Architecture systèmes et réseaux

KRAKOS, une nouvelle équipe pour optimiser les couches système des centres de données

Date:
Mis à jour le 26/11/2024
Comment concevoir des systèmes d’exploitation à la fois plus performants, robustes, sécurisés, flexibles et moins énergivores, à l’échelle des centres de données ? Tel est le leitmotiv de KrakOS, la nouvelle équipe-projet Inria, commune avec l’Université Grenoble Alpes, Grenoble INP - UGA et le CNRS, créée le 1er octobre 2024. L’inauguration s’est tenue ce jour au Centre Inria de l’Université Grenoble Alpes.
Grid 5000 à Rennes
© Inria / Photo Kaksonen

L’architecture complexe des centres de données face aux évolutions de demain

Pilier essentiel des infrastructures informatiques, les centres de données hébergent la grande majorité des applications logicielles que nous utilisons au quotidien (tant à l’échelle individuelle que professionnelle), ainsi que les données associées. Avec l’essor de l’informatique en nuages (cloud computing), logiciels et infrastructures informatiques doivent répondre à des exigences d’efficacité de plus en plus fortes, que ce soit en termes de réactivité, de volume de requêtes et de données, de consommation d’énergie, etc.

Pour ce faire, les centres de données s’appuient sur des architectures basées sur la virtualisation à très grande échelle de ressources hétérogènes et à différents niveaux. Dans cet environnement technique de plus en plus complexe, difficile d’appréhender les problématiques d’efficacité, de sécurité et stabilité, pourtant cruciales. Des constatations qui ont d’ailleurs fait émerger, dans les années 1960, la recherche scientifique sur les systèmes d’exploitation, en tant que discipline aidant à la compréhension et à la construction de ces objets complexes.

Or, de nombreuses études ont démontré que les couches système basses (hyperviseur, système d’exploitation, intergiciel, applications…) jouent un rôle majeur sur les limites de performance et de fiabilité des centres de données. Difficiles à superviser, maintenir et optimiser, les systèmes actuels conduisent même à une sous-utilisation du potentiel des serveurs.

Le projet de l’équipe KrakOS est donc de revisiter les principes fondamentaux qui ont régi jusqu’à présent la construction des couches système, pour prendre en compte la modernité des centres de données et anticiper les développements futurs.
 

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Frédéric Desprez © Inria Photo C. Morel
Verbatim

Les systèmes d’exploitation sont un sujet de recherche historique à Grenoble. Le nom de l'équipe fait notamment référence à Sacha Krakowiak, professeur émérite grenoblois dont les travaux ont marqué la communauté scientifique locale et internationale. Forts de cette empreinte, il était naturel que nous apportions notre pierre à l’édifice en constituant une équipe commune avec l’Université, le CNRS et bien sûr, en lien étroit avec le LIG (laboratoire d'informatique de Grenoble).
Je suis ravi de pousser ce domaine crucial et ses évolutions autour des clouds, par de nouveaux moyens et dans le cadre d'une collaboration active avec les chercheurs de l’UGA.

Auteur

Frédéric Desprez, directeur du Centre Inria de l'Université Grenoble Alpes

Une méthodologie innovante pour adapter les systèmes aux futurs usages

Face à la complexité des systèmes étudiés, KrakOS privilégie de valider ses résultats de manière empirique et s’appuiera sur les méthodes du prototypage et de l’évaluation. En effet, l’observation et l’observabilité sont au cœur de la recherche en systèmes. Elles permettent d’identifier et de comprendre les limites et les problèmes : goulots d’étranglement, sources d’inefficacité et de gaspillage des ressources, anomalies de performance, bugs complexes et défaillances (à la fois dans les domaines matériel et logiciel).

KrakOS entend donc contribuer à la conception et à l’implémentation d’outils de profilage et de traçage, adaptés à la modernité des centres de données. L’équipe utilisera notamment comme environnement expérimental principal, la plate-forme de recherche Grid’5000 et son successeur SLICES-FR, qui présentent les principales caractéristiques de la complexité des centres de données actuels.

Ainsi outillée, KrakOS s’attachera à questionner l’adéquation de solutions établies dans le savoir-faire des systèmes, mais également la pertinence de solutions qui n’ont pas percé. L’équipe s’intéressera aux fonctionnalités matérielles existantes mais s’autorisera aussi à en proposer de légères améliorations. L’équipe étudiera les critères de performance, de robustesse et de flexibilité des systèmes considérés, tout en visant le gain d’efficacité énergétique.

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Alain Tchana  © Inria Photo B. Fourrier
Verbatim

Traditionnellement dans la communauté des systèmes, les chercheurs ont considéré le matériel tel qu’il existait. Mais de récentes expériences ont montré que se libérer de cette contrainte dans le processus d’innovation des systèmes peut ouvrir la porte à des résultats spectaculaires.

Comme toute équipe systèmes, KrakOS est désireuse d’inventer de nouvelles abstractions, de nouveaux concepts, de nouvelles politiques, de nouveaux mécanismes et de nouvelles techniques.

Auteur

Alain Tchana, responsable de KrakOS, nouvelle équipe-projet Inria

Les travaux menés par l’équipe de recherche bénéficieront aux opérateurs de centres de données et aux développeurs de systèmes d’exploitation et de systèmes distribués, notamment au travers des logiciels et des patchs open source produits par KrakOS.

L’équipe-projet KrakOS

logo EP KRAKOS

 

Hébergée au sein du Laboratoire d’informatique de Grenoble (LIG) sur le campus de Saint-Martin-d’Hères, cette nouvelle équipe-projet du Centre Inria de l’Université Grenoble Alpes réunit :

  • Alain Tchana, professeur Grenoble INP – UGA, responsable d’équipe
  • Noel De Palma, professeur UGA 
  • Vania Marangozova, professeure UGA
  • Fabienne Boyer, professeure UGA
  • Renaud Lachaize, maître de conférences UGA
  • Nicolas Palix, maître de conférences Grenoble INP – UGA
  • Thomas Ropars, maître de conférences UGA
  • Albin Petit, ingénieur de recherche Inria
  • Baptiste Lepers, chaire de professeur junior Inria
  • Annie Simon, assistante d’équipe de recherche Inria
  • ainsi qu’une dizaine de doctorantes et doctorants
  • et un membre associé, le professeur Daniel Hagimont (Toulouse INP).

Pour en savoir plus

🔗 Les débuts d’une approche scientifique des systèmes d’exploitation (Interstices, 2014)
 

🔗 Page web de l'équipe-projet KrakOS

 

Crédits des portraits © Inria - C. Morel /  B. Fourrier