Middleware for distributed applications on dynamic networks
Intergiciels pour applications distribuées sur réseaux dynamiques
Résumé
The target networks of distributed applications have significantly evolved during the last years, showing a growing dynamicity. A first characteristic of dynamic networks is the volatility, which implies that some hosts in the network may cease to participate in the application, temporarily or permanently. Another characteristic appeared with the advent of mobile computing: in a context where terminals are mobile and communicate by radio, the limited transmission range induce frequent changes in the network topology. Our work is concerned with two types of dynamic networks. Firstly, we took interest in applications pertaining to Grid Computing, and namely to parallel applications that target non-dedicated clusters, that is, sets of standard heterogeneous workstations linked by standard interconnection networks, that thus offer variable performances. Secondly, we have considered some target networks of ambient computing. In particular, we studied disconnected mobile ad hoc networks, that is to say, networks spontaneously formed by mobile hosts that communicate by radio directly with one another, without passing through a fixed infrastructure, and whose topology is such that they do not appear as a single connected component but rather as a set of distinct communication islands. To ease the development and the exploitation of distributed applications on dynamic networks, it seems useful to leverage on high-level programming paradigms such as those put in the foreground in the component-oriented approach and the service-oriented approach. These approaches namely allow a decoupling of the entities of the application, which eases the management of the development and the deployment of applications in a dynamic environment. Most of the component and the service technologies have been designed for stable networks and are generally not suited to applications on dynamic networks. We focused on the execution support of applications built with components and services, this support taking the form of a middleware, that is to say, of a set of software services build upon operating systems and communication protocols, and invoked by the components of the application. Our contributions are presented through three main projects: project Concerto, that is concerned with the definition of a model of parallel components associated with a middleware for applications to be deployed on clusters of standard workstations; project Cubik, that extends the Fractal component model and proposes tools for deploying and executing ubiquitous components on dynamic networks; and project Sarah, that is dedicated to the construction of a service platform built upon a communication protocol adapted to disconnected mobile ad hoc networks.
Les réseaux cibles des applications distribuées ont connu une évolution significative ces dernières années, faisant apparaître un dynamisme croissant. Une première caractéristique des réseaux dynamiques est la volatilité, qui implique que certaines machines du réseau peuvent être amenées à ne plus participer à l'application, de façon temporaire ou définitive. Une autre caractéristique est apparue avec l'avènement de l'informatique mobile : dans un contexte où les machines sont mobiles et communiquent par radio, la portée limitée des transmissions induit de fréquents changements de topologie du réseau. Nos travaux concernent deux catégories de réseaux dynamiques. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux applications relevant du Grid Computing et plus particulièrement aux applications parallèles ciblant des grappes non dédiées, c'est-à-dire à des ensembles de stations de travail hétérogènes banalisées reliées par des réseaux d'interconnexion eux aussi banalisés, offrant donc des performances variables. Dans un deuxième temps, nous avons considéré des réseaux cibles de l'informatique ambiante. Nous avons en particulier étudié les réseaux mobiles ad hoc discontinus, c'est-à-dire des réseaux formés spontanément à partir de machines mobiles communiquant par radio directement entre elles, sans passer par une infrastructure fixe, et dont la topologie est telle qu'ils ne se présentent pas sous la forme d'une seule composante connexe mais plutôt d'un ensemble d'îlots de communication distincts. Pour faciliter le développement et l'exploitation des applications distribuées sur réseaux dynamiques, il apparaît utile de s'appuyer sur des paradigmes de programmation de haut niveau tel que ceux mis en avant dans l'approche orientée composants et l'approche orientée services. Ces approches permettent notamment un découplage entre les entités de l'application, facilitant la gestion de la complexité du développement et du déploiement des applications dans un environnement dynamique. La plupart des technologies de composants et de services ont été conçues pour des réseaux stables et ne conviennent généralement pas aux applications sur réseaux dynamiques. Les travaux que nous avons menés ont eu pour objectif de faciliter l'exploitation des composants et services dans un contexte dynamique. Nous nous sommes surtout focalisés sur le support à l'exécution des applications bâties à partir de composants et services, ce support prenant la forme d'un intergiciel, c'est-à-dire d'un ensemble de services logiciels construits au-dessus des systèmes d'exploitation et des protocoles de communication, et invoqués par les composants de l'application. Nos contributions sont présentées à travers trois projets principaux : le projet Concerto, portant sur la définition d'un modèle de composants parallèles associé à un intergiciel pour des applications devant être déployées sur des grappes de stations de travail banalisées ; le projet Cubik, étendant le modèle de composants Fractal et proposant un support pour le déploiement et l'exécution de composants ubiquitaires pour réseaux dynamiques ; et le projet Sarah, s'attachant à la construction d'une plate-forme à services bâtie au dessus d'un protocole de communication adapté aux réseaux mobiles ad hoc discontinus.
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