to the development of medium to large scale computer infrastructures. Cloud computing became a key solution for resource mutualization. More and more enterprises and scientific institutions set-up their own private cloud facilities. The key technology behind the development of these infrastructures is virtualization. Virtualized infrastructures bring many advantages for resource management, but resource optimization is still a challenge, for ensuring high hardware utilization and low waste. Server consolidation…

Advisors/Committee Members: Hagimont, Daniel (thesis director), Astsatryan, Hrachya (thesis director).

▼ This thesis work has investigated the impact and implications a virtual layer could have in a transportable radar system in order to determine the feasibility of implementing such a layer in Saab’s radar systems. Today, multiple computing boards are used in the Data Processing unit of these radar systems, but in the future Saab wishestoreducethisnumber. Beforethiscanbedone,itisimportanttoknowwhat implications such achange might have. Investigating thepotential performanceloss andthebehaviourofdifferentvirtuallayerscanprovideanswerstoifandwhatkind of virtual layer could be used in Saab’s systems. This has been done by measuring the performance differences between running an application on a physical machine and running the same application in a virtual layer. Our experiments show that the virtual layer itself does not have a significant impact as long as the virtual layer operates under the same conditions as the physical machine, i.e. it has the same clock frequency the same amount of RAM etc. In addition to measuring performance, we have also made an attempt to investigate the impact the virtual layer has on the energy consumption. Our main findings are that the performance in terms of execution time is barely impacted when running CPU heavy applications in Docker containers while Docker containers have a significant impact on I/O operations. A potential drawback from using Docker containers is that our energy measurements suggest that the container could possibly increase the energy consumption significantly. We also find that a Xen guest could possibly have performance close to the physical machine if both machines are running on CPUs with the same clock frequency. We come to the conclusion that Xen is a feasible tool to use in order to facilitate transition from a structure consisting of multiple physical computing boards to a structure only containing one physical computing board. Our observation is that a virtual layer does not have a significant impact on CPU performance, but the performance of I/O operations is noticeably negatively affected. Energy consumption could only be measured on Docker containers and here we observe an increase in energy consumption on a process level.

▼ Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) can be utilised to speed up applications by two orders of magnitude as compared to running on conventional CPUs. However, designing FPGA accelerators still remains challenging for most users. Furthermore, despite the trend of integrating FPGA resources into high-performance and cloud computing systems, FPGA management is still immature commonly following a run-tocompletion execution model and with providing no abstraction layers to underlying hardware. Thus, FPGA virtualisation is highly desired to provide an abstraction level for FPGA development and deployment in complex heterogeneous CPU+FPGA computing systems which provide us an opportunity to adapt the workload on either software (running on CPUs) or hardware (running on FPGAs). This PhD thesis aims at promoting FPGA virtualisation for such heterogeneous computing systems ranging from embedded, to edge, to high-performance and cloud nodes. Consequently, this thesis proposes a fully FPGA-virtualised computing model to tackle these obstacles on complex heterogeneous CPU+FPGA systems. Moreover, partial reconfiguration is one of the key techniques to implement the proposed model, yet has still significant limitations which prevented us to implement such model on real hardware. These limitations motivated this PhD project and resulted in the development and implementation of several solutions to overcome these limitations, and hence, advance the partial reconfiguration technique towards the propsed fully FPGA-virtualised computing model. Combining this new capability of partial reconfiguration with other academic design tools, a novel design methodology has been developed to realise the proposed model on real hardware. Finally, resulting systems of the proposed design methodology on various heterogeneous computing platforms have shown significant improvements in compute performance thanks to the here implemented FPGA-virtualised techniques. Advisors/Committee Members: GARSIDE, JAMES J, Koch, Dirk, Garside, James.

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Afin de répondre aux besoins croissants de la simulation numérique et de rester à la pointe de la technologie, les supercalculateurs doivent d’être constamment améliorés. Ces améliorations peuvent être d’ordre matériel ou logiciel. Cela force les applications à s’adapter à un nouvel environnement de programmation au fil de son développement. Il devient alors nécessaire de se poser la question de la pérennité des applications et de leur portabilité d’une machine à une autre. L’utilisation de machines virtuelles peut être une première réponse à ce besoin de pérennisation en stabilisant les environnements de programmation. Grâce à la virtualisation, une application peut être développée au sein d’un environnement figé, sans être directement impactée par l’environnement présent sur une machine physique. Pour autant, l’abstraction supplémentaire induite par les machines virtuelles entraine en pratique une perte de performance. Nous proposons dans cette thèse un ensemble d’outils et de techniques afin de permettre l’utilisation de machines virtuelles en contexte HPC. Tout d’abord nous montrons qu’il est possible d’optimiser le fonctionnement d’un hyperviseur afin de répondre le plus fidèlement aux contraintes du HPC que sont : le placement des fils d’exécution et la localité mémoire des données. Puis en s’appuyant sur ce résultat, nous avons proposé un service de partitionnement des ressources d’un noeud de calcul par le biais des machines virtuelles. Enfin, pour étendre nos travaux à une utilisation pour des applications MPI, nous avons étudié les solutions et performances réseau d’une machine virtuelle.

To meet the growing needs of the digital simulation and remain at the forefront of technology, supercomputers must be constantly improved. These improvements can be hardware or software order. This forces the application to adapt to a new programming environment throughout its development. It then becomes necessary to raise the question of the sustainability of applications and portability from one machine to another. The use of virtual machines may be a first response to this need for sustaining stabilizing programming environments. With virtualization, applications can be developed in a fixed environment, without being directly impacted by the current environment on a physical machine. However, the additional abstraction induced by virtual machines in practice leads to a loss of performance. We propose in this thesis a set of tools and techniques to enable the use of virtual machines in HPC context. First we show that it is possible to optimize the operation of a hypervisor to respond accurately to the constraints of HPC that are : the placement of implementing son and memory data locality. Then, based on this, we have proposed a resource partitioning service from a compute node through virtual machines. Finally, to expand our work to use for MPI applications, we studied the network solutions and performance of a virtual machine.

Advisors/Committee Members: Namyst, Raymond (thesis director).

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Aujourd'hui, l'hétérogénéité des infrastructures de réseaux actuelles, ainsi que le manque d'interopérabilité en termes d'architectures et de cadres pour l'adaptation du contenu aux contextes des différents utilisateurs, empêchent les Prosumers (consommateurs-fournisseurs) d’offrir une haute qualité d'expérience sur différentes plates-formes et au travers de contextes diversifiés. Par conséquent, l'objectif de cette thèse est d'étudier, concevoir et développer une architecture novatrice, susceptible d'offrir la QoS/QoE garantie en exploitant efficacement les ressources disponibles et en adaptant dynamiquement la performance du réseau selon les environnements Réseau, Service et Utilisateur. Pour cela, l'architecture proposée est basée sur (1) un cadre de gestion distribuée qui exploite des mécanismes de réseau conscient du contenu pour identifier le contenu en transit et la correspondance sur les exigences de QoS/QoE, et sur (2) un mécanisme d'allocation des ressources de réseau et leur adaptation aux caractéristiques de QoS/QoE demandées. Un prototype de routeur de contenu a été réalisé, offrant des fonctions de reconnaissance du type de contenu et de routage suivant le contenu. Il propose un système de gestion synergique capable d'orchestrer les processus d'optimisation cross-layer pour les services de différenciation/classification et à termes une exploitation efficace des ressources. La validité de l'architecture proposée est vérifiée par un grand nombre d'expériences menées à l'aide d’infrastructures physiques et virtuelles. Un banc d'essai à grande échelle conforme aux spécifications de conception architecturale a été déployé pour valider l'approche proposée.

Today, the heterogeneity of current networking infrastructures, along with the lack of interoperability in terms of architectures and frameworks for adapting content to the various users’ contexts, prevent prosumers to deliver high QoE over different platforms and under diversified contexts. Consequently, the objective of this PhD thesis is to study, design, and develop a novel architecture capable to offer guaranteed QoS/QoE by efficiently exploiting the available resources and by dynamically adapting the network performance across the various Service, Network and User environments. To this end, the proposed architecture is based on (1) a distributed management framework that exploits Content Aware Network (CAN) mechanisms – on top of the Internet Protocol (IP) – for identifying content in transit and mapping its QoS/QoE requirements into specific network characteristics, and on (2) a network resource allocation mechanism for adapting the intra-domain resources to the requested QoS/QoE. A prototype Media-Aware Network Element (MANE) has been achieved, offering content type recognition and content-based routing/forwarding as a matter of guaranteed QoS/QoE provision in an end-to-end approach. Furthermore, it proposes a synergetic management system capable to orchestrate cross-layer optimization processes for service differentiation/classification, towards…

Advisors/Committee Members: Negru, Daniel (thesis director), Pallis, Evangelos (thesis director).

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Le cloud computing permet aux entreprises de réduire la barrière et les coûts d'utilisation de l'informatique, en mutualisant les besoins avec d'autres utilisateurs. Cette mutualisation est permise par la technologie de la virtualisation. Il s'agit de vendre les ressources physiques, concrètes, d'un centre d'hébergement, comme des ressources virtuelles, logiques. L'efficacité de la solution de virtualisation, sur différents critères, est au coeur des préoccupations à la fois des fournisseurs de cloud, et des clients. Les premiers veulent servir le plus grand nombre de clients possibles avec les ressources physiques déjà disponibles. Il faut donc que la solution de virtualisation permette d'allouer les ressources sans gaspillage. Une autre cible d'optimisation est la consommation énergétique du centre d'hébergement, très impactée par cette bonne gestion des ressources. Les clients quant à eux, recherchent des garanties de performances et de prédictibilité de celles-ci : la solution de virtualisation doit offrir le même niveau de performance malgré l'abstraction des ressources physiques en ressources virtuelles. L'économie financière de l'utilisation du cloud est aussi une priorité. Les deux solutions de virtualisation principales sont les machines virtuelles et les conteneurs. Elles ont chacune leurs avantages et leurs inconvénients sur les axes de la gestion des ressources et des performances. Mais il est possible d'imbriquer les conteneurs dans les machines virtuelles, produisant ainsi un cloud multi-virtualisé. Comment alors profiter au mieux des caractéristiques des deux solutions dans ce nouvel environnement ? Cette thèse explore les problématiques qui émergent à la combinaison de ces deux solutions, et propose des systèmes pour obtenir avec la multi-virtualisation de meilleures performances, une gestion des ressources approfondie et un coût réduit. Elle décrit premièrement, une méthode de consolidation novatrice de la charge de travail pour aller plus loin dans la réduction de la consommation énergétique ; deuxièmement, un algorithme d'allocation des ressources aux conteneurs pour corriger leur problème inhérent de prédictibilité des performances ; et troisièmement, deux systèmes joints pour l'optimisation du réseau multi-virtualisé afin d'en améliorer les performances et l'utilisation des ressources, ainsi que de réduire le coût du cloud pour le client. Ces travaux agissent à tous les niveaux de la virtualisation imbriquée afin de propulser plus avant la technologie de la multi-virtualisation.

Companies use cloud computing to lower entry and usage costs of using information technologies as a resource. The main feature of cloud computing that enables these lower costs is the pooling of resources with other users. Pooling of resources is based on virtualization. The principle is to sell physical, concrete resources from a data-center as virtual, abstract resources. The core concern for both cloud providers and clients is the efficiency, on various axes, of the virtualization solution. The former wish to serve…

Advisors/Committee Members: Hagimont, Daniel (thesis director), Tchana, Alain Bouzaïde (thesis director).

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Mestrado em Gestão de Sistemas de Informação

Cloud Computing, assume-se no contexto empresarial e vem fazendo parte integrante das soluções de infraestrutura na Administração Pública, desde a componente tecnológica aos modelos de negócio. Este não é um conceito isolado que permite um conjunto claro de atributos sem qualquer sobreposição a outros domínios ou interpretações. Ou seja, existem múltiplas características associadas à cloud, devido ao relacionamento e aplicabilidade noutros domínios, aos antecedentes e intenções dos provedores e, devido às características específicas da cloud. Tendo consciência que na Administração Pública, são pedidas contenções de custos, na tentativa de aumentos de capacidade e produtividade, sem baixar a qualidade do serviço, a solução de cloud, vem complementar a virtualização e apresentar-se como uma solução nos objetivos da consolidação, redução de custos, maior disponibilidade e redundância (GPTIC 2011). Espera-se com esta investigação, fazer uma revisão da literatura do tema Cloud Computing, bem como, a partir da análise de um estudo de caso de cariz qualitativo, ajudar a percecionar o nível de conhecimentos e de utilização que têm os técnicos da organização escolhida (Instituto de Informática, I.P.), de modo a procurar fundamentar a opção estratégica de implementação de cloud mais adequada e enquadrada, tendo também em linha de conta, os pressupostos legais existentes a nível nacional e no contexto europeu e a sua aplicação. Torna-se assim, relevante esta análise em contexto cientifico, com vista a constituir um ponto de partida para a realização de investigações futuras, visando o estudo da eficácia da utilização desta tecnologia na Administração Pública.

Cloud Computing is assumed in the business context and has been an integral part of infrastructure solutions in Public Administration, from the technological component to business models. This is not an isolated concept that allows for a clear set of attributes without overlapping other domains or interpretations. That is, there are multiple features associated with the cloud, due to the relationship and applicability in other domains, to the antecedents and intentions of the providers and, due to the specific characteristics of cloud. Bearing in mind that in the Public Administration, cost containment is requested, in an attempt to increase capacity and productivity, without lowering the quality of the service, the cloud solution, come to complement virtualization and presenting itself as a possible solution in reducing costs and increase availability (GPTIC 2011). It's expected with this investigation to review the literature and from the analysis of a qualitative case study, but with a quantitative component through a questionnaire survey, help to perceive the level of knowledge and use of cloud Computing solutions in the chosen organization (Instituto Informática, IP), in order to help to justify the strategic option of cloud implementation more adequate and framed. We will also take an approach to the most relevant…

Advisors/Committee Members: Reis, António Palma dos.

▼ Server virtualisation is increasingly popular but still suffers from poor I/O performance. There are several methods to address the problem. One solution is the side-core approach to offload virtualisation I/O processing on a dedicated core, which offers close to bare-metal performance without sacrificing important virtualisation features. Although the number of cores is continually increasing and the financial cost per core is dropping, considering the characteristics of I/O processing, the side-core approach can be more efficient with an asymmetric multi-processor (AMP) rather than a symmetric multi-processor. The broad objective of this work is to determine exactly how to design a dedicated core to offload I/O processing, typically a small core of an AMP, that can save power, energy, and area while retaining the performance of virtualised scientific workloads at a tolerable cost. Various strategies are employed to achieve this goal, including an analysis of intrinsic characteristics of I/O processing, experimental studies with AMP emulations, and architectural simulations to refine the preliminary results. Our methodology is first to use real processors to determine appropriate design parameters. We perform extensive experiments to evaluate the potential gain from using a side-core as well as investigate the overheads of VM I/O processing on virtualised systems with/without off-loading. This reveals the significant impact of off-loading on improving performance as well as reducing architectural overheads, such as cache and translation look-ahead buffer (TLB) misses. Then, we determine a suitable side-core design by using real processors to emulate an AMP. Our results show that a narrow, fast (high clock) in-order pipeline, with small first/second level caches without hardware data pre-fetch and a simple branch prediction unit are the desired features for an efficient side-core. We use not only scientific but also commercial workloads and both demonstrate similar results. However, these conclusions are limited by physically available configurations.Second, we use simulations to explore the parameter space in greater detail and perform an energy-delay-area analysis. We focus on TLBs and caches, which appear to have a remarkable impact on performance. We extend core/memory models of an architectural simulator and perform full-machine simulations of an AMP with VM I/O offload on the small core. The structural parameters of the L1/L2 caches and TLBs are scaled while taking into account their size, associativity, access latency and performance (hit ratio). These architectural simulation results are combined with power and energy simulations. The resulting energy-delay analysis shows that the optimal features of an efficient side-core are smaller and simpler L1/L2 caches, and larger L1/L2 TLBs, compared with an Intel Atom processor. It also reveals that a processor module consisting of two big cores and a small side-core of our design can reduce average power, energy, and area by 9.2%, 8%, and 24.4%, respectively,…

▼  Context. Light weight process virtualization has been used in the past e.g., Solaris zones, jails in Free BSD and Linux’s containers (LXC). But only since 2013 is there a kernel support for user namespace and process grouping control that make the use of lightweight virtualization interesting to create virtual environments comparable to virtual machines. Telecom providers have to handle the massive growth of information due to the growing number of customers and devices. Traditional databases are not designed to handle such massive data ballooning. NoSQL databases were developed for this purpose. Cassandra, with its high read and write throughputs, is a popular NoSQL database to handle this kind of data. Running the database using operating system virtualization or containerization would offer a significant performance gain when compared to that of virtual machines and also gives the benefits of migration, fast boot up and shut down times, lower latency and less use of physical resources of the servers. Objectives. This thesis aims to investigate the trade-off in performance while loading a Cassandra cluster in bare-metal and containerized environments. A detailed study of the effect of loading the cluster in each individual node in terms of Latency, CPU and Disk throughput will be analyzed. Methods. We implement the physical model of the Cassandra cluster based on realistic and commonly used scenarios or database analysis for our experiment. We generate different load cases on the cluster for bare-metal and Cassandra in docker scenarios and see the values of CPU utilization, Disk throughput and latency using standard tools like sar and iostat. Statistical analysis (Mean value analysis, higher moment analysis, and confidence intervals) are done on measurements on specific interfaces in order to increase the reliability of the results. Results.Experimental results show a quantitative analysis of measurements consisting Latency, CPU and Disk throughput while running a Cassandra cluster in Bare Metal and Container Environments.A statistical analysis summarizing the performance of Cassandra cluster is surveyed. Results.Experimental results show a quantitative analysis of measurements consisting Latency, CPU and Disk throughput while running a Cassandra cluster in Bare Metal and Container Environments.A statistical analysis summarizing the performance of Cassandra cluster is surveyed. Conclusions. With the detailed analysis, the resource utilization of the database was similar in both the bare-metal and container scenarios. Disk throughput is similar in the case of mixed load and containers have a slight overhead in the case of write loads for both the maximum load case and 66% of maximum load case. The latency values inside the container are slightly higher for all the cases. The mean value analysis and higher moment analysis helps us in doing a finer analysis of the results. The confidence intervals calculated show that there is a lot of variation in the disk performance which might be…

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Migrer à chaud une machine virtuelle (VM) est une opération basique dans un centre de données. Tous les jours, des VM sont migrées pour répartir la charge, économiser de l'énergie ou préparer la maintenance de serveurs. Bien que les problèmes de placement des VM soient beaucoup étudiés, on observe que la gestion des migrations permettant de transiter vers ces nouveaux placements reste un domaine de second plan. Cette phase est cependant critique car chaque migration à un coût en terme de CPU, de bande passante et d'énergie. Des algorithmes de décision reposent alors sur des hypothèses irréalistes et calculent des ordonnancements conduisant à des migrations longues et incontrôlables qui réduisent les bénéfices attendus de la ré-organisation des VM.Dans cette thèse nous nous sommes fixé comme objectif d'améliorer la qualité des ordonnancements de migrations dans les centres de données. Pour cela, nous avons d'abord modélisé l'ordonnancement de migrations en considérant l'architecture réseau et l'activité mémoire des VM. Pour évaluer l'efficacité de notre modèle, nous avons ensuite implémenté un ordonnanceur de migrations au sein du gestionnaire de VM BtrPlace. Nous avons ensuite étendu notre ordonnanceur en développant des contraintes d'ordonnancement, des objectifs personnalisés, une heuristique de recherche ainsi qu'un modèle énergétique.Nous avons validé notre approche par l'étude pratique de scénarios d'ordonnancement réalisés en environnement réel. Nous avons ainsi pu analyser la précision de notre modèle de migration, valider la qualité des décisions prises par notre modèle d'ordonnancement et évaluer l'extensibilité ainsi que le passage à l'échelle de notre solution

A live-migration of a virtual machine (VM) is a basic operation in a data center. Every day, VMs are migrated to distribute the load, save energy or prepare maintenance operations on production servers. Although VM placement problems have been extensively studied, we observe that the migrations management needed to apply these new placements did not get much attention. This phase is however critical as each migration has a cost in terms of CPU, bandwidth and energy. Decision algorithms are thus based on unrealistic assumptions and compute schedules which can lead to unnecessarily long and uncontrollable migrations. This reduces the ultimate benefits expected from the VMs re-organization.In this thesis, our main ojective is to improve the efficiency of live-migrations scheduling within data centers. To achieve our goal, we have first modeled the scheduling of live migrations based on the network architecture and the VMs memory activity. To evaluate the efficiency of our model, we have then implemented and optimized a migrations scheduler within the VMs manager BtrPlace. We have then extended our scheduler by developing scheduling constraints, custom objectives, a search heuristic and an energy model.We have validated our approach by the practical study of many scheduling scenarios executed in a real environment. We have then analyzed the accuracy…

Advisors/Committee Members: Madelaine, Éric (thesis director).

▼ De nos jours, de nombreuses entreprises choisissent de plus en plus d'adopter le cloud computing. Plus précisément, en tant que clients, elles externalisent la gestion de leur infrastructure physique vers des centres de données (ou plateformes de cloud computing). La consommation d'énergie est une préoccupation majeure pour la gestion des centres de données (datacenter, DC). Son impact financier représente environ 80% du coût total de possession et l'on estime qu'en 2020, les DCs américains dépenseront à eux seuls environ 13 milliards de dollars en factures énergétiques. Généralement, les serveurs de centres de données sont conçus de manière à atteindre une grande efficacité énergétique pour des utilisations élevées. Pour diminuer le coût de calcul, les serveurs de centre de données devraient maximiser leur utilisation. Afin de lutter contre l'utilisation historiquement faible des serveurs, le cloud computing a adopté la virtualisation des serveurs. Cette dernière permet à un serveur physique d'exécuter plusieurs serveurs virtuels (appelés machines virtuelles) de manière isolée. Avec la virtualisation, le fournisseur de cloud peut regrouper (consolider) l'ensemble des machines virtuelles (VM) sur un ensemble réduit de serveurs physiques et ainsi réduire le nombre de serveurs actifs. Même ainsi, les serveurs de centres de données atteignent rarement des utilisations supérieures à 50%, ce qui signifie qu'ils fonctionnent avec des ensembles de ressources majoritairement inutilisées (appelés «trous»). Ma première contribution est un système de gestion de cloud qui divise ou fusionne dynamiquement les machines virtuelles de sorte à ce qu'elles puissent mieux remplir les trous. Cette solution n'est efficace que pour des applications élastiques, c'est-à-dire des applications qui peuvent être exécutées et reconfigurées sur un nombre arbitraire de machines virtuelles. Cependant, la fragmentation des ressources provient d'un problème plus fondamental. On observe que les applications cloud demandent de plus en plus de mémoire, tandis que les serveurs physiques fournissent plus de CPU. Dans les DC actuels, les deux ressources sont fortement couplées puisqu'elles sont liées à un serveur physique. Ma deuxième contribution est un moyen pratique de découpler la paire CPU-mémoire, qui peut être simplement appliquée à n'importe quel serveur. Ainsi, les deux ressources peuvent varier indépendamment, en fonction de leur demande. Ma troisième et ma quatrième contribution montrent un système pratique qui exploite la deuxième contribution. La sous-utilisation observée sur les serveurs physiques existe également pour les machines virtuelles. Il a été démontré que les machines virtuelles ne consomment qu'une petite fraction des ressources allouées car les clients du cloud ne sont pas en mesure d'estimer correctement la quantité de ressources nécessaire à leurs applications. Ma troisième contribution est un système qui estime la consommation de mémoire (c'est-à-dire la taille du working set) d'une machine virtuelle, avec un surcoût faible et… Advisors/Committee Members: Hagimont, Daniel (thesis director), Tchana, Alain Bouzaïde (thesis director).

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Les architectures manycore, qui comprennent un grand nombre de cœurs, sont un moyen de répondre à l'augmentation continue de la quantité de données numériques à traiter par les infrastructures proposant des services de cloud computing. Ces données, qui peuvent concerner des entreprises aussi bien que des particuliers, sont sensibles par nature, et c'est pourquoi la problématique d'isolation est primordiale. Or, depuis le début du développement du cloud computing, des techniques de virtualisation sont de plus en plus utilisées pour permettre à différents utilisateurs de partager physiquement les mêmes ressources matérielles. Cela est d'autant plus vrai pour les architectures manycore, et il revient donc en partie aux architectures de garantir la confidentialité et l'intégrité des données des logiciels s'exécutant sur la plateforme. Nous proposons dans cette thèse un environnement de virtualisation sécurisé pour une architecture manycore. Notre mécanisme s'appuie sur des composants matériels et un logiciel hyperviseur pour isoler plusieurs systèmes d'exploitation s'exécutant sur la même architecture. L'hyperviseur est en charge de l'allocation des ressources pour les systèmes d'exploitation virtualisés, mais ne possède pas de droit d'accès sur les ressources allouées à ces systèmes. Ainsi, une faille de sécurité dans l'hyperviseur ne met pas en péril la confidentialité ou l'intégrité des données des systèmes virtualisés. Notre solution est évaluée en utilisant un prototype virtuel précis au cycle et a été implémentée dans une architecture manycore à mémoire partagée cohérente. Nos évaluations portent sur le surcoût matériel et sur la dégradation en performance induits par nos mécanismes. Enfin, nous analysons la sécurité apportée par notre solution.

Manycore architectures, which comprise a lot of cores, are a way to answer the always growing demand for digital data processing, especially in a context of cloud computing infrastructures. These data, which can belong to companies as well as private individuals, are sensitive by nature, and this is why the isolation problematic is primordial. Yet, since the beginning of cloud computing, virtualization techniques are more and more used to allow different users to physically share the same hardware resources. This is all the more true for manycore architectures, and it partially comes down to the architectures to guarantee that data integrity and confidentiality are preserved for the software it executes. We propose in this thesis a secured virtualization environment for a manycore architecture. Our mechanism relies on hardware components and a hypervisor software to isolate several operating systems running on the same architecture. The hypervisor is in charge of allocating resources for the virtualized operating systems, but does not have the right to access the resources allocated to these systems. Thus, a security flaw in the hypervisor does not imperil data confidentiality and integrity of the virtualized systems. Our solution is evaluated on a cycle-accurate virtual…

Advisors/Committee Members: Greiner, Alain (thesis director), Wajsbürt, Franck (thesis director).

This bachelor thesis deals with the server infrastructure virtualisation design in SAN and LAN environment of the company network in Chemosvit Fólie, a.s. Advisors/Committee Members: Ondrák, Viktor (advisor), Mešár, Vladimír (referee).

▼ Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la désagrégation des systèmes informatiques - une approche novatrice qui devrait gagner en popularité dans le secteur des centres de données. A la différence des systèmes traditionnels en grappes, où les ressources sont fournies par une ou plusieurs machines, dans les systèmes désagrégés les ressources sont fournies par des nœuds discrets, chaque nœud ne fournissant qu'un seul type de ressources (unités centrales de calcul, mémoire, périphériques). Au lieu du terme de machine, le terme de créneau (slot) est utilisé pour décrire une unité de déploiement de charge de travail. L'emplacement est assemblé dynamiquement avant un déploiement de charge de travail par l'orchestrateur système.Dans l'introduction nous abordons le sujet de la désagrégation et en présentons les avantages par rapport aux architectures en grappes. Nous ajoutons également au tableau une couche de virtualisation car il s'agit d'un élément crucial des centres de données. La virtualisation fournit une isolation entre les charges de travail déployées et un partitionnement flexible des ressources. Elle doit cependant être adaptée afin de tirer pleinement parti de la désagrégation. C'est pourquoi les principales contributions de ce travail se concentrent sur la prise en charge de la couche de virtualisation pour la mémoire désagrégée et la mise à disposition des périphériques.La première contribution principale présente les modifications de la pile logicielle liées au redimensionnement flexible de la mémoire d'une machine virtuelle (VM). Elles permettent d'ajuster la quantité de RAM hébergée (c'est à dire utilisée par la charge de travail en cours d'exécution dans une VM) pendant l'exécution avec une granularité d'une section mémoire. Du point de vue du logiciel il est transparent que la RAM proviennent de banques de mémoire locales ou distantes.La deuxième contribution discute des notions de partage de mémoire entre machines virtuelles et de migration des machines virtuelles dans le contexte de la désagrégation. Nous présentons d'abord comment des régions de mémoire désagrégées peuvent être partagées entre des machines virtuelles fonctionnant sur différents nœuds. De plus, nous discutons des différentes variantes de la méthode de sérialisation des accès simultanés. Nous expliquons ensuite que la notion de migration de VM a acquis une double signification avec la désagrégation. En raison de la désagrégation des ressources, une charge de travail est associée au minimum à un nœud de calcul et a un nœud mémoire. Il est donc possible qu'elle puisse être migrée vers des nœuds de calcul différents tout en continuant à utiliser la même mémoire, ou l'inverse. Nous discutons des deux cas et décrivons comment cela peut ouvrir de nouvelles opportunités pour la consolidation des serveurs.La dernière contribution de cette thèse est liée à la virtualisation des périphériques désagrégés. Partant de l'hypothèse que la désagrégation de l'architecture apporte de nombreux effets positifs en général, nous expliquons pourquoi elle… Advisors/Committee Members: Pacalet, Renaud (thesis director).

▼ Shared memory systems, such as SMP and ccNUMA topologies, simplify programming and administration. On the other hand, systems without hardware support for shared memory, such as clusters of commodity workstations, are commonly used due to cost and flexibility considerations.In this thesis, virtualisation is proposed as a technique that can bridge the gap between these architectures. The resulting system, vNUMA, is a hypervisor with a unique feature: it provides the illusion of shared memory across separate nodes on a fast network. This allows a cluster of workstations to be transformed into a single shared memory multiprocessor, supporting existing operating systems and applications. Such an approach could also have applications for emerging highly-parallel architectures, allowing a shared memory programming model to be retained while reducing hardware complexity.To build such a system, it is necessary to meld both a high-performance hypervisor and a high-performance distributed shared memory (DSM) system. This thesis addresses the challenges inherent in both of these tasks. First, designing an efficient hypervisor layer is considered; since vNUMA is implemented on the Itanium processor architecture, this is with particular reference to Itanium processor virtualisation. Then, novel DSM protocols are developed that allow SMP consistency models to be reproduced while providing better performance than a simple atomically-consistent DSM system. Finally, the system is evaluated, proving that it can provide good performance and compelling advantages for a variety of applications. Advisors/Committee Members: Heiser, Gernot, Computer Science & Engineering, Faculty of Engineering, UNSW.

▼ In past recent years, we have observed that the number of smart devices worn and carried by users is growing rapidly driven by innovative new smart wearables and interesting service offerings. The ubiquitous adoption of wearables is truly changing the way mobile computing is deployed and mobile applications are being developed. This has led to applications that utilise multiple devices around the body to provide immersive environments such as Mixed Reality. These applications rely on a number of different types of functions such as sensing, communication and various types of processing, that require considerable device resources such as energy, computation and memory. Also, many current applications require access to Internet data. However, these resources are much limited in the hand-held and wearable devices thus limit the applications from not achieving its full capability and leaves the users dissatisfied. Ability to incorporate more resources on the device is again limited as it likely to make the devices bulky and more expensive. Therefore, efficient utilisation of available resources is paramount. Today, a person owns multiple of these smart hand-held and wearable devices that are interconnected and form a Personal Area Network (PAN). When the same function is available on multiple devices that form part of the PAN, and/or is in close proximity (i.e., common-functions), it is possible to consider them as a re- source pool that can be shared among the devices. This enables the applications to dynamically leverage the capabilities of the devices in the PAN to optimise resource usage, thereby elongate the battery uptime, provide the best quality of service, minimise the monetary cost of usage, depending on the user/device context and application requirements. To harness the collective capabilities of PAN devices at present, each application has to implement utilisation of the distributed resources, by explicitly considering the availability of the devices in the PAN and the supported functions, the cost of accessing each of the function and their quality of service, and the dynamic changes in the context of user and devices. This requires a wider understanding of distributed PAN systems at the initial phase of the application development, which is nearly impossible and increases the complexity of application development. Therefore, a platform takes user and device context into account, facilitates applications to utilise all PAN resources intelligently and automatically, and dynamically adapts to the context changes is needed. We introduce the concept of Application Function Virtualisation (AFV) that enables each application seamless accessibility to the available resources within the PAN and provides intelligence. AFV takes care of monitoring context changes, optimal decision making depending on the context changes, and the dynamic adaptation of the system. The thesis first shows that the wearable devices and applications are being adopted by users and developers in the same way as smartphones. Also, users and… Advisors/Committee Members: Seneviratne, Aruna, Electrical Engineering & Telecommunications, Faculty of Engineering, UNSW, Thilakarathna, Kanchana, University of Sydney.

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Virtualizacija je postala priljubljen način za učinkovitejšo uporabo strežniških virov tako znotraj zasebnih podatkovnih centrov kot na javnih oblačnih platformah. V magistrskem delu so predstavljeni virtualizacija, njene prednosti in slabosti ter orodja za virtualizacijo. Z uporabo raziskovalnih metod eksperimenta in analize pridobljenih rezultatov so primerjana virtualizacijska orodja Hyper-V, VMWare in Citrix. Za vsako posamezno orodje so izvedeni različni testi na različnih operacijskih sistemih, s katerimi prikažemo učinkovitost delovanja vsakega orodja. Primerjalna analiza pripelje do zaključka, da ni popolnega hipernadzornika.

Virtualisation has become a popular way of more effective use of server resources within internal datacentres, as well as on public cloud platforms. The Master’s thesis presents virtualisation, its advantages and weaknesses, and virtualisation tools. The virtualisation tools Hyper-V, VMWare and Citrix have been compared during the experiment and the obtained data analysed as the research methods. Different tests on different operating systems have been performed for each individual tool, with which we show the performance efficiency of each tool. The comparative analysis has led to the conclusion that there is no perfect hypervisor.

Advisors/Committee Members: Fister, Iztok.

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Un hyperviseur est un logiciel qui virtualise les ressources d'une machine physique pour permettre à plusieurs systèmes d'exploitation invités de s'exécuter simultanément dessus. L'hyperviseur étant le gestionnaire des ressources, un bug peut être critique pour les systèmes invités. Dans cette thèse nous nous intéressons aux propriétés d'isolation de la mémoire d'un hyperviseur de type 1, qui virtualise la mémoire en utilisant des Shadow Page Tables. Plus précisément, nous présentons un modèle concret et un modèle abstrait de l'hyperviseur, et nous prouvons formellement que les systèmes d'exploitation invités ne peuvent pas altérer ou accéder aux données privées des autres s'ils n'en ont pas la permission. Nous utilisons le langage et l'assistant de preuve développés par Prove & Run pour ce faire. Le modèle concret comporte beaucoup d'optimisations, qui rendent les structures de données et les algorithmes complexes, il est donc difficile de raisonner dessus. C'est pourquoi nous construisons un modèle abstrait dans lequel il est plus facile de raisonner. Nous prouvons les propriétés sur le modèle abstrait, et nous prouvons formellement sa correspondance avec le modèle concret, de telle manière que les preuves sur le modèle abstrait s'appliquent au modèle concret. La preuve correspondance n'est valable que pour des états concrets qui respectent certaines propriétés, nous prouvons que ces propriétés sont des invariants du système concret. La preuve s'articule donc en trois phases : la preuve d'invariants au niveau concret, la preuve de correspondance entre les modèles abstraits et concret, et la preuve des propriétés de sécurité au niveau abstrait.

A hypervisor is a software which virtualizes hardware resources, allowing several guest operating systems to run simultaneously on the same machine. Since the hypervisor manages the access to resources, a bug can be critical for the guest Oses. In this thesis, we focus on memory isolation properties of a type 1 hypervisor, which virtualizes memory using Shadow Page Tables. More precisely, we present a low-level and a high-level model of the hypervisor, and we formally prove that guest OSes cannot access or tamper with private data of other guests, unless they have the authorization to do so. We use the language and the proof assistant developed by Prove & Run. There are many optimizations in the low-level model, which makes the data structures and algorithms complexes. It is therefore difficult to reason on such a model. To circumvent this issue, we design an abstract model in which it is easier to reason. We prove properties on the abstract model, and we prove its correspondence with the low-level model, in such a way that properties proved on the abstract model also hold for the low-level model. The correspondence proof is valid only for low-level states which respect some properties. We prove that these properties are invariants of the low-level system. The proof can be divided into three parts : the proof of invariants preservation on the low-level, the proof of…

Advisors/Committee Members: Jensen, Thomas (thesis director), Siles, Vincent (thesis director).

▼ This thesis deals with comparison of virtualisation tools for MS Windows. It describes techniques of virtualization, forms of mesauring computer performance and also benchmarks used to mesauring performance. At the end of this thesis are interpreted results of benchmarks and final comparation tested tools. Advisors/Committee Members: Samek, Jan (advisor), Rozman, Jaroslav (referee).

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De nos jours, les véhicules intègrent de plus en plus de systèmes interconnectés. Ces systèmes ont des fonctions aussi nombreuses que complexes et sont soumis à des contraintes de sureté de fonctionnement (dont le temps réel) mais également de plus en plus de sécurité. Avec l'apparition des véhicules connectés, il devient nécessaire de faire communiquer ces différents systèmes, tant pour les gérer au niveau véhiculaire que potentiellement à distance. Faire communiquer ces différents réseaux, a fortiori dans les véhicules militaires, implique la prise en compte de diverses contraintes. Ces contraintes nécessitent d'être traitées par des éléments en coupure entre les différents systèmes. Un tel élément est alors en charge de protéger ces derniers en termes de sûreté de fonctionnement et de sécurité mais doit également assurer un transfert efficace et borné de l'information. Dans cette thèse, nous avons proposé une architecture logicielle de passerelle permettant de répondre à ces différentes contraintes et d'assurer ainsi l'interconnexion de tous ces systèmes. La solution se présente comme un framework permettant d'intégrer divers modules sur une architecture partitionnée et sûre, afin de pouvoir répondre à divers besoins spécifiques aux systèmes véhiculaires

Nowadays, vehicular systems are composed of more and more interconnected systems. Those systems manage a lot of complex functions and must comply with various safety-critical requirements (such as real-time) but also more and more with security requirements. With the new connected vehicles, it is necessary to make these various systems communicate, in order to manage locally or remotely the overall vetronic system. Make these systems communicate, moreover in military vehicles, implies to support various constraints. Theses constraints need to be supported by specific elements, used as gateways between each vehicle system needing external communication. This gateway has to protect each system in term of safety and security, but also has to guarantee an efficient upper-bounded transfer between them. In this thesis, we have proposed a software architecture for these gateways, compliant with the various vehicular security and safety requirements. The solution is proposed as a framework, supporting a modular configuration and able to aggregate various modules on a partitioned software architecture. Such an aggregation is then able to respond to the various vehicular specific needs such as security and real-time

Advisors/Committee Members: George, Laurent (thesis director).

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Cloud computing a connu un succès impressionnant au cours des dernières années. Cette expansion en permanence se manifeste clairement non seulement par l'omniprésence du Cloud dans les environnements académiques et industriels mais aussi par la hausse impressionnante du chiffre d'affaire des services Cloud. Ce succès important réalisé en peu de temps est achevé grâce à la caractéristique d'élasticité du Cloud. Afin de bien tirer profit de cette nouvelle architecture software et hardware, les fournisseurs de service Cloud requièrent des stratégies adéquates pour une gestion efficace des équipements physiques continuellement allouées à plusieurs clients simultanément. En effet, le fournisseur Cloud doit respecter le Service Level Agreement (SLA) et assurer la continuité de service afin de minimiser le coût des pénalités. Dans cette thèse, nous abordons la problématique de l'instanciation (i.e., mapping) des réseaux virtuels au sein du réseau coeur du Cloud tout en considérant la fiabilité des équipements physiques (i.e., routeurs et liens).Notre objectif principal est de maximiser le chiffre d'affaires du fournisseur Cloud par le biais de i) la maximisation du taux des réseaux virtuels acceptés dans le réseau coeur du Cloud etii) la minimisation des pénalités induites par les interruptions de service en raison de pannes des équipements du réseau. Il a été démontré que ce type de problème est NP-dur donc aucune solution optimale ne peut être calculée à large échelle. Premièrement, on a proposé un algorithme nommé PR-VNE qui favorise l'utilisation des équipements les plus fiables, lors de l'instanciation des réseaux virtuels, afin de minimiser l'impact néfaste des pannes. Cette proposition exploite les avantages de la métaheuristique de colonie d'abeilles pour assurer une qualité optimisée de mapping de la solution en termes d'optimalité. Il est à souligner que PR-VNE ne réserve aucune ressource de secours dans le cas où panne se présente. Deuxièmement, on a défini un algorithme qui adopte non seulement la stratégie préventive mais aussi un mécanisme curatif pour remédier aux pannes imprévisibles. Cet algorithme nommé CG-VNE est conçu par une modélisation basée sur la théorie des jeux. CG-VNE reconfigure (re-instancie) les ressources virtuelles impactées par les pannes dans d'autres équipements réseau sans pour autant réserver des ressources de secours. Finalement, on a considéré la vision macroscopique en définissant un algorithme qui traite un lot de requêtes tout en considérant la fiabilité. Cet algorithme nommé BR-VNE se base principalement sur la stratégie Monte-Carlo Tree Search pour trouver la meilleure séquence de mapping. L'évaluation des performances de nos propositions prouve leurs efficacités par rapport aux méthodes concurrentes de la littérature en terme de : i) taux de réseaux virtuels acceptés, ii) taux de requêtes impactées par les pannes et iii) revenu du fournisseur de service Cloud

Cloud computing has known an impressive success over the last few years and is continuously emerging personal and…

Advisors/Committee Members: Mellouk, Abdelhamid (thesis director).

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Cette thèse porte sur l'élaboration d'un micro-noyau original de type hyperviseur, appelé Ker-ONE, permettant de gérer la virtualisation pour des systèmes embarqués sur des plateformes de type SoC et fournissant un environnement pour les machines virtuelles en temps réel. Nous avons simplifié l'architecture du micro-noyau en ne gardant que les caractéristiques essentielles requises pour la virtualisation, et fortement réduit la complexité de la conception du noyau. Sur cette base, nous avons mis en place un mécanisme capable de gérer des ressources reconfigurables dans un système supportant des machines virtuelles. Les accélérateurs matériels reconfigurables sont mappés en tant que dispositifs classiques dans chaque machine. Grâce à une gestion efficace de la mémoire dédiée, nous détectons automatiquement le besoins de ressources et permettons une allocation dynamique des ressources sur FPGA. Suite à diverses expériences et évaluations sur la plateforme Zynq-7000, combinant ARM et ressources FPGA, nous avons montré que Ker-ONE ne dégrade que très peu les performances en termes de temps d'exécution. Les surcoûts engendrés peuvent généralement être ignorés dans les applications réelles. Nous avons également étudié l'ordonnançabilité temps réel dans les machines virtuelles. Les résultats montrent que le respect de l'échéance des tâches temps réel est garanti. Nous avons également démontré que le noyau proposé est capable d'allouer des accélérateurs matériels très rapidement.

This thesis describes an original micro-kernel that manages virtualization and that provides an environment for real-time virtual machines. We have simplified the micro-kernel architecture by only keeping critical features required for virtualization, and massively reduced the kernel design complexity. Based on this micro-kernel, we have introduced a framework capable of DPR resource management in a virtual machine system. DPR accelerators are mapped as ordinary devices in each VM. Through dedicated memory management, our framework automatically detects the request for DPR resources and allocates them dynamically. According to various experiments and evaluations on the Zynq-7000 platform we have shown that Ker-ONE causes very low virtualization overheads, which can generally be ignored in real applications. We have also studied the real-time schedulability in virtual machines. The results show that RTOS tasks are guaranteed to be scheduled while meeting their intra-VM timing constraints. We have also demonstrated that the proposed framework is capable of virtual machine DPR allocation with low overhead.

Advisors/Committee Members: Uzel-Nouvel, Fabienne (thesis director).

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L'Internet est organisé sous la forme d'une multitude de réseaux appelés Systèmes Autonomes (AS). Le Border Gateway Protocol (BGP) est le langage commun qui permet à ces domaines administratifs de s'interconnecter. Grâce à BGP, deux utilisateurs situés n'importe où dans le monde peuvent communiquer, car ce protocole est responsable de la propagation des messages de routage entre tous les réseaux voisins. Afin de répondre aux nouvelles exigences, BGP a dû s'améliorer et évoluer à travers des extensions fréquentes et de nouvelles architectures. Dans la version d'origine, il était indispensable que chaque routeur maintienne une session avec tous les autres routeurs du réseau. Cette contrainte a soulevé des problèmes de scalabilité, puisque le maillage complet des sessions BGP internes (iBGP) était devenu difficile à réaliser dans les grands réseaux. Pour couvrir ce besoin de connectivité, les opérateurs de réseaux font appel à la réflection de routes (RR) et aux confédérations. Mais si elles résolvent un problème de scalabilité, ces deux solutions ont soulevé des nouveaux défis car elles sont accompagnées de multiples défauts; la perte de diversité des routes candidates au processus de sélection BGP ou des anomalies comme par exemple des oscillations de routage, des déflections et des boucles en font partie. Les travaux menés dans cette thèse se concentrent sur oBGP, une nouvelle architecture pour redistribuer les routes externes à l'intérieur d'un AS. `A la place des classiques sessions iBGP, un réseau de type overlay est responsable (I) de l'´echange d'informations de routage avec les autres AS, (II) du stockage distribué des routes internes et externes, (III) de l'application de la politique de routage au niveau de l'AS et (IV) du calcul et de la redistribution des meilleures routes vers les destinations de l'Internet pour tous les routeurs clients présents dans l'AS

The Internet is organized as a collection of networks called Autonomous Systems (ASes). The Border Gateway Protocol (BGP) is the glue that connects these administrative domains. Communication is thus possible between users worldwide and each network is responsible of sharing reachability information to peers through BGP. Protocol extensions are periodically added because the intended use and design of BGP no longer fit the current demands. Scalability concerns make the required internal BGP (iBGP) full mesh difficult to achieve in today's large networks and therefore network operators resort to confederations or Route Reflectors (RRs) to achieve full connectivity. These two options come with a set of flaws of their own such as route diversity loss, persistent routing oscillations, deflections, forwarding loops etc. In this dissertation we present oBGP, a new architecture for the redistribution of external routes inside an AS. Instead of relying on the usual statically configured set of iBGP sessions, we propose to use an overlay of routing instances that are collectively responsible for (I) the exchange of routes with other ASes, (II) the storage of…

Advisors/Committee Members: Owezarski, Philippe (thesis director), Meulle, Mickaël (thesis director).

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Traditionnellement, dans le domaine avionique les logiciels utilisés à bord de l’avion sont totalement séparés des logiciels utilisés au dehors afin d’éviter toutes interaction qui pourrait corrompre les systèmes critiques à bord de l’avion. Cependant, les nouvelles générations d’avions exigent plus d’interactions avec le monde ouvert avec pour objectif de proposer des services étendu, générant ainsi un flux d’information potentiellement dangereux. Dans une précédente étude, nous avons proposé l’utilisation de la virtualisation pour assurer la sûreté de fonctionnement d’applications critiques assurant des communications bidirectionnelles entre systèmes critiques et systèmes non sûr. Dans cette thèse nous proposons deux contributions.La première contribution propose une méthode de comparaison d’hyperviseur. Nous avons développé un banc de test permettant de mesurer les performances d’un système virtualisé. Dans cette étude, différentes configurations ont été expérimentées, d’un système sans OS à une architecture complète avec un hyperviseur et un OS s’exécutant dans une machine virtuelle. Plusieurs tests (processeur, mémoire et réseaux) ont été mesurés et collectés sur différents hyperviseurs.La seconde contribution met l’accent sur l’amélioration d’une architecture de sécurité existante. Un mécanisme de comparaison basé sur l’analyse des traces d’exécution est utilisé pour détecter les anomalies entre instances d’application exécutées sur diverse machines virtuelles. Nous proposons de renforcer le mécanisme de comparaison à l’exécution par l’utilisation d’un modèle d’exécution issu d’une analyse statique du bytecode Java.Afin de valider notre approche, nous avons développé un prototype basé sur un cas d’étude identifié avec Airbus qui porte sur l’utilisation d’un ordinateur portable dédié à la maintenance

Traditionally, in avionics, on-board aircraft software used to be totally separated from open-world software in order to avoid any interaction that could corrupt critical on-board systems. However, new aircraft generations require more interaction with off-board systems to provide extended services, which makes these information flows potentially dangerous.In a previous work, we have proposed the use of virtualization to ensure dependability of critical applications despite bidirectional communication between critical on-board systems and untrusted off-board systems. In this thesis, we propose two contributions.The first contribution concerns the establishment of a benchmark of hypervisors. We have developed a test bed to assess the performance impact induced by the use of virtualization. In this work, various configurations have been experimented ranging from a basic machine without an OS up to the complete architecture featuring a hypervisor and an OS running in a virtual machine. Several tests (computation, memory, and network) are carried out, and timing measures are collected on different hypervisors.The second contribution focuses on the improvement of an existing security architecture. A comparison…

Advisors/Committee Members: Arlat, Jean (thesis director), Alata, Eric (thesis director).

▼ In this thesis, components and parameters based power models (PMs) are produced to measure the power consumption (PC) of cloud radio access network (CRAN) architecture. In components PM, the power figure of each component within C-RAN is evaluated. After, this model is parametrised such that the computation complexity of each component is converted to a straightforward, but accurate method, called parameterised PM. This model compares cooling and total PC of traditional LTE architecture with C-RAN. This comparison considered different parameters such as, utilised bandwidth, number of antenna, base band units (BBUs) and remote radio heads (RRHs). This model draws about 33% reduction in power. Next, this PC model is updated to serve and exhibit the cost of integrating software defined networks (SDNs) with C-RAN. Alongside, modelling the power cost of the control plane units in the core network (CN), such as serving gateway (SGW), packet gateway (PGW) and mobility management entity (MME). Although there is power cost, the proposed model shows the directions to mitigate it. Consequently, a simplified PM is proposed for virtualisation based C-RAN. In this model, the power cost of server virtualisation by hosting several virtual machines (VMs) is shown, in a time and cost effective way. The total reduction in the PC was about 75%, due to short-cutting the number of active servers in the network. Alongside, the latency cost due to such technique is modelled. Finally, to enable efficient virtualisation technology, live migrating the VMs amongst the servers is vital. However, this advantageous situation is concurrent with VM's migration time and power cost. Therefore, a model is proposed to calculate the power cost of VM's live migration, and shows the effect of such decision upon the total PC of the network/C-RAN. The proposed work converts the complexity of other proposed PMs, to a simplified and costless method. Concurrently, the time cost is added to the imposed virtualisation's time cost to formulate the total delay expected prior to these techniques' execution.

▼ Le Cloud Computing représente une des plus importantes avancées numériques de ces dix dernières années. Le modèle de service offert par le cloud computing est basé sur une allocation élastique et à la demande des ressources et une facturation au plus juste de leur utilisation. Plusieurs catégories d’application sont en train de migrer vers le cloud (par exemple : les NFV et les applications du Big Data). D’autres domaines applicatifs, soumis à une législation plus stricte, sont plus frileux. Leurs exigences sont souvent liées à des problématiques de sécurité et/ou à la non satisfaction par les ressources proposées par un cloud unique, peuvent trouver des réponses dans l’utilisation conjointe de plusieurs fournisseurs de cloud computing (CSPs). L’exploitation simultanée, flexible, efficace et simplifiée de plusieurs clouds requiert des propriétés qui assurent sa viabilité et son acceptation tout d’abord par les fournisseurs de clouds qui proposent des offres hétérogènes et non interopérables et qui souvent pour des raisons commerciales, ne sont pas disposés à coopérer pour faciliter le multi-cloud « à la carte » ; mais aussi du point de vue du consommateur de services cloud dont les contraintes sont le temps de mise en service et le besoin d’exprimer les besoins en services et leur configuration de manière simple et transparente et de permettre la définition de configurations de déploiement adaptées aux besoins de chaque consommateur, comparables à celles offertes par les clouds privés et optimisées pour tirer profit des spécificités de chaque fournisseur de cloud. Dans cette thèse, nous proposons un framework permettant d’exprimer indépendamment de toute solution sous-jacente les besoins en services et en fournisseurs de cloud et de générer efficacement des infrastructures de déploiement extensibles, adaptatives et contrôlables par le consommateur. Cette solution est composée de MANTUS, un outil permettant l’expression des besoins et la génération automatique d’instances, d’ORBITS, des infrastructures de déploiement multi-cloud adaptables dynamiquement grâce aux mécanismes autonomiques offerts par MANTUS.La solution proposée se décline en plusieurs contributions : tout d’abord l’extension d’un framework IaC (Infrastructure as a Code) existant, dédié à la construction de solutions multi-cloud par des mécanismes de tissage, caractéristiques de la programmation par aspects (AOP), permettant ainsi d’injecter et d’extraire des ressources à la demande. Cette extension, expérimentée sur le framework TOSCA a nécessité la proposition du langage TML (Tosca Manipulation Language) permettant de formaliser et de manipuler ces extensions. Les expérimentations effectuées montrent une surcharge acceptable induite par le mécanisme de tissage. La seconde contribution a été de doter le framework IaC TOSCA d’un outil d’expression des besoins et d’un algorithme de matching en terme, d’une part, de nombre et de caractéristiques de fournisseur de cloud -notamment la localisation- et d’autre part en terme de caractéristiques des services… Advisors/Committee Members: Ghedira, Chirine (thesis director).