Thèse soutenue

Nouvelles techniques de virtualisation de la mémoire et des entrées-sorties vers les périphériques pour les prochaines générations de centres de traitement de données basés sur des équipements répartis déstructurés
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Auteur / Autrice : Maciej Bielski
Direction : Renaud Pacalet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique
Date : Soutenance le 18/03/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau ; 1977-....)
Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Pacalet, Vania Marangozova, Suna Melek Önen, Laurent Pautet, Guillaume Urvoy-Keller, Alvise Rigo
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Pétrot, Alain Bouzaïde Tchana

Mots clés

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Résumé

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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 n'est pas immédiatement compatible avec la technique d'attachement direct, est pourtant très populaire pour sa performance quasi native. Pour remédier à cette limitation, nous présentons une solution qui adapte le concept d'attachement direct à la désagrégation de l'architecture. Grâce à cette solution, les dispositifs désagrégés peuvent être directement attachés aux machines virtuelles, comme s'ils étaient branchés localement. De plus, l'OS hébergé, pour lequel la configuration de l'infrastructure sous-jacente n'est pas visible, n'est pas lui-même concerné par les modifications introduites.