[en] The rapid increase in the computational demands of science has lead to a pronounced growth in the performance offered by supercomputers. As High Performance Computing (HPC) systems grow larger, including more hardware components of different types, the system's failure rate becomes higher. Efficient fault tolerance techniques are essential not only to ensure the execution completion but also to save energy. Checkpoint/restart is one of the most popular fault tolerance techniques. However, most of the research in this field is focused on stop-and-restart strategies for distributed-memory applications in the event of fail-stop failures. Thís thesis focuses on the implementation of application-level checkpoint/restart solutions for the most popular parallel programming models used in HPC. Hence, we have implemented checkpointing solutions to cope with fail-stop failures in hybrid MPI-OpenMP applications and OpenCL-based programs. Both strategies maximize the restart portability and malleability, ie., the recovery can take place on machines with different CPU / accelerator architectures, and/ or operating systems, and can be adapted to the available resources (number of cores/accelerators). Regarding distributed-memory applications, we propose a resilience solution that can be generally applied to SPMD MPI programs. Resilient applications can detect and react to failures without aborting their execution upon fail-stop failures. Instead, failed processes are re-spawned, and the application state is recovered through a global rollback. Moreover, we have optimized this resilience proposal by implementing a local rollback protocol, in which only failed processes rollback to a previous state, while message logging enables global consistency and further progress of the computation. Finally, we have extended a checkpointing library to facilitate the implementation of ad hoc recovery strategies in the event of soft errors) caused by memory corruptions. Many times, these errors can be handled at the software-Ievel, tIms, avoiding fail-stop failures and enabling a more efficient recovery.

[es] El rápido aumento de las necesidades de cómputo de distintas ramas de la ciencia ha provocado un gran crecimiento en el rendimiento ofrecido por los supercomputadores. Cada vez se construyen sistemas de computación de altas prestaciones mayores, con más recursos hardware de distintos tipos, lo que hace que las tasas de fallo del sistema aumenten. Por tanto, el estudio de técnicas de tolerancia a fallos eficientes resulta indispensable para garantizar que los programas científicos puedan completar su ejecución, evitando además que se dispare el consumo de energía. La técnica checkpoint/restart es una de las más populares. Sin embargo, la mayor parte de la investigación en este campo se ha centrado en estrategias stop-and-restart para aplicaciones de memoria distribuida tras la ocurrencia de fallos-parada. Esta tesis propone técnicas checkpoint/restart a nivel de aplicación para los modelos de programación paralela más populares en supercomputación. Se han implementado protocolos de checkpointing para aplicaciones híbridas MPI-OpenMP y aplicaciones heterogéneas basadas en OpenCL, prestando en ambos casos especial atención a la portabilidad y la maleabilidad de la solución. Con respecto a aplicaciones de memoria distribuida, se propone una solución de resiliencia que puede ser usada de forma genérica en aplicaciones MPI SPMD, permitiendo detectar y reaccionar a fallosparada sin abortar la ejecución. En su lugar, se vuelven a lanzar los procesos fallidos y se recupera el estado de la aplicación con una vuelta atrás global. A mayores, esta solución de resiliencia ha sido optimizada implementando una vuelta atrás local, en la que solo los procesos fallidos vuelven atrás, empleando un protocolo de almacenaje de mensajes para garantizar la consistencia y el progreso de la ejecución. Por último, se propone una extensión de una librería de checkpointing para facilitar la implementación de estrategias de recuperación ad hoc ante corrupciones de memoria. Muchas veces, este tipo de errores puede gestionarse a nivel de aplicación, evitando desencadenar un fallo-parada y permitiendo una recuperación más eficiente.