Publication en ligne des thèses de Télécom SudParis

Retrouvez sur theses.fr l'ensemble des thèses soutenues par les docteurs de Télécom SudParis, membre de la Comue Université Paris-Saclay.

Publication en ligne des thèses de Télécom SudParis

Soutenances de thèses

L'Ecole doctorale EDITE - Ecole doctorale informatique, télécommunications et électronique et Télécom SudParis avec le Laboratoire de recherche SAMOVAR - Services répartis, Architectures, MOdélisation, Validation, Administration des Réseaux
présentent

 

l’AVIS DE SOUTENANCE de Monsieur Van Long TRAN

Autorisé à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de Télécom SudParis avec l'Université Paris 6 en :

 

Informatique

 

«Optimisation des checkpoints et du modèle d'exécution pour une implémentation de OpenMP sur architecture à mémoire distribuée»

le 14 novembre 2018 à  14:00 - Salle A003

Adresse : Télécom SudParis - 9 rue Charles Fourier - 91000 Evry
Membres du jury :

 

Directeur de thèse : Eric RENAULT - Maître de conférences HDR

 

Rapporteurs :

 

Denis BARTHOU - Professeur - LaBRI - ENSEIRB-MATMECA - Bordeaux

 

Hacène FOUCHAL - Professeur - Université de Reims

 

Examinateurs :

Christine MORIN - Directrice de recherche - IRISA - INRIA

 

Jean-luc LAMOTTE - Professeur - Université Paris 6

 

Viet Hai HA - Associate Professor -  Hue University - Vietnam

 

Résumé :

 

OpenMP et MPI sont devenus les outils standards pour développer des programmes parallèles sur une architecture à mémoire partagée et à mémoire distribuée respectivement. Comparé à MPI, OpenMP est plus facile à utiliser. Ceci est dû au fait qu’OpenMP génère automatiquement le code parallèle et synchronise les résultats à l’aide de directives, clauses et fonctions d’exécution, tandis que MPI exige que les programmeurs fassent ce travail manuellement. Par conséquent, des efforts ont été faits pour porter OpenMP sur les architectures à mémoire distribuée. Cependant, à l’exclusion de CAPE, aucune solution ne satisfait les deux exigences suivantes ̃: 1) être totalement conforme à la norme OpenMP et 2) être hautement performant.
CAPE signifie «Checkpointing-Aided Parallel Execution». C’est un framework qui traduit et fournit automatiquement des fonctions d’exécution pour exécuter un programme OpenMP sur une architecture à mémoire distribuée basé sur des techniques de checkpoint. Afin d’exécuter un programme OpenMP sur un système à mémoire distribuée, CAPE utilise un ensemble de modèles pour traduire le code source OpenMP en code source CAPE, puis le code source CAPE est compilé par un compilateur C/C++ classique. Fondamentalement, l’idée de CAPE est que le programme s’exécute d’abord sur un ensemble de nœuds
du système, chaque nœud fonctionnant comme un processus. Chaque fois que le programme rencontre une section parallèle, le maître distribue les tâches aux processus esclaves en utilisant des checkpoints incrémentaux discontinus (DICKPT). Après l’envoi des checkpoints, le maître attend les résultats renvoyés par les esclaves. L’étape suivante au niveau du maître master consiste à recevoir et à fusionner le résultat des checkpoints avant de les injecter dans sa mémoire. Les nœuds esclaves quant à ceux reçoivent les différents checkpoints, puis l’injectent dans leur mémoire pour effectuer le travail assigué. Le résultat est ensuite renvoyé au master en utilisant DICKPT. À la fin de la région parallèle, le maître envoie le résultat du checkpoint à chaque esclave pour synchroniser l’espace mémoire du programme. Dans certaines expériences, CAPE a montré des performances élevées sur les systèmes à mémoire distribuée et constitue une solution viable entièrement compatible avec OpenMP. Cependant, CAPE reste en phase de développement, ses checkpoints et son modèle d’exécution devant être optimisés pour améliorer les performances, les capacités et la fiabilité. Cette thèse vise à présenter les approches proposées pour optimiser et améliorer la capacité des checkpoints, concevoir et mettre en œuvre un nouveau modèle d’exécution, et améliorer la capacité de CAPE. Tout d’abord, nous avons proposé une arithmétique sur les checkpoints qui modélise la structure des données des checkpoints et ses opérations. Cette modélisation contribue à optimiser la taille des checkpoints et à réduire le temps nécessaire à la fusion, tout en améliorant la capacité des checkpoints. Deuxièmement, nous avons développé TICKPT qui signifie «Time-Stamp Incremental Checkpointing» une implémentation de l’arithmétique sur les checkpoints. TICKPT est une amélioration de DICKPT, il a ajouté l’horodatage aux checkpoints pour identifier l’ordre des checkpoints. L’analyse et les expériences comparées à DICKPT montrent TICKPT sont non seulement plus petites, mais qu’ils ont également moins d’impact sur les performances du programme. Troisièmement, nous avons conçu et implémenté un nouveau modèle d’exécution et de nouveaux prototypes pour CAPE basés sur TICKPT. Le nouveau modèle d’exécution permet à CAPE d’utiliser les ressources efficacement, d’éviter les risques de goulots d’étranglement et de satisfaire à l’exigence des les conditions de Bernstein. Au final, ces approches améliore significativement

les performances de CAPE, ses capacités et sa fiabilité. Le partage des données implémenté sur CAPE et basé sur l’arithmétique sur des checkpoints est ouvert et basé sur TICKPT. Cela démontre également la bonne direction que nous avons prise et rend CAPE plus complet.

 

Abstract:

 

OpenMP and MPI have become the standard tools to develop parallel programs on shared-memory and distributed-memory architectures respectively. As compared to MPI, OpenMP is easier to use. This is due to the ability of OpenMP to automatically execute code in parallel and synchronize results using its directives, clauses, and runtime functions while MPI requires programmers do all this manually. Therefore, some efforts have been made to port OpenMP on distributed-memory architectures. However, excluding CAPE, no solution has successfully met both requirements: 1) to be fully compliant with the OpenMP standard and 2) high performance.
CAPE stands for Checkpointing-Aided Parallel Execution. It is a framework that automatically translates and provides runtime functions to execute OpenMP program on distributed-memory architectures based on checkpointing techniques. In order to execute an OpenMP program on distributed-memory system, CAPE uses a set of templates to translate OpenMP source code to CAPE source code, and then, the CAPE source code is compiled by a C/C++ compiler. This code can be executed on distributed-memory systems under the support of the CAPE framework. Basically, the idea of CAPE is the following: the program first run on a set of nodes on the system, each node being executed as a process. Whenever the program meets a parallel section, the master distributes the jobs to the slave processes by using a Discontinuous Incremental Checkpoint (DICKPT). After sending the checkpoints, the master waits for the returned results from the slaves. The next step on the master is the reception and merging of the resulting checkpoints before injecting them into the memory. For slave nodes, they receive different checkpoints, and then, they inject it into their memory to compute the divided job. The result is sent back to the master using DICKPTs. At the end of the parallel region, the master sends the result of the checkpoint to every slaves to synchronize the memory space of the program as a whole. In some experiments, CAPE has shown very high-performance on distributed-memory systems and is a viable and fully compatible with OpenMP solution. However, CAPE is in the development stage. Its checkpoint mechanism and execution model need to be optimized in order to improve the performance, ability, and reliability. This thesis aims at presenting the approaches that were proposed to optimize and improve checkpoints, design and implement a new execution model, and improve the ability for CAPE. First, we proposed arithmetics on checkpoints, which aims at modeling checkpoint’s data structure and its operations. This modeling contributes to optimize checkpoint size and reduces the time when merging, as well as improve checkpoints capability. Second, we developed TICKPT which stands for Time-stamp Incremental Checkpointing as an instance of arithmetics on checkpoints. TICKPT is an improvement of DICKPT. It adds a time-stamp to checkpoints to identify the checkpoints order. The analysis and experiments to compare it to DICKPT show that TICKPT do not only provide smaller in checkpoint size,
but also has less impact on the performance of the program using checkpointing. Third, we designed and implemented a new execution model and new prototypes for CAPE based on TICKPT. The new execution model allows CAPE to use resources efficiently, avoid the risk of bottlenecks, overcome the requirement of matching the Bernstein’s conditions. As a result, these approaches make CAPE improving the performance, ability as well as reliability. Four, Open Data-sharing attributes are implemented on CAPE based on arithmetics on checkpoints and TICKPT. This also demonstrates the right direction that we took, and makes CAPE more complete.

L'Ecole doctorale EDITE - Ecole doctorale informatique, télécommunications et électronique et Télécom SudParis avec le Laboratoire de recherche SAMOVAR - Services répartis, Architectures, MOdélisation, Validation, Administration des Réseaux

présentent

l’AVIS DE SOUTENANCE de Monsieur Mokhtar KORTI

Autorisé à présenter ses travaux en vue de l’obtention du Doctorat de Télécom SudParis avec l'Université Paris 6 en :

Electronique & Communications

« Contribution à la caractérisation des impulsions ultra-courtes à l'aide de sources laser rapidement accordables »

le 18 novembre 2018 à 9h00  - Salle de visioconférence
Adresse: Université Abou Bekr Belkaïd - Faculté de Technologie - Chetouane - Tlemcen - Algérie

Membres du jury :

Directeur de thèse :

Badr-Eddine BENKELFAT - Professeur

Omar SEDDIKI - Professeur -  Université Abou Bekr Belkaïd - Algérie

Rapporteurs :

 

Belabbas SOUDINI - Professeur - Université Djilali Liabes - Algérie

Pascal BESNARD - Professeur - ENSSAT, FOTON CNRS

 

Examinateurs :

 

Jean-Pierre VILCOT - Directeur de recherche - IEMN - CNRS Villeneuve d'Asq

Malika KANDOUCI - Professeure - Université Djilali Liabes - Algérie

Yaneck GOTTESMAN - Maître de conférences - Télécom SudParis

Noureddine BOUKLI-HACENE - Professeur - Université Abou Bekr Belkaïd - Algérie

Abderrahim RAMDANE - Directeur de recherche - CNRS/C2N - France

 

Résumé :

 

Les sources laser accordables se distinguent par leur capacité à changer leur longueur d’onde d’émission de façon continue dans le temps. Elles sont utilisées dans de nombreuses applications comme les télécommunications, la spectroscopie et la tomographie optique cohérente. Elles sont caractérisées principalement par une faible largeur de raie instantanée, une grande vitesse de balayage et une large plage d’accord.

 

Les avantages des sources accordables ouvrent la voie vers d’autres types d’applications comme la caractérisation des impulsions ultracourtes par exemple. Généralement, ces impulsions sont caractérisées via des méthodes non linéaires, lentes et trop compliquées à mettre en place.

 

Nous avons donc proposé une nouvelle approche basée sur les sources accordables pour la caractérisation des impulsions ultracourtes. En utilisant un laser à semi-conducteur accordable linéairement, type SG-DBR (Sampled-Grating Distributed Bragg Reflector), nous pouvons balayer en une seule mesure tout le spectre optique des impulsions sous test. Le signal de battement entre la source accordable et le laser pulsé permet de mesurer l’amplitude et la phase spectrales des différents modes ce qui nous donne accès à la forme temporelle de l’impulsion.

 

L’avantage de notre approche est que tout le processus de caractérisation se fait en une seule mesure très rapide. En effet, la grande vitesse de balayage du laser accordable permet d’avoir des temps de mesure très faibles (< 10 µs), ce qui offre la possibilité d’avoir des mesures en temps réel. De plus, grâce à la large plage d’accord, cette technique est complétement indépendante de l’impulsion sous test, elle ne nécessite aucune connaissance au préalable des différentes propriétés de cette dernière telles que la fréquence de répétition, le nombre de modes ou la fréquence de chaque mode.

 

Abstract:

 

Optical swept sources are distinguished by the ability to change their output wavelength in a continuous manner over time. They are used in many applications such as telecommunications, spectroscopy and optical coherence tomography. They are mainly characterized by a narrow instantaneous linewidth, a high sweep rate and a wide tuning range.

 

The advantages of swept sources open the way to other types of applications such as the characterization of ultrashort pulses for example. Generally, these pulses are characterized using nonlinear methods which are slow and too complicated.

 

We have proposed a novel approach based on swept sources for the characterization of ultrashort pulses. By using a linearly wavelength-swept semiconductor laser like SG-DBR (Sampled-Grating Distributed Bragg Reflector), we can scan the entire optical spectrum of the pulses under test in a single measurement. The beat signal between the swept source and the pulsed laser is then used to measure the spectral amplitude and phase of all modes which gives access to the temporal shape of the pulse.

 

The main advantage of our approach is that the entire characterization process is done in a single fast measurement. Indeed, the high sweep rate of the swept source offers the possibility of having real time measurements. In addition, thanks to the wide tuning range, this technique is completely independent of the pulse under test, it requires no prior knowledge of the various properties of the pulse such as the repetition frequency, the number of modes or the frequency of each mode.