Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Systèmes à base de composants concurrents“

Les applications déployées sur des environnement de type Cloud ou sur des systèmes cyber-physiques nécessitent une reconfiguration fréquente pendant leur exécution pour s'adapter à l'évolution des besoins et des exigences, ce qui souligne l'importance des capacités de reconfiguration dynamique. En outre, ces environnements peuvent étendre et modifier leurs services en cours d'exécution, ce qui nécessite une approche compositionnelle pour permettre la modification des configurations. Pour gérer la variabilité de l'architecture des grands systèmes, les modèles de caractéristiques sont largement utilisés au moment de la conception, avec plusieurs opérateurs définis pour permettre leur composition. Les approches existantes calculent de nouvelles configurations valides soit au moment de la conception, soit au moment de l'exécution, soit les deux, ce qui entraîne d'importants temps de calcul ou de validation pour chaque étape de reconfiguration. En outre, la construction de modèles formels corrects par construction pour gérer les reconfigurations d'applications est une tâche complexe et sujette aux erreurs, et il est nécessaire de l'automatiser autant que possible.Pour relever ces défis, nous proposons une approche appelée FeCo4Reco qui s'appuie sur les modèles de caractéristiques pour générer automatiquement, dans un formalisme basé sur les composants appelé JavaBIP, des modèles de variabilité d'exécution basés sur les composants qui respectent les contraintes du modèle de caractéristiques. Ces modèles de variabilité d'exécution basés sur les composants sont exécutables et peuvent être utilisés à l'exécution pour appliquer les contraintes de variabilité, c'est-à-dire pour garantir la validité (partielle) de toutes les configurations atteignables.Comme les architectures des systèmes complexes peuvent évoluer à l'exécution en acquérant de nouvelles fonctionnalités tout en respectant de nouvelles contraintes, nous définissons des opérateurs de composition pour les modèles de variabilité à l'exécution basés sur des composants qui, non seulement encodent ces opérateurs de composition de modèles de caractéristiques, mais garantissent également une reconfiguration sûre à l'exécution. Pour prouver les propriétés de correction et de composition, nous proposons une nouvelle équivalence UP-bisimulation en plusieurs étapes et l'utilisons pour montrer que les modèles de variabilité d'exécution basés sur les composants préservent la sémantique des modèles de fonctionnalités composés.Pour l'évaluation expérimentale, nous avons démontré l'applicabilité de notre approche dans des scénarios réels en générant un modèle d'exécution basé sur le modèle de caractéristiques de la plateforme cloud Heroku à l'aide de notre approche. Ce modèle est ensuite utilisé pour déployer une application web réelle sur la plateforme Heroku. En outre, nous avons mesuré les surcharges de temps et de mémoire induites par les modèles d'exécution générés sur des systèmes impliquant jusqu'à 300 fonctionnalités. Les résultats montrent que les surcharges sont négligeables, ce qui démontre l'intérêt pratique de notre approche<br>Cloud applications and cyber-physical systems require frequent reconfiguration at run-time to adapt to changing needs and requirements, highlighting the importance of dynamic reconfiguration capabilities. Additionally, the environment platforms can extend and modify their services at run-time, which necessitates a compositional approach to allow the modifications of the configurations. To manage the variability of large systems' architecture, feature models are widely used at design-time with several operators defined to allow their composition. Existing approaches compute new valid configurations either at design time, at runtime, or both, leading to significant computational or validation overheads for each reconfiguration step. In addition, building correct-by-construction formal models to handle application reconfigurations is a complex and error-prone task, and there is a need to make it automated as far as possible.To address these challenges, we propose an approach named FeCo4Reco that leverages feature models to automatically generate, in a component-based formalism called JavaBIP, component-based run-time variability models that respect the feature model constraints. These component-based run-time variability models are executable and can be used at runtime to enforce the variability constraints, that is, to ensure the (partial) validity of all reachable configurations.As complex systems' architectures may evolve at run-time by acquiring new functionalities while respecting new constraints, we define composition operators for component-based run-time variability models that not only encode these feature model composition operators, but also ensure safe run-time reconfiguration. To prove the correctness and compositionality properties, we propose a novel multi-step UP-bisimulation equivalence and use it to show that the component-based run-time variability models preserve the semantics of the composed feature models.For the experimental evaluation, we demonstrated the applicability of our approach in real-world scenarios by generating a run-time model based on the feature model of the Heroku cloud platform using our approach. This model is then used to deploy a real-world web application on the Heroku platform. Furthermore, we measured the time and memory overheads induced by the generated run-time models on systems involving up to 300 features. The results show that the overheads are negligible, demonstrating the practical interest of our approach

L'objectif de la thèse est de développer des méthodologies et des outils pour la vérification compositionnelle et incrémentale des systèmes à base de composants. Nous proposons une méthode compositionnelle pour vérifier des propriétés de sûreté. La méthode est basée sur l'utilisation des deux types d'invariants: invariants de composant qui expriment des aspects locaux des systèmes et invariants d'interaction qui caractérisent les contraintes globales induites par les synchronisations entre les composants. Nous offrons des méthodes efficaces pour calculer ces invariants. Nous proposons également une nouvelle technique qui prend la conception incrémentale du système en compte. L'intégration de la vérification dans le processus de conception permet de déceler une erreur dès qu'elle apparaît. En outre, cette technique permet d'éviter de refaire toutes les processus de vérification par la réutilisation de résultats intermédiaires. Il prend des avantages des strutures de systèmes pour faire face à la complexité de la vérification globale et, par conséquent, réduit sensiblement le coût de la vérification en temps et en mémoire utilisée. Les méthodes ont été mises en oevre dans la chaîne d'outil D-Finder. Les résultats expérimentaux obtenus sur des exemples non triviaux et études de cas montrent l'efficacité de notre méthode ainsi que les capacités de D-Finder<br>The goal of the thesis is to develop theory, methods and tools for the compositional and incremental verification for component-based systems. We propose a compositional verification method for proving safety properties. The method is based on the use of two kinds of invariants: component invariants which express local aspects of systems and interaction invariants which characterize global constraints induced by synchronizations between components. We provide efficient methods for computing these invariants. We also propose a new technique that takes the incremental design of the system into account. The integration of verification into design process allows to detect an error as soon as it appears. Moreover, the technique helps to avoid redoing all the verification process by reusing intermediate verification results. It takes advantage of the system structure for coping with complexity of the global verification and therefore, reduces significantly the cost of verification in both time and memory usage. The methods have been implemented in D-Finder tool-set. The experimental results obtained on non trivial examples and case studies show the efficiency of our methods as well as the capacity of D-Finder

L'objectif de la thèse est de développer des méthodologies et des outils pour la vérification compositionnelle et incrémentale des systèmes à base de composants. Nous proposons une méthode compositionnelle pour vérifier des propriétés de sûreté. La méthode est basée sur l'utilisation des deux types d'invariants: invariants de composant qui expriment des aspects locaux des systèmes et invariants d'interaction qui caractérisent les contraintes globales induites par les synchronisations fortes entre les composants. Nous offrons des techniques efficaces pour calculer ces invariants. Nous proposons également une nouvelle méthode de vérification incrémentale qui prend la conception incrémentale du système en compte. L'intégration de la vérification dans le processus de conception permet de déceler une erreur dès qu'elle apparaît. En outre, cette méthode permet d'éviter de refaire tous les processus de vérification par la réutilisation de résultats intermédiaires. Elle prend des avantages des structures de systèmes pour faire face à la complexité de la vérification globale et, par conséquent, réduit significativement le coût de la vérification en temps et en mémoire utilisée. Les méthodes compositionnelles et incrémentales ont été mises en oeuvre dans la chaîne d'outil D-Finder. Les résultats expérimentaux obtenus sur plusieurs études de cas non triviales montrent l'efficacité de nos méthodes ainsi que les capacités de D-Finder.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux design, vérification et implémentation des systèmes à base de composants. Nous proposons d'abord une méthodologie de design et de vérification compositionelle et incrémentale à base de contrats pour les systèmes de composants. Nous proposons ensuite une implémentation distribuée qui permet de préserver certaines properiétés globales de ces systèmes. La méthodologie de design proposée utilise les contrats comme un moyen de contraindre, raffiner et d'implémenter les systèmes. Elle est basée sur un formalisme de contracts générique, que nous instancions pour un formalisme de composants permettant la description des propriétés de progrés. Nous étendons cette méthodologie pour raisonner sur des systèmes de taille arbitraire et nous prouvons son utilité pour vérifier des propriétés de sûreté et de progrés d'un réseau de noeuds distribués. Dans le contexte des systèmes distribués, les systèmes doivent être implémenter de manière distribuée. Nous proposons dans cette thèse un protocole qui permet l'exécution distribuée des systèmes tout en préservant certaines propriétés globales à savoir des synchronisations et des priorités et où les composants interagissent par échange de messages. Nous proposons également une implémentation du protocole pour une plateforme particulière.

Component-Oriented Systems are increasingly evolving and being adopted by both industrial and academic worlds. They have resulted from the advances achieved in both software engineering and distributed systems. Component models such as JavaBeans, COM, CORBA were presented as reusable components that can be composed together to get a complete software. At the same time, advances in distributed systems lead to another type of component models such as EJB, DCOM and CCM that treat the distribution as their main objective. Platforms conforming to these models support a number of middleware services that facilitates the distribution without explicit intervention from the system developers. These platforms can be seen as dedicated hosting servers of the applications' components. In our works, we concentrate on the EJB component model; we present an administration platform for a federation of servers cooperating to host a number of applications. The federation includes different servers with different configurations, characteristics, services and resources. Our main objective is to manage the deployment of EJB components in the federation depending on their needs to the available resources and services offered by the servers. The proposed administration platform is based on the JMX instrumentation platform. We propose a 3-level instrumentation model to collect management information from 3 environment levels: network and system low level, application server level, and components level. The administration platform gets all necessary information about the execution environment from this instrumentation platform modeled in 3 levels where all the elements are also modeled as managed objects. Furthermore, the administration platform defines a number of services to control the deployment management in the federation such as a migration service, EJB evaluation service, and EJB instrumentation service. Beside these services, we define a number of rules to consider while taking decision concerning the deployment process and the communication between the application servers. To apply a non-centralized management over the nodes of the federation, we propose deploying the administration services on all servers in the federation to get a distributed management.

L'objectif de ce travail est de fournir des modèles et outils pour simplifier la construction des systèmes distribués à base de composants sécurisés, ainsi que la gestion des propriétés de sécurité, en utilisant des outils de haut niveau d'abstraction pour la configuration et la reconfiguration dynamique. En plus des propriétés d'accessibilité et de communications sécurisées classiques, nous focalisons notre travail sur une propriété des systèmes répartis plus générale : la non-interférence. Cette propriété atteste qu'il ne doit pas y avoir de flux d'information entre des parties publiques et privées du système. Ce qui implique le suivi de l'acheminement de l'information entre les différentes composantes du système distribué. Notre objectif principal est donc de proposer un modèle, accompagné d'un ensemble d'outils, garantissant la propriété de la non-interférence à la construction du système, et ce à une plus grosse granularité : celle des composants. Ces outils permettent de (1) configurer les paramètres de sécurité des composants et des liaisons entre eux, (2) vérifier la propriété de non-interférence dans le code d'un composant et entre les différents composants du système et (3) générer automatiquement le code nécessaire pour appliquer ces propriétés de sécurité. D'autre part, nous proposons une architecture permettant de vérifier dynamiquement la propriété de non-interférence dans un système réparti.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la définition d'une approche de modélisation qui permet de faire face à la complexité des systèmes embarqués, réduire leur temps de conception et couvrir différents domaines d'applications (Modèles de Traitement). Cette approche, appelée ModelJ, est basée sur le paradigme de composant et le paradigme d'aspect. Elle explore le potentiel de ces nouveaux paradigmes logiciels, apparus récemment, dans le cadre de la modélisation des systèmes embarqués. L'approche propose d'une part, un métamodèle indépendant de tout langage de modélisation, qui permet de fournir des modèles abstraits , réutilisables et modulaires contribuant à faciliter la modélisation des systèmes embarqués, et d'autre part de proposer un framework qui met en oeuvre le métamodèle et qui fournit un environnement logiciel pour la définition de modèles et la validation de ceux-ci par simulation<br>This thesis work address embedded systems design. It proposes a modelling approach that faces the complexity of theses systems, reduces their design time and covers their different and multiple application domains (Models of Computation). This approach, called ModelJ, is based on two main paradigms recently appeared in software engineeriing : the component and the aspect paradigms. The component paradigm addresses the system complexity and improves reusability where as the aspect paradigm deals with the flexibility and adaptability of system descriptions. The proposed approach defines a metamodel and a framework. The metamodel provides a set of reusable and modular abstract models for describing the embedded system in a language-independent way. The framework is the software environment that implements the defined metamodel and allows to model, develop and simulate the system

Cette thèse s'est interessée à un paradigme récent à savoir la conception collaborative, autour de l'intranet, des systèmes intégrés fondée sur l'utilisation d'IPs. Elle s'est intéressée en particulier à la gestion de données de conception d'IPs et de leur transfert autour de l'intranet. Il s'agit donc de proposer des méthodologies et des outils permettant de décrire, de modéliser, de valider, et d'échanger des fichiers de conception et de validation à différents niveaux d'abstraction. La première difficulté liée à l'utilisation des IPs est leur qualification. Une partie de cette thèse a été consacrée à une étude de systhèse sur les stratégies et les outils de validation. Le deuxième problème de la conception collaborative concerne la modélisation et l'échange des fichiers de conception et de validation d'IPs. La partie clé de cette thèse aborde ce sujet. Dans un premier temps une méthodologie de description de données descriptives d'IPs a été mise en place dans une description dite "description catalogue". Ensuite, une technique de modélisation d'IPS à partie de son flot de conception dite "profilage d'IPs" a été définie pour décrire et stocker ses fichiers de conception. Une modélisation hiérarchique de systèmes intégrés à base d'IPs est présentée. Elle assure une gestion de l'échange des données de conception d'IPs fondée sur représentation des répertoires des fichiers par une DTD (document type) XML. Ce travail a contribué aux travaux de VCT "Virtual Component Transfer de VSIA", du projet européen "TOOLIP de MEDEA+" et a mené à une proposition de standardisation. Ces deux dermières initiatives focalisant leurs efforts à la définition et à la réalisation des normes, des méthodes et des outils d'échange d'IPs.

Ce travail s'inscrit dans le domaine du génie logiciel et traite de la conception d'applications distribuées à base de composants. La plupart des industriels utilise des technologies à base de composants telles que les environnements distribués Corba ou EJB. La notion de composants améliore la qualité du logiciel, c'est une unité de code robuste et éprouvée. Or, la conception d'applications grâce à des démarches de type Processus Unifié, ne garantit pas l'identification et donc la réutilisation de composants préfabriqués. En fait, l'identification, la réutilisation et la conception de composants ne sont pas correctement prises en compte par les concepts introduits par la notation UML. Enfin, le portage des modèles UML vers les plate-formes technologiques n'est pas direct et demande de nombreux choix de conception, ce qui rend la tâche complexe et coûteuse. L'objectif de la thèse est de fournir aux concepteurs un cadre méthodologique, ainsi qu'un environnement complet pour la conception d'applications à base de composants et la génération de code vers des technologies spécifiques permettant le développement d'applications dans des environnements distribués. Nous proposons un formalisme de modélisation à base de composants articulé autour de quatre vues correspondant à quatre préoccupations de l'ingénierie logicielle<br>La vue de cas d'utilisation permet de décrire les besoins des utilisateurs finaux et les dépendances entre composants au niveau fonctionnel. La vue d'interactions des éléments du système donne une représentation plus fine des dépendances entre composants par échange de message et permet de définir les interfaces. La vue de conception de composants décrit la structure des composants. La vue d'assemblage des composants logiques décrit le modèle du système. Chaque vue est décrite par une partie du méta-modèle définissant les concepts mis en jeu et leurs relations. Ce méta-modèle garantit la cohérence entre les vues et les activités sous-jacentes. Ce formalisme, ainsi que la démarche améliorent le portage des composants modélisés vers des composants de plate-formes technologiques spécifiques. Cependant, la projection vers ces plate-formes reste difficile. Elle peut être assistée par le biais de projections vers des modèles intermédiaires. La thèse présente l'implantation d'une chaîne globale de conception de composants qui s'appuie principalement sur l'atelier ouvert Eclipse utilisé aussi bien dans l'industrie que dans le monde académique. L'implantation d'un modèle intermédiaire par un framework enrichissant le modèle EJB, montre que cette démarche augmente la productivité de systèmes à base de composants. Ils sont mieux conçus et les possibilités de courtage et de réutilisation de composants préfabriqués sont accrues. Enfin, l'étude d'un mécanisme d'extensibilité de notre modèle offre des perspectives d'adaptation de notre travail à d'autres paradigmes et d'autres démarches qui devraient permettre une exploitation plus large de notre travail

Concernant la partie logicielle des systèmes embarqués, on constate le besoin d’un modèle de la structuration du logiciel qui facilite le processus de développement, la capacité de faire évoluer le comportement du système lors de son exécution, afin de s’adapter aux changements de son environnement, et la prise en compte des limitations des ressources physiques des plates-formes d’exécution. L’utilisation de composants logiciels est une approche de conception qui, via l'abstraction des détails techniques, facilite la gestion de la complexité du logiciel. La question que nous nous posons est : comment les composants doivent être développés de façon à satisfaire les exigences liées aux fortes contraintes physiques et au besoin d’évolution du logiciel ? Pour y répondre, nous introduisons a notion de réification de composant. Une réification est une collection de données et de comportements qui encapsulent des aspects du composant à un moment précis de son cycle de vie. Nous proposons ensuite des techniques d’optimisation pour la génération du code « glue » qui assure l’interopérabilité des composants, afin de satisfaire les contraintes liées aux ressources limitées. Elles rendent possible la définition de niveaux d’optimisation pour chaque instance des entités du modèle à composants, ce qui nous permet de régler la performance du logiciel en fonction de ses besoins (extra) fonctionnels. Ensuite, nous définissons quatre profils d’évolution en fonction des caractéristiques d’évolution de chaque entité du modèle, et nous mettons en place des infrastructures d’évolution adaptées aux besoins d’évolution du système, couplées avec les exigences de performance du logiciel<br>Regarding embedded systems software which is open to change, we find (i) the need for a model of the structuring of software that facilitates the development process, (ii) the ability to make evolve the system behavior at execution-time, to adapt to changes in its environment, and (iii) the accounting of the physical resources limitations in execution platforms. The use of software components is a design approach which, though the abstraction of technical details, cases software complexity management. It meets the first requirement and is the basis of our proposals. Based on this approach, we intend to answer the following question: how components should be developed to satisfy the requirements that derive from strong physical constraints and the need of software evolution? To answer this question, we first introduce the notion of component reification. A reification is a collection of data and behaviors that encapsulate aspects of the component at a specific point of its life-cycle. Based in this concept, we then propose optimization techniques for the generation of the glue code that ensures the interoperability of components, in order to satisfy the physical constraints due to limited resources. These techniques make possible the definition of optimization levels for each instance of the component model entities, which allows us to adjust the performance of the software to its (extra)functional needs. Then, we define four categories of evolution based on evolution my characteristics of each entity of the model, and we deploy an evolution infrastructure tailored to the systems evolution needs, coupled with the softwares performance requirements