Ce mémoire présente des travaux et des résultats, aussi bien théoriques que pratiques, concernant la<br />modélisation et l'évaluation de la croissance de fiabilité et de la croissance de disponibilité des<br />systèmes informatiques. Nous considérons deux types de représentation du comportement des<br />systèmes : d'abord, en fonction du temps, et ensuite en fonction du nombre d'exécutions effectuées.<br />Les travaux présentés dans ce mémoire s'articulent autour de deux modèles de croissance de fiabilité : le<br />modèle hyperexponentiel en temps continu et le modèle hyperexponentiel en temps discret. Pour<br />chacun de ces deux modèles, nous étudions d'abord, le cas d'un système mono-composant, puis nous<br />considérons le cas d'un système multi-composant qui est tel que la croissance de fiabilité de chacun de<br />ses composants est représentée par un modèle hyperexponentiel. Le modèle hyperexponentiel en<br />temps discret est également utilisé pour prendre en compte certaines caractéristiques de<br />l'environnement d'utilisation du logiciel dans l'évaluation de son comportement tel qu'il est perçu<br />dans le temps par ses utilisateurs dans chacun des environnements dans lequel il est mis en oeuvre.

Suite à la tendance de miniaturisation des convertisseurs d'électronique de puissance, un type de composant passif hybride mariant trois composants conventionnels y compris une inductance, un condensateur et un transformateur est étudié au G2Elab depuis 2001. Ce composant baptisé LCT donne plusieurs avantages tant en terme d'intégration qu'en performance. Pourtant, le dimensionnement classique des composants passifs ne garantisse pas de résultats optimaux pour les composant LCT. En contexte d'optimiser du dimensionnement des ces composants, cette thèse propose une nouvelle approche. L'optimisation se base tout d'abord sur une modélisation électrodynamique qui est quand à-t-elle basé sur la méthode du schéma équivalent des plaques déjà développé au G2Elab, ensuite sur une modélisation thermique analytique des composant magnétique planar. L'outil d'optimisation du dimensionnement permet de minimiser le volume des composants LCT sous une contrainte principale de la thermique. Les travaux expérimentaux constituent un moyen important pour la validation des modèles développés.

La récente évolution de l'informatique a ouvert la voie à de nouveaux types d'applications. En effet, la convergence de l'Internet et de l'informatique ubiquitaire permet le développement d'applications intégrant le monde virtuel dans le monde physique. Cependant, cette convergence a vu émerger de nouveaux besoins tel que le dynamisme. Bien que de nombreux travaux aient étudié cette propriété, la création d'applications pouvant évoluer et réagir aux changements environnementaux et contextuels reste très complexe. <br />Cette thèse s'intéresse à la conception, au développement et à l'exécution d'applications dynamiques. L'approche proposée s'appuie sur les récents efforts réalisés autour des modèles à composant. En effet, iPOJO, le modèle réalisé, combine l'approche à service et la programmation par composant afin d'introduire des caractéristiques de dynamisme au sein d'un modèle à composant. iPOJO propose un langage de composition permettant la conception d'applications nativement dynamiques, tout en facilitant le développement des ces applications. Celles-ci sont décrites de manière à réduire le couplage avec des implémentations de composants spécifiques. Enfin, iPOJO fournit une machine d'exécution. Cette machine propose des mécanismes d'introspection, de reconfiguration et d'extensibilité permettant la supervision d'applications ainsi que l'adaptabilité de cette plate-forme iPOJO à différents domaines. <br />L'implémentation d'iPOJO est hébergée sur le projet Apache Felix. Elle est actuellement utilisée dans différents projets industriels tel que des plates-formes domestiques, le serveur d'applications JEE JOnAS ainsi que l'intergiciel pour téléphone mobile OW2 uGASP.

Afin d'étendre la diversité des composants intégrables dans un System in Package (SiP), il apparaît nécessaire de développer l'intégration de composants hétérogènes. Cette étude présente une solution par report avec un scellement en polymère. L'utilisation de ces matériaux entraîne des problèmes de fiabilité thermomécanique. Grâce à un prototype virtuel, il est possible d'évaluer les sollicitations et de comprendre ce comportement de la structure. Cela permet de mieux appréhender les mécanismes de défaillance et d'optimiser la structure avant sa fabrication. Pour démontrer la faisabilité, nous avons utilisé des filtres à ondes acoustiques de surfaces (SAW filters). Nous avons étudié trois types de polymères (BCB, SU8 et TMMF) pour réaliser le scellement et protéger le filtre. Différents tests mécaniques, électriques et de fiabilité ont permis de valider cette solution. Nous avons réalisé un SiP comprenant un tuner et un filtre SAW dans un même boîtier pour de la télévision sur mobile

Un système, décrit avec un grand nombre d'éléments fortement interdépendants, est complexe, difficile à comprendre et à maintenir. Ainsi, une application orientée objet est souvent complexe, car elle contient des centaines de classes avec de nombreuses dépendances plus ou moins explicites. Une même application, utilisant le paradigme composant, contiendrait un plus petit nombre d'éléments, faiblement couplés entre eux et avec des interdépendances clairement définies. Ceci est dû au fait que le paradigme composant fournit une bonne représentation de haut niveau des systèmes complexes. Ainsi, ce paradigme peut être utilisé comme "espace de projection" des systèmes orientés objets. Une telle projection peut faciliter l'étape de compréhension d'un système, un pré-requis nécessaire avant toute activité de maintenance et/ou d'évolution. De plus, il est possible d'utiliser cette représentation, comme un modèle pour effectuer une restructuration complète d'une application orientée objets opérationnelle vers une application équivalente à base de composants tout aussi opérationnelle. Ainsi, La nouvelle application bénéficiant ainsi, de toutes les bonnes propriétés associées au paradigme composants. L'objectif de ma thèse est de proposer une méthode semi-automatique pour identifier une architecture à base de composants dans une application orientée objets. Cette architecture doit, non seulement aider à la compréhension de l'application originale, mais aussi simplifier la projection de cette dernière dans un modèle concret de composant. L'identification d'une architecture à base de composants est réalisée en trois grandes étapes: i) obtention des données nécessaires au processus d'identification. Elles correspondent aux dépendances entre les classes et sont obtenues avec une analyse dynamique de l'application cible. ii) identification des composants. Trois méthodes ont été explorées. La première utilise un treillis de Galois, la seconde deux méta-heuristiques et la dernière une méta-heuristique multi-objective. iii) identification de l'architecture à base de composants de l'application cible. Cela est fait en identifiant les interfaces requises et fournis pour chaque composant. Afin de valider ce processus d'identification, ainsi que les différents choix faits durant son développement, j'ai réalisé différentes études de cas. Enfin, je montre la faisabilité de la projection de l'architecture à base de composants identifiée vers un modèle concret de composants. / A system is complex and particularly difficult to understand and to maintain when it is described with a large number of highly interdependent parties. An object-oriented application is often complex because it uses hundreds or thousands of classes with many different dependencies more or less explicit. The same application, using the component paradigm, contains a smaller number of loosely coupled parties, highly cohesive with clear inter-dependencies. Indeed, because the component paradigm provides a high-level representation, synthetic and well-organized structure of complex systems, it can provide a space of projection for object-oriented applications. Such projection facilitates the step of understanding a system prior to any activity of maintenance and/or evolution. In addition, it is possible to use this representation as a model to perform a complete restructuring of an operational object-oriented application into its equivalent operational component-based application. Thus, the new form of the application benefits from all the good properties associated with the component-oriented paradigm. The goal of my thesis is to propose a semi-automatic approach to identify a component-based architecture in an object-oriented application. This architecture should help in understanding the original application, but also simplifies the projection of the object-oriented application on a concrete component model. The identification of a component-based architecture is achieved in three main steps: i) obtaining data for the identification process. These data, which correspond to dependencies between classes, are obtained with a dynamic analysis of the target application. ii) identification of the components. Three methods were explored. The first uses the formal concept analysis, the second two meta-heuristics and the last a multiobjective meta-heuristic. iii) identification of the component-based architecture representing the target application. This is done by identifying the provided and required interfaces for each component. To validate this identification process, and the different choices made during its development, I realized several case studies. Finally, I show the feasibility of the projection of the identified component-based architecture on a specific component model.

Ces dernières années, le contexte d'exécution des applications a beaucoup évolué. Nous sommes passés, en moins de 15 ans, d'applications monolithiques et statiques faiblement distribuées à des applications réparties à grande échelle ayant un comportement très dynamique. Les plates-formes d'exécution qui étaient autrefois fermées sont désormais ouvertes à des équipements nomades et aux contextes des utilisateurs comme dans l'informatique ubiquitaire ou la domotique. Les éléments logiciels, dans ce nouveau contexte, peuvent apparaitre ou disparaître de façon imprédictible (ils sont dits « dynamiques ») et sont souvent issus de technologies hétérogènes (Web Service, OSGi, UPnP, etc.). Le caractère imprévisible de l'environnement, et le fait qu'il faille s'y adapter rend, apparemment, les plates-formes d'exécution non déterministes. Il est impératif de pouvoir maîtriser l'évolution des applications dynamiques. Cette thèse définit une plate-forme pour l'exécution répartie de services hétérogènes. Cette plate-forme fournit un modèle homogène de l'état des services à l'exécution et des opérations d'administration du cycle de vie d'un service, indépendamment des plates-formes réelles. Cette plate-forme fournit également des mécanismes qui permettent d'étendre la supervision et l'administration à d'autres préoccupations (déploiement, versionnement, etc.). Les propriétés d'introspection et de réflexion ainsi obtenues permettent de contrôler l'évolution à l'exécution de l'architecture d'une application et par là même de maîtriser les applications dynamiques. Cette thèse fournit un prototype d'une telle plate-forme nommée SAM-RT. / During recent years, the execution context of modern applications has evolved. We have moved, in less than 15 years, from monolithic and static applications that were weakly distributed to large-scale distributed applications with very dynamic behavior. The execution platforms, which were otherwise closed, are now open to mobile devices and to user's contexts as is the case with ubiquitous computing and home applications. Software units in this new context can appear and disappear very unpredictably (this iscalled dynamic behavior) and are often a series of heterogeneous technologies (e.g., Web Services, OSGi, UPnP). The unpredictability of the environment, and the fact that we must adapt to it, makes the execution platforms seem non-deterministic. It is imperative to control the evolution of dynamic applications. This dissertation defines an execution platform for the distributed execution of heterogeneous services. This platform provides a homogeneous model of the execution state of services and of the administration operations related to the lifecycle of a service, regardless of the underlying technologies. This platform also provides mechanisms to extend monitoring and administration to other concerns (e.g., deployment, versioning). The introspection and reflection properties provided are used to control the evolution of the application's architecture and thereby control dynamic behavior. This dissertation provides a prototype of such a platform named SAM-RT.

L'adaptation en-ligne du logiciel de tolérance aux fautes permet de renforce la sûreté de fonctionnement du système et prenant en compte son environnement. L’adaptation nécessite de nouvelles techniques de conception. Ces travaux visent à comprendre et maîtriser l'impact des modifications du logiciel de tolérance aux fautes en opération sur les fonctionnalités du système, pour en maîtriser les effets de bords. L’approche proposée introduit une architecture réflexive à composants et une modélisation du logiciel. Un modèle structurel du logiciel permet de calculer et appliquer les modifications du contenu du logiciel. Un modèle comportemental décrit les observations attendues en fonctionnement. Il permet de déterminer les états permettant d’appliquer les modifications, d’amener et de maintenir le système dans ces états. Ces travaux montrent que, grâce aux capacités de manipulation et de contrôle en ligne du logiciel, la modification des mécanismes de tolérance aux fautes peut être réalisée en ligne de manière maîtrisée. / On-line fault tolerance adaptation aims at enforcing system dependability by taking into account operational conditions and environment. Adapting the system requires new design techniques. This work aims at understanding and mastering the impact of such software modification in operation, especially regarding side effects on functionalities and dependability properties. Our approach relies on a reflective architecture based on components and models of the software that reflects on the one hand the content of the software in terms of state and algorithms (architectural model) and on the other hand the expected correct behaviour (behavioural model). The first one is used to determine the modifications and apply them at runtime, and the second one is used to drive the system in a state in which modifications can be done consistently, and maintain the system in such a state. We show that; thanks to manipulation capabilities and execution control, we can master the modification of fault tolerance software and ensure correctness properties.

L'émergence des technologies sans fil et l'ubiquité des dispositifs mobiles ont introduit le concept des environnements pervasifs. Dans ces environnements, les tâches d'un utilisateur peuvent être exécutées en utilisant des composants déployés sur des dispositifs ayant des capacités différentes. Un paradigme approprié pour la construction de ces tâches est le Service-Oriented Architecture (SOA). En utilisant l'architecture SOA, les tâches d'un utilisateur sont représentées par un assemblage de composants abstraits (les services), sans préciser leurs implémentations, d'où la nécessité de résoudre les services en composants concrets. La résolution d'une tâche implique la sélection automatique des composants concrets à travers différents dispositifs de l'environnement d'exécution. Pour ceci, nous présentons une approche qui permet à chaque service d'une tâche de l'utilisateur, la sélection du meilleur dispositif et composant en tenant compte des préférences de l'utilisateur, des capacités des dispositifs, des besoins des services et des préférences des composants. En raison de la dynamicité des environnements pervasifs, nous nous sommes intéressés aussi à la continuité d'exécution des tâches de l'utilisateur dans ces environnements. Pour cet objectif, nous présentons une approche qui permet aux composants de surveiller localement ou à distance les changements de propriétés fournies par d'autres composants. Nous avons également considéré l'adaptation des tâches de l'utilisateur en proposant une première approche de re-sélection partielle de dispositifs et de composants. Nous proposons aussi une approche d'adaptation structurelle par l'injection des patrons d'adaptation, qui offrent un comportement extra-fonctionnel. Nous avons conçu l'architecture d'un middleware permettant la résolution des tâches, le monitoring de l'environnement et l'adaptation des tâches. Nous donnons quelques éléments d'implémentation des composants du middleware et nous présentons des résultats d'évaluation / The proliferation of small devices and the advancements in various technologies have introduced the concept of pervasive environments. In these environments, user tasks can be executed by using the deployed components provided by devices with different capabilities. One appropriate paradigm for building user tasks for pervasive environments is Service-Oriented Architecture (SOA). Using SOA, user tasks are represented as an assembly of abstract components (i.e., services) without specifying their implementations, thus they should be resolved into concrete components. The task resolution involves automatic matching and selection of components across various devices. For this purpose, we present an approach that allows for each service of a user task, the selection of the best device and component by considering the user preferences, devices capabilities, services requirements and components preferences. Due to the dynamicity of pervasive environments, we are interested in the continuity of execution of user tasks. Therefore, we present an approach that allows components to monitor locally or remotely the changes of properties, which depend on. We also considered the adaptation of user tasks to cope with the dynamicity of pervasive environments. To overcome captured failures, the adaptation is carried out by a partial reselection of devices and components. However, in case of mismatching between an abstract user task and a concrete level, we propose a structural adaptation approach by injecting some defined adaptation patterns, which exhibit an extra-functional behavior. We also propose an architectural design of a middleware allowing the task's resolution, monitoring of the environment and the task adaptation. We provide implementation details of the middleware's components along with evaluation results

La modélisation et la représentation des architectures logicielles sont devenues une des phases principales du processus de développement des systèmes complexes. En effet, la représentation de l'architecture fournit de nombreux avantages pendant tout le cycle de vie du logiciel. Cependant, pour beaucoup de systèmes existants, aucune représentation fiable de leurs architectures n'est disponible. Afin de pallier cette absence, source de nombreuses difficultés principalement lors des phases de maintenance et d'évolution, nous proposons dans cette thèse une approche, appelée ROMANTIC, visant à extraire une architecture à base de composants à partir d'un système orienté objet existant. L'idée première de cette approche est de proposer un processus quasi-automatique d'identification d'architectures en formulant le problème comme un problème d'optimisation et en le résolvant au moyen de méta-heuristiques. Ces dernières explorent l'espace composé des architectures pouvant être abstraites du système en utilisant la sémantique et la qualité architecturale pour sélectionner les meilleures solutions. Le processus s'appuie également sur l'architecture intentionnelle du système, à travers l'utilisation de la documentation et des recommandations de l'architecte.

Over the last decade we witness a steady grow of complexities in real-time systems. Today, developers have to face real-time constraints in almost every software system, from embedded software to financial systems, internet services, and computer entertainment industry. To address this widespread challenge, the Real-Time Specification for Java (RTSJ) has been proposed. However, RTJS itself introduces many nonintuitive rules and restrictions that doom its programming model to be highly error-prone. Moreover, in contrast to the approaches for mainstream software development, the engineering technologies, tools, and frameworks for real-time systems are nowhere near as groundbreaking. The vision behind this dissertation is to ultimately close the gap between real-time programming and today's software technology. Therefore, this dissertation investigates scalable software engineering techniques for RTSJ programming. Our fundamental philosophy is to introduce high-level abstractions of RTSJ concepts in order to leverage development of real-time Java systems. As the first contribution of this thesis, we introduce domain components - an approach to unified expression and manipulation of domain-specific concerns along the software development lifecycle. We use the domain components to construct high-level abstractions of RTSJ specifics that ultimately allow developers to achieve full separation of functional and RTSJ-specific concerns in the development lifecycle. We thus allow developers to reuse and tailor the systems for variously constraining real-time requirements. Second, we propose SOLEIL- a component framework for development of RTSJ systems, the framework introduces a development methodology mitigating the complexities of the RTSJ programming model. Furthermore, we introduce the HULOTTE toolset for automatic instantiation of developed applications. In this process, the functional implementation is separated from RTSJspecific code which is automatically instantiated. In consequence, the development process is fully transparent, RTSJ complexities are hidden from the developers, and the process itself highly resembles to the standard Java development. Finally, the domain component concept and the RTSJ rules and restrictions are defined in the Alloy language which allows us to formally verify that the development process and outcoming software systems are compliant with RTSJ. To validate the approach, we conduct several case studies challenging our proposal from different perspectives. First, performed benchmarks show that the overhead of the SOLEIL framework is minimal in comparison to manually written object-oriented applications while providing more extensive functionality. Second, considering the state-of-the-art RTSJ programming methods, we achieve better separation of functional and RTSJ concerns, thus increasing efficiency of the development process. Finally, we demonstrate universality of the domain component concept by showing its ability to address various domain-specific challenges.