Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a deux objectifs principaux. Le premier est de contribuer `à la spécification de la reconfiguration dynamique des systèmes à base de composants. Le deuxième objectif est de s´sélectionner la configuration optimale parmi un ensemble de configurations qui fournissent des fonctionnalités identiques ou similaires. Le processus de sélection dépend des propriétés non-fonctionnelles du système. La propriété de reconfigurabilité est essentielle pour de nombreux systèmes à base de composants contemporains. En effet, cette propriété améliore la disponibilité, l'adaptabilité, l'évolutivité, la maintenabilité et la performance des systèmes tels que les systèmes avioniques, les commutateurs de télécommunications et les systèmes commerciaux. Pour ces systèmes, l'arrêt de longue durée n'est pas admissible pour des raisons s´sécuritaires ou économiques. L'adaptabilité et l'evolvabilité sont également des caractéristiques importantes pour ces systèmes qui ont besoin d'inclure des changements de l'environnement ou des nouvelles exigences des utilisateurs dans le logiciel. Toutes ces motivations plus montrent l'importance de permettre, dès la conception, la reconfiguration dynamique de systèmes. La reconfiguration est la capacité de modifier la structure ou le comportement d'un système à l'exécution et sans l'arrêter complétement. Le travail présenté dans cette thèse étudie les mécanismes et les techniques pour fournir la reconfigurabilité aux systèmes à base de composants. La fourniture de reconfigurabilité nécessite la prise en considération de la cohérence du système pendant et après la reconfiguration. Il y a deux sortes de cohérence : cohérence globale et cohérence locale. Dans cette thèse, nous proposons une approche pour préserver la cohérence globale d'un système à base de composants reconfigurable en utilisant un langage formel déclaratif, Alloy. Une autre approche est proposée pour préserver la cohérence locale en analysant la relation entre la dépendance indirecte et la reconfiguration dynamique. Enfin, la sélection de configuration consiste à choisir la configuration la plus optimale à partir d'un ensemble de choix dans le but de maximiser la satisfaction de l'utilisateur. Une approche proposée pour faire le meilleur choix en fonction des préférences de l'utilisateur exprimées sur des métriques non-fonctionnelles / The research of this thesis has two main goals. The first goal is to provide the reconfigurability feature to the component-based systems. The second goal is to select the optimal configuration from a set of configurations, which provide similar functionality. The selection process depends on the non-functional properties of the system. Reconfigurability is essential feature for many contemporary component-based systems. Reconfigurability enhances the continuous availability, the adaptability, the evolvability, the maintainability, and the performance. Avionics systems, telecommunications switches and some commercial systems require the high availability. For these systems, long shutting down is not allowable due to economical or safety reasons. The adaptability and the evolvability are also important features for those systems which need to accommodate the environmental changes or the new requirements of software users. The maintainability and the performance are important requirements for a large category of systems. All the previous motivations and more show the importance of having the reconfigurability. Reconfigurability is the ability to change the system structure or the system behavior at running time without stopping it. The work presented in this thesis investigates the required mechanisms and techniques in order to provide the reconfigurability feature to a component-based system. The provision of the reconfigurability feature requires preserving the system consistency during and after the reconfiguration. The consistency has two kinds: global consistency and local consistency. In this thesis, we propose an approach to preserve the global consistency of a reconfigurable component-based system using declarative formal language. Another approach is proposed to preserve the local consistency during the reconfiguration. The second approach investigates the relationship between the indirect dependency and the dynamic reconfiguration. Configuration selection is to select the most optimal configuration from a set of alternatives in order to maximize the end user satisfaction. The thesis proposes an approach to make the best selection depending on the user preferences

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. / The goal of the thesis is to provide theory, methods and tools for the design and implementation of component-based systems. To master the complexity of systems of components, we first propose a contract-based design and verification approach which is both compositional and incremental. Then we provide a distributed implementation of these systems allowing to preserve some global properties. The proposed verification approach uses contracts as a means to constrain, refine and implement systems. It is based on a generic contract framework that we instantiate for a component framework allowing to express progress properties. We also extend the approach to reason about systems of arbitrary size and we show its usefulness for proving safety and progress properties in networked systems. In the context of distributed settings, these systems must later be executed in a distributed fashion. We also propose in this thesis a protocol that allows executing systems in a distributed way while preserving some global requirements namely priorities and synchronizations and where components interact by message exchange. Then, we provide an implementation of this protocol in a particular platform.

Le développement des applications distribuées, amenées de plus en plus à s'exécuter sur des machines aux caractéristiques hétérogènes, tend à se complexifier. Le modèle à composants apporte une réponse à ce problème en favorisant la réutilisabilité du code. Par ailleurs, les services techniques, offerts par les plates-formes à composants, allègent le code source et améliorent la qualité de service. Cependant, ces services techniques, conçus pour une exécution statique sur des machines serveurs, ne s'adaptent pas à d'autres contextes d'exécution. Leur développement sous forme d'objet notoire empêche leur adaptation. De plus, l'ensemble des services techniques fournis par la plate-forme à composants est figé. La première contribution de cette thèse consiste à définir un modèle de conception et de développement des services techniques basé sur le modèle à composants Fractal. Ce processus aboutit à la définition de personnalités d'un service (P1S) répondant chacune à un contexte d'utilisation, ainsi qu'à une redéfinition de l'assemblage formé par l'application et ses services techniques. Notre seconde contribution est un service de gestion de l'adaptation des services techniques qui permet de détecter les changements d'environnement d'exécution grâce à un moniteur, de localiser les services techniques et d'identifier la personnalité la plus adaptée au nouvel environnement grâce à un annuaire dédié aux services techniques. La faisabilité de nos propositions a été validée à travers la conception et l'implantation d'un service transactionnel multi-personnalités ainsi que l'implantation du système de gestion de l'adaptation.

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.

La thèse s'inscrit dans le domaine de la modélisation et de la validation des systèmes modernes complexes. Les systèmes actuels sont en fait d'une complexité sans cesse croissante et formés de plus en plus de composants de natures différentes. Ceci rend leur processus de conception et de validation coûteux et difficile. Il semble être la simple façon permettant de faire face à cette hétérogénéité et à cette complexité est l'approche orientée composant. Suivant cette approche, le système est une entité formée par un ensemble des composants interconnectés. Les composants définissent une interface qui permet d'abstraire leur modèle interne (boîte noire), ce qui favorise la modularité et la réutilisation des composants. L'interaction entre ces composants se fait conformément à un ensemble des règles pré-établies, permettant ainsi d'avoir une vision globale de comportement du système. La conception ainsi que la validation des systèmes modernes reste alors problématique à cause de la nécessité de prendre en compte l'hétérogénéité des différents composants. Dans ce cadre, dans un premier temps, nous définirons un cadre formel générique dans lequel une large famille de formalismes de description de systèmes à base d'états peut être naturellement capturée. Ainsi, nous allons définir un ensemble de règles de composition permettant de mettre en correspondance les différents composants et ainsi de constituer un modèle global du système à concevoir. Dans un second temps, nous proposerons une approche de test d'intégration qui permet de valider le comportement d'un système complexe sous l'hypothèse que chaque composant est testé et validé. Cette approche vise à générer automatiquement des cas de test en s'appuyant sur un modèle global décrit dans notre framework du système sous test.

La thèse s’inscrit dans le domaine de la modélisation et de la validation des systèmes modernes complexes. Les systèmes actuels sont en fait d’une complexité sans cesse croissante et formés de plus en plus de composants de natures différentes. Ceci rend leur processus de conception et de validation coûteux et difficile. Il semble être la simple façon permettant de faire face à cette hétérogénéité et à cette complexité est l’approche orientée composant. Suivant cette approche, le système est une entité formée par un ensemble des composants interconnectés. Les composants définissent une interface qui permet d’abstraire leur modèle interne (boîte noire), ce qui favorise la modularité et la réutilisation des composants. L’interaction entre ces composants se fait conformément à un ensemble des règles pré-établies, permettant ainsi d’avoir une vision globale de comportement du système. La conception ainsi que la validation des systèmes modernes reste alors problématique à cause de la nécessité de prendre en compte l’hétérogénéité des différents composants. Dans ce cadre, dans un premier temps, nous définirons un cadre formel générique dans lequel une large famille de formalismes de description de systèmes à base d’états peut être naturellement capturée. Ainsi, nous allons définir un ensemble de règles de composition permettant de mettre en correspondance les différents composants et ainsi de constituer un modèle global du système à concevoir. Dans un second temps, nous proposerons une approche de test d’intégration qui permet de valider le comportement d’un système complexe sous l’hypothèse que chaque composant est testé et validé. Cette approche vise à générer automatiquement des cas de test en s’appuyant sur un modèle global décrit dans notre framework du système sous test. / In spite of several decades of research, assuring the quality of software systems still represents a major and serious problem nowadays for the industry with respect to both results and costs. This thesis comes within the scope of a proposal centered on a generic unified framework for both complex software systems modeling and testing. The contribution of this paper is then twofold: first, it defines a unified framework for modelling generic components, as well as a formalization of integration rules to combine their behaviour. This is based on a coalgebraic definition of components, which is a categorical representation allowing the unification of a large family of formalisms for specifying state-based systems. Second, it studies compositional conformance testing i.e. checking whether an implementation made from correct interacting components combined with integration operators conforms to its specification

Cette thèse appartient au domaine des méthodes formelles. Nous nous concentrons sur leur application à une méthodologie spécifique pour le développement de logiciels: l'ingénierie à base de composants. Le Grid Component Model (GCM) suit cette méthodologie en fournissant tous les moyens pour définir, composer, et dynamiquement reconfigurer les applications distribuées à base de composants. Dans cette thèse, nous abordons la spécification formelle, la vérification et le déploiement d'applications GCM reconfigurables et distribuées. Notre première contribution est un cas d'étude industriel sur la spécification comportementale et la vérification d'une application distribuée et reconfigurable: L'HyperManager. Notre deuxième contribution est une plate-forme, élaborée avec l'assistant de preuve Coq, pour le raisonnement sur les architectures logicielles: Mefresa. Cela comprend la mécanisation de la spécification du GCM, et les moyens pour raisonner sur les architectures reconfigurables GCM. En outre, nous adressons les aspects comportementaux en formalisant une sémantique basée sur les traces d'exécution de systèmes de transitions synchronisées. Enfin, notre troisième contribution est un nouveau langage de description d'architecture (ADL): Painless. En outre, nous discutons son intégration avec ProActive, un intergiciel Java pour la programmation concurrente et distribuée, et l'implantation de référence du GCM. / This thesis belongs to the domain of formal methods. We focus their application on a specific methodology for the development of software: component-based engineering.The Grid Component Model (GCM) endorses this approach by providing all the means to define, compose and dynamically reconfigure component-based distributed applications. In this thesis we address the formal specification, verification and deployment of distributed and reconfigurable GCM applications. Our first contribution is an industrial case study on the behavioural specification and verification of a reconfigurable distributed application: The HyperManager. Our second contribution is a framework, developed with the Coq proof assistant, for reasoning on software architectures: Mefresa. This encompasses the mechanization of the GCM specification, and the means to reason about reconfigurable GCM architectures. Further, we address behavioural concerns by formalizing a semantics based on execution traces of synchronized transition systems. Overall, it provides the first steps towards a complete specification and verification platform addressing both architectural and behavioural properties. Finally, our third contribution is a new Architecture Description Language (ADL), denominated Painless. Further, we discuss its proof-of-concept integration with ProActive, a Java middleware for concurrent and distributed programming, and the de facto reference implementation of the GCM.

The thesis studies theory and methods for generating automatically centralized and distributed implementations from a high-level model of an application software in BIP. BIP (Behavior, Interaction, Priority) is a component framework with formal operational semantics. Coordination between components is achieved by using multiparty interactions and dynamic priorities for scheduling interactions. A key idea is to use a set of correct source-to-source transformations preserving the functional properties of a given application software. By application of these transformations we can generate a full range of implementations from centralized to fully distributed. Centralized Implementation: the implementation method transforms the interactions of an application software described in BIP and generates a functionally equivalent program. The method is based on the successive application of three types of source-to-source transformations: flattening of components, flattening of connectors and composition of atomic components. We shown that the system of the transformations is confluent and terminates. By exhaustive application of the transformations, any BIP component can be transformed into an equivalent monolithic component. From this component, efficient standalone C++ code can be generated. Distributed Implementation: the implementation method transforms an application software described in BIP for a given partition of its interactions, into a Send/Receive BIP model. Send/Receive BIP models consist of components coordinated by using asynchronous message passing (Send/Receive primitives). The method leads to 3-layer architectures. The bottom layer includes the components of the application software where atomic strong synchronization is implemented by sequences of Send/Receive primitives. The second layer includes a set of interaction protocols. Each protocol handles the interactions of a class of the given partition. The third layer implements a conflict resolution protocol used to resolve conflicts between conflicting interactions of the second layer. Depending on the given partition, the execution of obtained Send/Receive BIP model range from centralized (all interactions in the same class) to fully distributed (each class has a single interaction). From Send/Receive BIP models and a given mapping of their components on a platform providing Send/Receive primitives, an implementation is automatically generated. For each class of the partition we generate C++ code implementing the global behavior of its components. The transformations have been fully implemented and integrated into BIP tool-set. The experimental results on non trivial examples and case studies show the novelty and the efficiency of our approach.

Les technologies actuelles permettent l'intégration de systèmes de plus en plus complexes sur une seule puce. L'augmentation de la complexité induit un accroissement du temps de conception alors que paradoxalement, le concurrence économique impose des temps de mise sur le marché de plus en plus courts. Pour tenter de limiter ce décalage et d'accroître la productivité, l'industrie fait de plus en plus appel à la réutilisation de composants logiciels et matériels pour concevoir leurs systèmes.<br />L'un des problèmes de ce type de conception est celui de la réalisation de la communication entre composants. Cette thèse traite de la communication entre processeurs réalisée par des interfaces mixtes logicielles/matérielles. Leur difficulté de conception et l'impact du choix de partitionnement entre parties logicielles et matérielles nécessitent le développement de méthodes de génération automatique d'interfaces logicielles/matérielles pour l'exploration du partitionnement des services de communication.<br />La contribution de cette thèse consiste en une formalisation des problèmes liés à l'implémentation mixte logicielle/matérielle des services de communication et une proposition de flot pour la génération automatique d'interfaces. Des expériences de réalisations de primitives MPI ont permis d'appréhender le problème et de proposer un flot de génération automatique.

À l'heure actuelle, les dispositifs embarqués regroupent une grande variété d'applications, ayant des fonctionnalités complexes et demandant une puissance de calcul de plus en plus importante. Ils évoluent actuellement de systèmes multiprocesseur sur puce vers des architectures many-core et posent de nouveaux défis au développement de logiciel embarqué. En effet, Il a classiquement été guidé par les performances et donc par les besoins spécifiques des plates-formes. Or, cette approche s'avère trop couteuse avec les nouvelles architectures matérielles et leurs évolutions rapprochées. Actuellement, il n'y a pas un consensus sur les environnements à utiliser pour programmer les nouvelles architectures embarquées. Afin de permettre une programmation plus rapide du logiciel embarqué, la chaîne de développement a besoin d'outils pour la mise au point des applications. Cette mise au point s'appuie sur des techniques d'observation, qui consistent à recueillir des informations sur le comportement du système embarqué pendant l'exécution. Les techniques d'observation actuelles ne supportent qu'un nombre limité de processeurs et sont fortement dépendantes des caractéristiques matérielles. Dans cette thèse, nous proposons EMBera~: une approche à base de composants pour l'observation de systèmes multiprocesseurs sur puce. EMBera vise la généricité, la portabilité, l'observation d'un grand nombre d'éléments, ainsi que le contrôle de l'intrusion. La généricité est obtenue par l'encapsulation de fonctionnalités spécifiques et l'exportation d'interfaces génériques d'observation. La portabilité est possible grâce à des composants qui, d'une part, ciblent des traitements communs aux MPSoCs, et d'autre part, permettent d'être adaptés aux spécificités des plates-formes. Le passage à l'échelle est réussi en permettant une observation partielle d'un système en se concentrant uniquement sur les éléments d'intérêt~: les modules applicatifs, les composants matériels ou les différents niveaux de la pile logicielle. Le contrôle de l'intrusion est facilité par la possibilité de configurer le type et le niveau de détail des mécanismes de collecte de données. L'approche est validée par le biais de différentes études de cas qui utilisent plusieurs configurations matérielles et logicielles. Nous montrons que cette approche offre une vraie valeur ajoutée dans le support du développement de logiciels embarqués.