Reproduction de : Thèse de doctorat : Informatique : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3776. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 161-[170].

La conception d'applications scientifiques à base de couplage de code est une tâche complexe car elle demande de concilier une facilité de programmation et une obtention de haute performance. En outre, les ressources matérielles (supercalculateurs, grappes de calcul, grilles) permettant leur exécution forment un ensemble hétérogène en constante évolution. Les modèles à base de composants logiciels forment une piste prometteuse pour gérer ces deux sources de complexité car ils permettent d'exprimer les interactions entre les différents constituants d'une application tout en offrant des possibilités d'abstraction des ressources. Néanmoins, les modèles existants ne permettent pas d'exprimer de manière satisfaisante les applications constituées de motifs répliqués dynamiques et hiérarchiques. Ainsi, cette thèse vise à améliorer l'existant - et en particulier la plate-forme générique de simulation numérique SALOME - pour une classe d'applications très répandue : les applications à base de décomposition de domaine et la variante utilisant le raffinement de maillage adaptatif. Tout d'abord, nous avons proposé d'étendre le modèle de composition spatial et temporel de SALOME en ajoutant la possibilité de définir dynamiquement la cardinalité des composants. Cela demande en particulier de gérer les communications de groupes ainsi induites. La proposition a été implémentée dans SALOME et validée via une application de décomposition de domaine à base de couplage de plusieurs instances de Code_Aster. Ensuite, nous avons étudié la pertinence d'utiliser un modèle de composant supportant des connecteurs natifs (MPI, mémoire partagée, appel de méthode) pour permettre une composition plus fine des interactions entre composants. Les résultats d'expériences montrent que des performances équivalentes aux versions natives sont obtenues tout en permettant de manipuler facilement l'architecture de l'application. Enfin, nous avons étudié les extensions nécessaires aux modèles à composants (abstraction,hiérarchie, dynamicité) pour la conception d'applications de raffinement de maillage adaptatif. Les modèles de composants spatio-temporels les plus avancés permettent ainsi d'exprimer ce type d'application mais les performances sont limitées par leur mise en œuvre centralisée ainsi que par le manque de moyens efficaces pour modifier à la volée des assemblages de composants.

Force est de constater que composer des applications existantes afin d'en réutiliser tout ou une partie est une tâche complexe. Pourtant avec l'apparition quotidienne d'applications, les éditeurs d'applications ont de plus en plus besoin d'effectuer de telles compositions pour répondre à la demande croissante des utilisateurs. Les travaux existants ne traitent généralement que d'un seul point de vue : celui du "Noyau Fonctionnel" dans le domaine du Génie Logiciel, celui des Tâches" ou celui de l'"Interface Graphique" dans le domaine des Interactions Homme-Machine (IHM). Cette thèse propose une nouvelle approche basée sur un modèle d'application complet (fonctionnel, tâche et interface graphique). Elle permet à un utilisateur de naviguer entre ces différents modèles pour sélectionner des ensembles cohérents pouvant être composé par substitution. Une implémentation de cette approche a permis d'effectuer des tests utilisateurs confortant les bienfaits d'une modélisation complète.

Force est de constater que composer des applications existantes afin d’en réutiliser tout ou une partie est une tâche complexe. Pourtant avec l’apparition quotidienne d’applications, les éditeurs d’applications ont de plus en plus besoin d’effectuer de telles compositions pour répondre à la demande croissante des utilisateurs. Les travaux existants ne traitent généralement que d’un seul point de vue : celui du "Noyau Fonctionnel" dans le domaine du Génie Logiciel, celui des Tâches" ou celui de l’"Interface Graphique" dans le domaine des Interactions Homme-Machine (IHM). Cette thèse propose une nouvelle approche basée sur un modèle d’application complet (fonctionnel, tâche et interface graphique). Elle permet à un utilisateur de naviguer entre ces différents modèles pour sélectionner des ensembles cohérents pouvant être composé par substitution. Une implémentation de cette approche a permis d’effectuer des tests utilisateurs confortant les bienfaits d’une modélisation complète. / One has to note that composing existing applications by completely or partly reusing them is a complex task. Nevertheless with the daily appearance of new available applications on any media, the application editors need to perform such compositions more and more to answer the increasing users’ requests. Modeling an application for composition or just determining by which point of view on applications make this composition is not easy. Works exist, but generally deal or ensue from only a single point of view : the "Functional Core" point of view in Software Engineering field, the "Task" one or "User Interface" one in Human Computer Interaction (HCI) field. This thesis defines a new approach based on a complete application model (functionnal, task and user interface). It enables an user to navigate between those different models in order to select consistent sets. These last ones are composable by substitution. An implementation of this approach was used to perform user tests whose results consolidate benefits of a complete model.

Ce travail de thèse propose une méthodologie et un environnement d'aide à la conception. L'objectif est le support du concepteur durant le processus de dimensionnement, en intégrant la complexité croissante des modèles utilisés. Nous nous appuyons pour cela sur le dimensionnement par une optimisation basée sur les composants logiciels. Nous proposons une nouvelle norme de composants permettant non seulement l'optimisation, mais intégrant aussi l'ensemble des services utiles au concepteur lors du dimensionnement, comme par exemple des services de gestion des algorithmes ou de post-processing. Concernant la résolution des modèles, nous étudions la résolution des systèmes différentiels linéaires de manière symbolique. Nous utilisons également la différentiation de code pour le calcul des dérivées des modèles de dimensionnement. Nous détaillons finalement différentes applications montrant les différentes possiblités de la méthodologie proposée.

Les architectures logicielles sont centrales vis-à-vis des processus logiciels de construction des applications. Les langages de description d'architectures (ADLs) représentent la solution la plus adaptée pour définir de telles architectures. Toutefois, les concepts de ces ADLs sont en règle générale figés et leurs utilisations ne répond pas nécessairement aux différentes préoccupations des processus logiciels. De plus, leur aspect syntaxique ne facilite pas la coopération des différents acteurs de processus logiciels. Notre proposition, CODeX, fournit un cadre de travail pour méta-modéliser des ADLs. Ces méta-modèles permettent de définir les concepts liés aux architectures nécessaires à un processus logiciel. Dans le but de structurer les ADLs ainsi définis et de permettre la collaboration des différents acteurs d'un processus logiciel, les méta-modèles sont définis en mettant en œuvre la séparation des préoccupations architecturales d'un processus logiciel. Cette séparation définit l'organisation des différents concepts d'un ADL. Un outillage complément de ce cadre de travail permet de produire automatiquement, sur la base du méta-modèle d'un ADL, l'environnement associé pour la manipulation des architectures logicielles. Ce dernier est architecturé autour d'une représentation réifiée des architectures logicielles. Cette représentation suit la séparation des préoccupations définie dans le méta-modèle et permet d'offrir à chaque acteur d'un processus logiciel une vue dédiée sur l'architecture d'une application.

Ce travail de thèse concerne la création* d'environnements de conception intégrée en génie électrique. Cette problématique est abordée d'un point de vue méthodologique. Nous avons commencé par faire une synthèse de l'activité de conception et des outils aidant le concepteur en génie électrique. A partir de cette étude, nous avons montré le besoin d'un support informatique permettant d'automatiser partiellement l'interaction entre les outils et de réutiliser les processus de conception menés par le -concepteur. Pour 'cela, nous -avons développé le concept de Plates Formes Intégrées dédiées à la conception en génie électrique. Nous avons mis en place une démarche pour réaliser des couplages réutilisables entre les outils hétérogènes de conception permettant le transfert de paramètres. Pour l'implémentation du modèle proposé, nous avons mis en oeuvre un modèle Serveur d'Objets en Java en encapsulant les logiciels de Conception dans des Composants. En dernière partie, nous proposons un prototype de plate forme pour la Conception Intégrée.

Les logiciels récents sont de plus en plus complexes en terme de leur développement et gestions associés. Pour adresser cette complexité, un approche fondé sur les composant a vu le jour qui vise une meilleure ingénierie des logiciels. En particulier, une approche à composants structure les logiciels comme un assemblage dynamique des composants qui doivent être déployés et gérés à l'exécution, en continu. Pour ce deploiement et cette gestion, nous avons adopté une approche fondée sur une architecture logicielle explicite de composants. Cette approche, communément appelée " gestion basée sur l'architecture ", a évolué de premières solutions ad-hoc vers des infrastructures génériques fondées sur des modèles de composants réflexifs. Une de ces infrastructures est la plateforme JADE. JADE vise à gérer autonomiquement des systèmes distribués complexes. Basé sur un modèle de composants réflexifs, JADE capture l'architecture logicielle complète des systèmes distribués, incluant non seulement les applications distribuées hébergées mais aussi les systèmes distribués qui les hébergent". En particulier, cette architecture réifie en continue certains aspects de l'exécution des systèmes distribués, tels que les défaillances de nœuds ou les caractéristiques de performance. Utilisant cette architecture réifiée, les gestionnaires autonomes observent et réagissent selon les changements de conditions. Chaque réaction de gestionnaires automatiques a pour but de planifier une reconfiguration de l'architecture en réponse à un changement des conditions d'exécution. Par exemple, un gestionnaire d'auto-réparation observant la défaillance d'un nœud aurait pour but de reconstruire, sur un autre nœud, la partie perdue du système distribué. Un gestionnaire d'auto-protection observerait une intrusion et planifierait la reconfiguration du système distribué pour isoler les composants compromis. Un gestionnaire d'auto-optimisation pourrait observer une disponibilité en baisse d'un serveur répliqué et planifier d'augmenter cette réplication cardinale des composants serveurs. Au coeur de cette gestion autonomique fournie par JADE se trouve le déploiement des composants. En effet, la plupart des reconfigurations de l'architecture de systèmes distribués s'appuient sur l'aptitude à instancier des composants sur des nœuds distants. Plus précisément, une fois que les gestionnaires autonomes ont générés un plan de reconfiguration du système distribué, l'exécution effective du plan est automatiquement distribuée, essentiellement par création et suppression de composants ainsi que leur édition de liens. La création et la suppression de composants requièrent une gestion locale des composants sur chaque nœud du système distribué. Cette gestion locale nécessite une infrastructure distribuée pour trouver, installer, charger et supprimer les composants. Le travail présenté dans cette thèse est le socle de JADE, fournissant les capacités de déploiement avancé dans un environnement distribué. En particulier, nous avons traité ce défi via une conception récursive où l'implémentation de composants a été modélisée par des composants. Cette approche fournie un déploiement uniforme qui suit les principes basés sur l'architecture. En particulier, nous pouvons déployer non seulement des composants d'applications mais aussi des composants " middleware ". De plus, au-delà du déploiement de composants normaux, nous pouvons également déployer des logiciels " legacy " qui sont gérés uniformément par JADE. En plus de fournir le socle du déploiement de JADE, ce travail a montré que le modèle de composant réflexif utilisé par JADE (appelé FRACTAL) a besoin d'être étendu pour capter les implémentations et leur spécificité. Bien que conçu spécifiquement pour FRACTAL et JADE, ces extensions présetent une applicabilité bien plus large, elles s'appliquent en effet à la plupart des modèles de composant courant. En effet, la plupart de ces modèles se focalisent sur l'assemblage fonctionnel de composants et ne proposent rien ou peu sur le déploiement des composants. Ce travail a également montré que l'architecture autonomique basée sur l'architecture a des besoins dynamiques spécifiques en terme de déploiement qui rend difficile la ré-utilisation de plateformes existantes pour la gestion dynamique de composants, tels que OSGI. Sur la base d'OSGi, cette thèse a expérimenté plusieurs conceptions et prototypes qui ont été utilisé avec succès, mais dont ultimement les limites sont apparues. Ces limites sont liées à une tension fondamentale entre les conceptions architecturales de JADE et OSGI. Une nouvelle conception et un nouveau prototype ont montré la faisabilité de supporter notre FRACTAL étendu sur la plateforme JAVA, servant de fondation à la gestion autonomique de systèmes distribués complexes fondée sur l'architecture.

Les applications scientifiques posent un véritable défi de par leur complexité et la quantité de données qu'elles traitent. Leur exécution nécessite l'utilisation de ressources matérielles complexes et variées comme les super-calculateurs, les grappes et les grilles de calcul. Les modèles de composants logiciels et en particulier ceux qui proposent des schémas de composition adaptés au calcul à haute performance offrent une piste intéressante pour leur développement. Ces derniers permettent aux applications de s'abstraire des ressources d'exécution et de favoriser ainsi les performances à l'exécution sur une grande gammes d'architectures. Ces modèles restent toutefois limités à un ensemble restreint de schémas de composition. Il en résulte une multiplication des modèles dès que de nouvelles formes de composition apparaissent nécessaires, ce qui est dommageable à l'objectif de réutilisation. La complexité de modifier un modèle existant pour y intégrer de nouveaux opérateurs de composition défavorise aussi ces efforts. Cette thèse propose un modèle de composants logiciels appelé HLCM dans lequel de nouveaux opérateurs de composition peuvent être introduits sans modification du modèle. Ceci est rendu possible par l'introduction en son sein de quatre concepts : la hiérarchie, les connecteurs, la généricité et le choix de mise en œuvre. Afin de favoriser la réutilisation de l'existant, ce modèle est abstrait et il est rendu concret dans des spécialisations qui s'appuient sur les éléments primitifs de modèles existants. Au cours de ces travaux, nous avons étudié comment le concept de généricité pouvait s'appliquer aux modèles de composants et nous avons proposé une approche pour l'y intégrer. Nous avons étudié les interactions problématiques entre les concepts de connecteur et de hiérarchie et avons offert une solution s'appuyant sur une nouvelle approche pour la description des connexions entre composants. Finalement, nous avons proposé une approche pour la mise en œuvre de HLCM qui s'appuie sur des principes issus de l'ingénierie basée sur les modèles. Ces travaux ont été validés en développant un prototype de mise en œuvre de HLCM/CCM, une spécialisation de HLCM qui s'appuie sur le modèle de composant de Corba (CCM). Il a été utilisé pour décrire des interactions complexes entre composants (mémoire partagée et appels de méthode parallèles) et assurer une exécution efficace sur des ressources matérielles variées, notamment sur Grid'5000.

Les systèmes logiciels modernes sont caractérisés par leur complexité croissante et les fortes exigences en termes de continuité et de disponibilité des services. Face à cette problématique, des propositions telles que le génie logiciel à composants et l'approche contractuelle constituent des approches pertinentes pour faciliter la construction des systèmes et augmenter leur fiabilité. En outre, les aspects extrafonctionnels des systèmes à l'exécution doivent être constamment mieux gérés, et des techniques qui permettent aux systèmes logiciels de réagir à divers changements et maintenir des qualités satisfaisantes sont requises. La contribution de cette thèse est ainsi un modèle d'auto-adaptation dynamique pour des systèmes logiciels fondés sur ces deux approches. Notre proposition originale consiste à définir un modèle de négociation automatisé de contrats qui permet aux composants contractualisés de conduire eux-mêmes l'auto-adaptation. Le modèle identifie les différents éléments de base permettant aux composants d'effectuer l'adaptation des composants ou des contrats, et chaque processus de négociation exploite diverses informations fines contenues dans les contrats. Des politiques de négociation différentes sont aussi développées pour orienter et fournir plusieurs possibilités de déroulement de négociation. En particulier, un support compositionnel permet de conduire la négociation dans les hiérarchies de composants. Le modèle de négociation s'appuie sur les principes généraux de la plate-forme à composants hiérarchiques Fractal et du modèle de contrats ConFract, et son intégration est effectuée sur ces deux technologies. Les propositions sont illustrées sur des exemples extraits d'un cas d'étude et les premières expérimentations du modèle sont présentées.