Thèse Systèmes d'Exploitation pour Base Clef-Valeur Rapide H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : MSTII - Mathématiques, Sciences et technologies de l'information, Informatique Laboratoire de recherche : Centre de recherche Inria de l'Université Grenoble Alpes Direction de la thèse : Baptiste LEPERS ORCID 0000000175800131 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-22T23:59:59 Les bases de données clé-valeur distribués modernes fonctionnent de plus en plus à des échelles où les surcoûts du système d'exploitation deviennent un facteur limitant de performance de premier ordre. Les systèmes actuels s'appuient souvent sur l'attente active (*busy waiting*) pour atteindre une faible latence, car les interruptions, l'ordonnancement des tâches et les mécanismes de réveil sont trop coûteux à l'échelle de la microseconde. Bien que cette approche maximise les performances, elle gaspille des cycles processeur et de l'énergie, ce qui la rend peu adaptée aux futurs centres de données durables. Des travaux récents, tels que Sandman [1], montrent qu'il est possible de réaliser d'importantes économies d'énergie grâce à une gestion plus intelligente des ressources, mais reposent sur des hypothèses qui ne sont pas valables dans les environnements cloud mutualisés (par exemple, des machines exécutant une seule application).

L'objectif de cette thèse est de concevoir des mécanismes de système d'exploitation permettant aux magasins clé-valeur distribués de mettre en veille et de réveiller efficacement des contextes d'exécution à granularité fine, sans recourir à l'attente active. Les recherches exploreront de nouvelles interactions entre l'ordonnanceur du système d'exploitation, le sous-système d'interruptions et les environnements d'exécution en espace utilisateur (*user-level runtimes*), afin de prendre en charge des millions d'événements réseau et de stockage par seconde tout en maintenant une faible latence, un débit élevé et une excellente efficacité énergétique. Une attention particulière sera portée aux environnements cloud, où les ressources sont partagées et où les charges de travail présentent des fluctuations rapides ainsi qu'un comportement fortement sporadique (*bursty*).

Résultats attendus :

- Mécanismes de mise en veille et de réveil à l'échelle de la microseconde. Concevoir de nouveaux mécanismes au niveau du système d'exploitation et de l'environnement d'exécution permettant aux tâches des magasins clé-valeur de se bloquer et de reprendre leur exécution avec un surcoût significativement inférieur à celui des approches actuelles fondées sur les interruptions ou l'ordonnancement.

- Intégration d'un environnement d'exécution sensible aux ressources. Développer un environnement d'exécution capable de basculer dynamiquement entre des états actifs et des états basse consommation en fonction de l'intensité de la charge de travail, tout en préservant les garanties de latence.

- Évaluation sur des charges de travail clé-valeur modernes. Démontrer des améliorations en termes de débit, de latence de queue (*tail latency*), d'utilisation du processeur et de consommation énergétique à l'aide de magasins clé-valeur distribués de pointe exécutés sur des réseaux RDMA à haut débit.

[1] Sandman : https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3731569.3764804
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Maitrise du C, expérience de programmation en espace kernel.