Doctorant F/H Systèmes d'exploitation pour base cerf-valeur rapide

Context
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*).
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
Assignment
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

Main activities
Principales activités :
Réaliser un état de l’art sur les mécanismes OS et runtime de mise en veille/réveil à faible latence et sur les techniques d’efficacité énergétique des magasins clé-valeur distribués.
Concevoir de nouveaux mécanismes de mise en veille et de réveil adaptés aux contraintes des systèmes clé-valeur et des environnements cloud mutualisés.
Implémenter et intégrer ces mécanismes dans Linux, des environnements d’exécution en espace utilisateur et des magasins clé-valeur distribués.
Évaluer expérimentalement les solutions proposées sur des infrastructures RDMA, en termes de latence, débit, utilisation CPU et consommation énergétique.
Publier et valoriser les résultats de la recherche dans des conférences et revues scientifiques internationales.