Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les systèmes logiciels modernes se caractérisent par un besoin d'évolutions perpétuelles et rapides, comme par exemple dans le monde de l'informatique mobile. Pour faciliter le développe\-ment et l'évolution rapide de systèmes complexes, des approches de génie logiciel ont été proposées, telles que les architectures logicielles et la méthode de conception agile. Néanmoins, les solutions actuelles offrent peu de support pour permettre l'évolution fiable d'un système, c'est-à-dire permettre sa modification tout en garantissant le respect de ses exigences de qualités de service et de bon fonctionnement global. La contribution de cette thèse est CALICO, un canevas de développement agile pour la conception et l'évolution fiable de systèmes logiciels à composants et orientés services. Le développement agile repose sur l'utilisation d'un cycle de développement itératif et incrémental qui permet à l'architecte d'itérer entre les étapes de conception de l'architecture et de débogage du logiciel dans son environnement d'exécution. A chaque itération du cycle, l'architecte peut faire évoluer son logiciel et fiabiliser ses évolutions grâce à l'exécution d'analyses statiques et dynamiques complémentaires. Ainsi, lors de la conception et de l'évolution d'un système, l'architecte dispose d'un ensemble de métamodèles pour spécifier la structure de l'architecture de son logiciel et ses diverses exigences de qualité de services. Lors du déploiement, CALICO utilise les modèles spécifiés pour instancier le système sur la plate-forme d'exécution cible et les garde synchronisés avec le logiciel lors de son exécution. De cette façon, l'architecte dispose toujours d'une vue conceptuelle qui lui permet de raisonner sur les propriétés critiques de son logiciel lors d'une évolution. De plus, pour fiabiliser ces évolutions, CALICO offre un cadre fédérateur qui autorise la réutilisation de nombreux outils d'analyse statique des architectures logicielles et de débogage dynamique qui étaient jusqu'alors dispersés dans différentes plates-formes existantes. Ainsi, chaque évolution peut être analysée statiquement sur la vue conceptuelle avant d'être propagée au système logiciel. Les analyses dynamiques reposent quant à elles sur des valeurs disponibles à l'exécution. La capture de ces valeurs est effectuée grâce à une instrumentation automatique du système logiciel. CALICO permet donc de fiabiliser les évolutions même si les plates-formes d'exécution sous-jacentes ne le proposent pas nativement. Notre contribution se concrétise par une implémentation multi plates-formes. La version actuelle prend en charge quatre plates-formes à composants et une plate-forme à services. Par ailleurs, les tests de performances que nous avons réalisés démontrent que CALICO est utilisable pour la conception et l'évolution fiable de larges applications jusqu'à 10000 composants et services, ce qui correspond à la montée en charge maximale de la plupart des plates-formes d'exécution.

Les architectures orientées services (SOA) sont considérées comme le moyen le plus avancé pour réaliser et intégrer rapidement des applications modulaires et flexibles.Dans ce domaine, les plates-formes SOA à disposition des développeurs et des architectes de produits logiciels sont multiples; les deux plus évoluées d'entre elles étant SCA et OSGi.Une application s'appuyant sur l'une de ces plates-formes peut ainsi être assemblée avec le minimum de composants nécessaires à la réalisation de ses tâches, afin de réduire sa consommation de ressources et d'augmenter sa maintenabilité.De plus, ces plates-formes autorisent l'ajout de composants greffons qui n'étaient pas connus lors des phases initiales de la réalisation du produit.Elles permettent ainsi de mettre à jour, d'étendre et d'adapter continuellement les fonctionnalités du produit de base ou des services techniques nécessaires à sa mise en production, sans interruption de service.Ces capacités sont notamment utilisées dans le cadre du paradigme DevOps et, plus généralement, pour mettre en œuvre le déploiement continu d'artefacts.Cependant, l'extensibilité offerte par ces plates-formes peut diminuer la fiabilité globale du système: une tendance forte pour développer un produit est l'assemblage de composants provenant de tierces-parties. De tels composants peuvent être d'une qualité inconnue voire douteuse.En cas d'erreur, de détérioration des performances, etc., il est difficile de diagnostiquer les composants ou combinaisons de composants incriminés.Il devient indispensable pour le producteur d'un logiciel de déterminer la responsabilité des différents composants impliqués dans un dysfonctionnement.Cette thèse a pour objectif de fournir une plate-forme, Cohorte, permettant de concevoir et d'exécuter des produits logiciels extensibles et résilients aux dysfonctionnements d'extensions non qualifiées.Les composants de tels produits pourront être développés dans différents langages de programmation et être déployés (ajout, mise à jour et retrait) en continu et sans interruption de service.Notre proposition adopte pour principe d'isoler les composants considérés comme instables ou peu sûrs.Le choix des composants à isoler peut être décidé par l'équipe de développement et l'équipe opérationnelle, à partir de leur expertise, ou bien déterminé à partir d'une combinaison d'indicateurs.Ces derniers évoluent au cours du temps pour refléter la fiabilité des composants.Par exemple, des composants peuvent être considérés fiables après une période de quarantaine; une mise à jour peut entraîner la dégradation de leur stabilité, etc..Par conséquent, il est indispensable de remettre en cause les choix initiaux dans l'isolation des composants afin, dans le premier cas, de limiter le coup des communications entre composants et, dans le deuxième cas, de maintenir le niveau de fiabilité du noyau critique du produit. / Service-Oriented architectures (SOA) are considered the most advanced way to develop and integrate modular and flexible applications.There are many SOA platforms available for software developers and architects; the most evolved of them being SCA and OSGi.An application based on one of these platforms can be assembled with only the components required for the execution of its tasks, which helps decreasing its resource consumption and increasing its maintainability.Furthermore, those platforms allow adding plug-ins at runtime, even if they were not known during the early stages of the development of the application.Thus, they allow updating, extending and adapting the features of the base product or of the technical services required for its execution, continuously and without outage.Those capabilities are applied in the DevOps paradigm and, more generally, to implement the continuous deployment of artifacts.However, the extensibility provided by those platforms can decrease the overall reliability of the system: a strong tendency in software development is the assembly of third-parties components.Such components may be of unknown or even questionable quality.In case of error, deterioration of performance, ... it is difficult to identify the implicated components or combinations of components.It becomes essential for the software producer to determine the responsibility of the various components involved in a malfunction.This thesis aims to provide a platform, Cohorte, to design and implement scalable software products, resilient to malfunctions of unqualified extensions.The components of such products may be developed in various programming languages and be deployed continuously (adding, updating and withdrawal) and without interruption of service.Our proposal adopts the principle of isolating the components considered unstable or insecure.The choice of the components to be isolated may be decided by the development team and the operational team, from their expertise, or determined from a combination of indicators.The latters evolve over time to reflect the reliability of components.For example, components can be considered reliable after a quarantine period; an update may result in deterioration of stability, ...Therefore, it is essential to question the initial choices in isolating components to limit, in the first case, the scope of communications between components and, in the second case, to maintain the reliability of the critical core of the product.

Les cadriciels et les bibliothèques sont indispensables aux systèmes logiciels d'aujourd'hui. Quand ils évoluent, il est souvent fastidieux et coûteux pour les développeurs de faire la mise à jour de leur code. Par conséquent, des approches ont été proposées pour aider les développeurs à migrer leur code. Généralement, ces approches ne peuvent identifier automatiquement les règles de modification une-remplacée-par-plusieurs méthodes et plusieurs-remplacées-par-une méthode. De plus, elles font souvent un compromis entre rappel et précision dans leur résultats en utilisant un ou plusieurs seuils expérimentaux. Nous présentons AURA (AUtomatic change Rule Assistant), une nouvelle approche hybride qui combine call dependency analysis et text similarity analysis pour surmonter ces limitations. Nous avons implanté AURA en Java et comparé ses résultats sur cinq cadriciels avec trois approches précédentes par Dagenais et Robillard, M. Kim et al., et Schäfer et al. Les résultats de cette comparaison montrent que, en moyenne, le rappel de AURA est 53,07% plus que celui des autre approches avec une précision similaire (0,10% en moins). / Software frameworks and libraries are indispensable to today's software systems. As they evolve, it is often time-consuming for developers to keep their code up-to-date. Approaches have been proposed to facilitate this. Usually, these approaches cannot automatically identify change rules for one-replaced-by-many and many-replaced-by-one methods, and they trade off recall for higher precision using one or more experimentally-evaluated thresholds. We introduce AURA (AUtomatic change Rule Assistant), a novel hybrid approach that combines call dependency and text similarity analyses to overcome these limitations. We implement it in a Java system and compare it on five frameworks with three previous approaches by Dagenais and Robillard, M. Kim et al., and Schäfer et al. The comparison shows that, on average, the recall of AURA is 53.07% higher while its precision is similar (0.10% lower).

Le développement du logiciel actuel doit faire face de plus en plus à la complexité de programmes gigantesques, élaborés et maintenus par de grandes équipes réparties dans divers lieux. Dans ses tâches régulières, chaque intervenant peut avoir à répondre à des questions variées en tirant des informations de sources diverses. Pour améliorer le rendement global du développement, nous proposons d'intégrer dans un IDE populaire (Eclipse) notre nouvel outil de visualisation (VERSO) qui calcule, organise, affiche et permet de naviguer dans les informations de façon cohérente, efficace et intuitive, afin de bénéficier du système visuel humain dans l'exploration de données variées. Nous proposons une structuration des informations selon trois axes : (1) le contexte (qualité, contrôle de version, bogues, etc.) détermine le type des informations ; (2) le niveau de granularité (ligne de code, méthode, classe, paquetage) dérive les informations au niveau de détails adéquat ; et (3) l'évolution extrait les informations de la version du logiciel désirée. Chaque vue du logiciel correspond à une coordonnée discrète selon ces trois axes, et nous portons une attention toute particulière à la cohérence en naviguant entre des vues adjacentes seulement, et ce, afin de diminuer la charge cognitive de recherches pour répondre aux questions des utilisateurs. Deux expériences valident l'intérêt de notre approche intégrée dans des tâches représentatives. Elles permettent de croire qu'un accès à diverses informations présentées de façon graphique et cohérente devrait grandement aider le développement du logiciel contemporain. / Nowadays, software development has to deal more and more with huge complex programs, constructed and maintained by large teams working in different locations. During their daily tasks, each developer may have to answer varied questions using information coming from different sources. In order to improve global performance during software development, we propose to integrate into a popular integrated development environment (Eclipse) our new visualization tool (VERSO), which computes, organizes, displays and allows navigation through information in a coherent, effective, and intuitive way in order to benefit from the human visual system when exploring complex data. We propose to structure information along three axes: (1) context (quality, version control, etc.) determines the type of information; (2) granularity level (code line, method, class, and package) determines the appropriate level of detail; and (3) evolution extracts information from the desired software version. Each software view corresponds to a discrete coordinate according to these three axes. Coherence is maintained by navigating only between adjacent views, which reduces cognitive effort as users search information to answer their questions. Two experiments involving representative tasks have validated the utility of our integrated approach. The results lead us to believe that an access to varied information represented graphically and coherently should be highly beneficial to the development of modern software.

Le contrôle de l'évolution des logiciels exige une compréhension profonde des changements et leur impact sur les différents artefacts du système. Nous proposons une approche de multi-modélisation pour l'analyse d'impact du changement pour une compréhension des effets des modifications prévus ou réels dans les systèmes distribués. Ce travail consiste à élaborer une modélisation des artefacts logiciels et de leur différents liens d'interdépendance pour construire un système à base de connaissance permettant, entre autres, d'assister les développeurs et les chargés de l'évolution des logiciels pour étblir une évaluation a priori de l'impact des modifications.La modélisation que nous élaborons intègre deux descriptions majeures des logiciels, dans un premier temps, la description structurelle sous-jacente qui englobe l'ensemble des niveaux granulaires et l'abstraction des constituants logiciels, et ensuite la description qualitative conçue pour s'intégrer à la description précédente. Deux modèles, d'abord élaborés individuellement pour les deux descriptions respectives, ont été intégrés ou mis en correspondance dans l'objectif d'étudier l'impact de toute modification et sa potentielle propagation à travers les constituants logiciels concernés. Lors de chaque modification, il devient alors possible d'établir un bilan qualitatif de son impact. La modélisation intégrée est élaborée pour se prêter à un raisonnement à base de règles expertes. La modélisation proposée est en cours d'expérimentation et validation à travers le développement d'une plate-forme d'implémentation basée sur l'environnement Eclipse. / The software evolution control requires a complete understanding of the changes and their impact on the various systems artifacts. We propose a multi-modeling approach for the change impact analysis to provide assistance in understanding the effects of projected or actual changes in distributed software systems. This work elaborate the modeling of software artifacts along with their various interdependencies to build a knowledge-based system, which allows, among others, an assistance for the software developers or maintenance engineers to establish an a priori evaluation of impact of changes. The model we develop integrates two major descriptions of software, at first, the underlying structural description that encompasses the levels of granularity and abstraction of software artifacts, and then the qualitative description designed to integrate the structural description. Initially, the formal models are designed separately for the respective descriptions, and then these are integrated for the objective to study the change impact and its potential propagation through the affected software artifacts. For a change, it is important to establish a qualitative assessment of its impact. The integrated modeling leads to a reasoning based on expert rules. The proposed model is being tested and validated through the development of a platform, implemented in the Eclipse environment.

De nos jours, les logiciels doivent continuellement évoluer et intégrer toujours plus de fonctionnalités pour ne pas devenir obsolètes. C'est pourquoi, la maintenance représente plus de 60% du coût d'un logiciel. Pour réduire les coûts de programmation, les fonctionnalités sont programmées plus rapidement, ce qui induit inévitablement une baisse de qualité. Comprendre l’évolution du logiciel est donc devenu nécessaire pour garantir un bon niveau de qualité et retarder le dépérissement du code. En analysant à la fois les données sur l’évolution du code contenues dans un système de gestion de versions et les données quantitatives que nous pouvons déduire du code, nous sommes en mesure de mieux comprendre l'évolution du logiciel. Cependant, la quantité de données générées par une telle analyse est trop importante pour être étudiées manuellement et les méthodes d’analyses automatiques sont peu précises. Dans ce mémoire, nous proposons d'analyser ces données avec une méthode semi automatique : la visualisation. Eyes Of Darwin, notre système de visualisation en 3D, utilise une métaphore avec des quartiers et des bâtiments d'une ville pour visualiser toute l'évolution du logiciel sur une seule vue. De plus, il intègre un système de réduction de l'occlusion qui transforme l'écran de l'utilisateur en une fenêtre ouverte sur la scène en 3D qu'il affiche. Pour finir, ce mémoire présente une étude exploratoire qui valide notre approche. / Software must continuously evolve and integrate more functionalities to remain useful. Consequently, more than 60% of a software system's cost is related to maintenance. To reduce this cost, programming must performed faster, witch leads to a decrease of the system code's quality. Therefore, understanding software evolution is becoming a necessity to prevent code decay and to increase the system life span. To ease software understanding, we perform a cross analysis of the historical data extracted from a version control system, with quantitative data that we obtain from the source code. However, the significant amount of data generated by this kind of analysis makes it necessary to have tools to support the maintainer’s analysis. First, tools help because examining them manually is impossible. Second, they help because automatics methods are not accurate enough. We present a new semiautomatic approach to help analysis. Our 3D visualization system, Eyes Of Darwin, uses a cityscape metaphor to show software's evolution on a single view. It integrates an occlusion reduction system, witch turns the screen to an open window on the 3D world. We conclude, with an exploratory study in order to validate our approach.

Les cadriciels et les bibliothèques sont indispensables aux systèmes logiciels d'aujourd'hui. Quand ils évoluent, il est souvent fastidieux et coûteux pour les développeurs de faire la mise à jour de leur code. Par conséquent, des approches ont été proposées pour aider les développeurs à migrer leur code. Généralement, ces approches ne peuvent identifier automatiquement les règles de modification une-remplacée-par-plusieurs méthodes et plusieurs-remplacées-par-une méthode. De plus, elles font souvent un compromis entre rappel et précision dans leur résultats en utilisant un ou plusieurs seuils expérimentaux. Nous présentons AURA (AUtomatic change Rule Assistant), une nouvelle approche hybride qui combine call dependency analysis et text similarity analysis pour surmonter ces limitations. Nous avons implanté AURA en Java et comparé ses résultats sur cinq cadriciels avec trois approches précédentes par Dagenais et Robillard, M. Kim et al., et Schäfer et al. Les résultats de cette comparaison montrent que, en moyenne, le rappel de AURA est 53,07% plus que celui des autre approches avec une précision similaire (0,10% en moins). / Software frameworks and libraries are indispensable to today's software systems. As they evolve, it is often time-consuming for developers to keep their code up-to-date. Approaches have been proposed to facilitate this. Usually, these approaches cannot automatically identify change rules for one-replaced-by-many and many-replaced-by-one methods, and they trade off recall for higher precision using one or more experimentally-evaluated thresholds. We introduce AURA (AUtomatic change Rule Assistant), a novel hybrid approach that combines call dependency and text similarity analyses to overcome these limitations. We implement it in a Java system and compare it on five frameworks with three previous approaches by Dagenais and Robillard, M. Kim et al., and Schäfer et al. The comparison shows that, on average, the recall of AURA is 53.07% higher while its precision is similar (0.10% lower).

Le développement du logiciel actuel doit faire face de plus en plus à la complexité de programmes gigantesques, élaborés et maintenus par de grandes équipes réparties dans divers lieux. Dans ses tâches régulières, chaque intervenant peut avoir à répondre à des questions variées en tirant des informations de sources diverses. Pour améliorer le rendement global du développement, nous proposons d'intégrer dans un IDE populaire (Eclipse) notre nouvel outil de visualisation (VERSO) qui calcule, organise, affiche et permet de naviguer dans les informations de façon cohérente, efficace et intuitive, afin de bénéficier du système visuel humain dans l'exploration de données variées. Nous proposons une structuration des informations selon trois axes : (1) le contexte (qualité, contrôle de version, bogues, etc.) détermine le type des informations ; (2) le niveau de granularité (ligne de code, méthode, classe, paquetage) dérive les informations au niveau de détails adéquat ; et (3) l'évolution extrait les informations de la version du logiciel désirée. Chaque vue du logiciel correspond à une coordonnée discrète selon ces trois axes, et nous portons une attention toute particulière à la cohérence en naviguant entre des vues adjacentes seulement, et ce, afin de diminuer la charge cognitive de recherches pour répondre aux questions des utilisateurs. Deux expériences valident l'intérêt de notre approche intégrée dans des tâches représentatives. Elles permettent de croire qu'un accès à diverses informations présentées de façon graphique et cohérente devrait grandement aider le développement du logiciel contemporain. / Nowadays, software development has to deal more and more with huge complex programs, constructed and maintained by large teams working in different locations. During their daily tasks, each developer may have to answer varied questions using information coming from different sources. In order to improve global performance during software development, we propose to integrate into a popular integrated development environment (Eclipse) our new visualization tool (VERSO), which computes, organizes, displays and allows navigation through information in a coherent, effective, and intuitive way in order to benefit from the human visual system when exploring complex data. We propose to structure information along three axes: (1) context (quality, version control, etc.) determines the type of information; (2) granularity level (code line, method, class, and package) determines the appropriate level of detail; and (3) evolution extracts information from the desired software version. Each software view corresponds to a discrete coordinate according to these three axes. Coherence is maintained by navigating only between adjacent views, which reduces cognitive effort as users search information to answer their questions. Two experiments involving representative tasks have validated the utility of our integrated approach. The results lead us to believe that an access to varied information represented graphically and coherently should be highly beneficial to the development of modern software.

La croissante complexité du logiciel a mené les chercheurs en génie logiciel à chercher des approcher pour concevoir et projéter des nouveaux systèmes. Par exemple, l'approche des architectures orientées services (SOA) est considérée actuellement comme le moyen le plus avancé pour réaliser et intégrer rapidement des applications modulaires et flexibles. Une des principales préocuppations des solutions en génie logiciel et la réutilisation, et par conséquent, la généralité de la solution, ce qui peut empêcher son application dans des systèmes où des optimisation sont souvent utilisées, tels que les systèmes temps réels. Ainsi, créer un système temps réel est devenu très couteux. De plus, la plupart des systèmes temps réel ne beneficient pas des facilités apportées par le genie logiciel, tels que la modularité et la flexibilité. Le but de cette thèse c'est de prendre en compte ces aspects temps réel dans des solutions populaires et standards SOA pour faciliter la conception et le développement d'applications temps réel flexibles et modulaires. Cela sera fait à l'aide d'un modèle d'applications temps réel orienté composant autorisant des modifications dynamiques dans l'architecture de l'application. Le modèle de composant sera une extension au standard SCA qui intègre des attributs de qualité de service sur le consomateur et le fournisseur de services pour l'établissement d'un accord de niveau de service spécifique au temps réel. Ce modèle sera executé sur une plateforme de services OSGi, le standard de facto pour le developpement d'applications modulaires en Java. / The increase of software complexity along the years has led researchers in the software engineering field to look for approaches for conceiving and designing new systems. For instance, the service-oriented architectures approach is considered nowadays as the most advanced way to develop and integrate fastly modular and flexible applications. One of the software engineering solutions principles is re-usability, and consequently generality, which complicates its appilication in systems where optimizations are often used, like real-time systems. Thus, create real-time systems is expensive, because they must be conceived from scratch. In addition, most real-time systems do not beneficiate of the advantages which comes with software engineering approches, such as modularity and flexibility. This thesis aim to take real time aspects into account on popular and standard SOA solutions, in order to ease the design and development of modular and flexible applications. This will be done by means of a component-based real-time application model, which allows the dynamic reconfiguration of the application architecture. The component model will be an extension to the SCA standard, which integrates quality of service attributs onto the service consumer and provider in order to stablish a real-time specific service level agreement. This model will be executed on the top of a OSGi service platform, the standard de facto for development of modular applications in Java.