De nos jours, les processus métiers permettent une automatisation croissante des tâches et des interconnexions complexes au sein du même système et entre différents systèmes, ce qui est particulièrement facilité par l'émergence des services Web. Dans ce contexte, les tâches de spécification et de vérification de la conformité pendant l’exécution deviennent particulièrement intéressantes. Dans cette thèse, on s’intéresse à deux aspects, le monitoring et la sécurité dans le contexte de l’Architecture Orienté Service (SOA). Ainsi, nous proposons une approche fondée sur le concept de vue et une plateforme qui vise le monitoring de la conformité des processus métiers pendant leur exécution. Ainsi, nous avons développé un langage de monitoring appelé BPath, qui est un langage basé sur XPath, qui offre entre autres, la possibilité de spécifier et de vérifier des propriétés de la logique temporelle linéaire et hybride, des requêtes visant à évaluer des indicateurs quantitatifs sur l’exécution d’un processus métier, ceci dans le but de détecter toute violation des règles de conformité pendant l’exécution.Une des préoccupations spécifiques du monitoring de la conformité pour les environnements basés sur SOA est la sécurité. Ainsi, nous proposons une architecture de sécurité fondée sur des langages dédiés (DSL) pour SOA. Nous avons particulièrement développé une DSL graphique pour faciliter la spécification et la génération des contrôles d’accès. Nos approches sont mises en œuvre et intégrés dans une plateforme développée dans le cadre du projet Européen COMPAS qui vise à assurer la conformité de bout en bout dans les environnements basés sur SOA. / Nowadays, business processes allow more automation of tasks and complex interconnections within the same system and across different systems, which is particularly facilitated by the emergence of Web services. In this context, the tasks of specifying and checking compliance at runtime become particularly challenging.In this thesis, our goal is twofold: monitoring and security in the context of Service Oriented Architecture (SOA). Thus, we proposed a view-based monitoring approach and a framework that target monitoring of business process compliance at runtime. Our monitoring framework aims to offer an easy way to specify properties to be monitored and to facilitate its integration with SOA based environments. Thus, we have developed a new monitoring language called BPath, which is an XPath-based language that offers among others, the ability to express and to check temporal and hybrid logic properties at runtime, making the execution of business processes visible by expressing and evaluating quantitative indicators, in order to detect any compliance violation at runtime. A specific compliance monitoring concern in SOA based environment is security, which is also an important aspect for companies willing to give access to some of their resources over the Web. Thus, we proposed a domain specific language (DSL) based architecture for ensuring security in SOA environments. We particularly focused on access control by proposing a graphical language to facilitate the specification and generation of access control policies.Our approaches are implemented and integrated within a complete end to end compliance framework developed within the COMPAS project.

L’informatique en nuage, au travers de son modèle en couche et de l’accès à ses services à la demande, a bouleversé la façon de gérer les infrastructures (IaaS) et la manière de produire les logiciels (SaaS). Grâce à l’élasticité de l’infrastructure, la quantité de ressource peut être ajustée automatiquement en fonction de la demande afin de satisfaire un certain niveau de qualité de service (QoS) aux clients tout en minimisant les coûts d’exploitation sous-jacents. Le modèle d’élasticité actuel qui consiste à ajuster les ressources IaaS au travers de services de dimensionnement automatique basiques montre ses limites en termes de réactivité et de granularité d’adaptation. De plus, bien qu’étant une caractéristique cruciale de l’informatique en nuage, l’élasticité est à ce jour pauvrement outillée empêchant ainsi les différents acteurs du Cloud de jouir pleinement de ses bienfaits. Dans ce travail de thèse, nous proposons d’étendre leconcept d’élasticité aux couches hautes du nuage, et plus précisément au niveau du SaaS. Nous présentons ainsi le nouveau concept d’élasticité logicielle que nous définissons comme la capacité d’un logiciel à s’adapter, idéalement de manière autonome, pour répondre aux changements de la demande et/ou aux limitations de l’élasticité des ressources de l’infrastructure. Il s’agit alors d’envisager l’élasticité de manière transverse et multi-couche en considérant l’adaptation des ressources Cloud au sens large. Pour ce faire, nous présentons un modèle pour la gestion autonome de l’élasticité multi-couche et le Framework ElaStuff associé. Dans le but d’outiller et d’industrialiser le processus de gestion de l’élasticité, nous proposons l’outil de surveillance perCEPtion basé sur le traitement des événements complexes et permettant à l’administrateur de mettre en place une observation avancée du système Cloud. De plus, un langage dédié à l’élasticité multi-couche nommé ElaScript est proposé pour exprimer simplement et efficacement des plans de reconfiguration orchestrant les actions d’élasticité de différents niveaux. Enfin, notre proposition d’étendre l’élasticité aux couches hautes du Cloud, et plus particulièrement au niveau SaaS, est validée expérimentalement selon plusieurs points devue (QoS, énergie, réactivité et précision du passage à l’échelle,etc.). / Cloud computing, through its layered model and access to its on-demand services, has changed the way of managing the infrastructures (IaaS) and how to produce software (SaaS). With the advent of IaaS elasticity, the amount of resources can be automatically adjusted according to the demand to satisfy a certain level of quality of service (QoS) to customers while minimizing underlying operating costs. The current elasticity model is based on adjusting the IaaS resources through basic autoscaling services, which reaches to its limit in terms of responsiveness and adaptation granularity. Although it is an essential feature for Cloud computing, elasticity remains poorly equipped which prevents the various actors of the Cloud to really enjoy its benefits. In this thesis, we propose to extend the concept of elasticity to higher layers of the cloud, and more precisely to the SaaS level. Then, we present the new concept of software elasticity by defining the ability of the software to adapt, ideally in an autonomous way, to cope with workload changes and/or limitations of IaaS elasticity. This predicament brings the consideration of Cloud elasticity in a multi-layer way through the adaptation of all kind of Cloud resources. To this end, we present a model for the autonomic management of multi-layer elasticity and the associated framework ElaStuff. In order to equip and industrialize the elasticity management process, we propose the perCEPtion monitoring tool, based on complex event processing, which enables the administrators to set up an advanced observation of the Cloud system. In addition, we propose a domain specific language (DSL) for the multi-layer elasticity, called ElaScript, which allows to simply and effectively express reconfiguration plans orchestrating the different levels of elasticity actions. Finally, our proposal to extend the Cloud elasticity to higher layers, particularly to SaaS,is validated experimentally from several perspectives (QoS,energy, responsiveness and accuracy of the scaling, etc.).

Nous proposons Dido, un langage dédié (DSL) implicitement parallèle qui capture les spécifications de haut niveau des stencils et génère automatiquement du code parallèle de haute performance pour les architectures à mémoire distribuée. Le code généré utilise ORWL en tant que interface de communication et runtime. Nous montrons que Dido réalise un grand progrès en termes de productivité sans sacrifier les performances. Dido prend en charge une large gamme de calculs stencils ainsi que des applications réelles à base de stencils. Nous montrons que le code généré par Dido est bien structuré et se prête à de différentes optimisations possibles. Nous combinons également la technique de génération de code de Dido avec Pluto l'optimiseur polyédrique de boucles pour améliorer la localité des données. Nous présentons des expériences qui prouvent l'efficacité et la scalabilité du code généré qui atteint de meilleures performances que les implémentations ORWL et MPI écrites à la main. / In this work, we present Dido, an implicitly parallel domain-specific language (DSL) that captures high-level stencil abstractions and automatically generates high-performance parallel stencil code for distributed-memory architectures. The generated code uses ORWL as a communication and synchronization backend. We show that Dido achieves a huge progress in terms of programmer productivity without sacrificing the performance. Dido supports a wide range of stencil computations and real-world stencil-based applications. We show that the well-structured code generated by Dido lends itself to different possible optimizations and study the performance of two of them. We also combine Dido's code generation technique with the polyhedral loop optimizer Pluto to increase data locality and improve intra-node data reuse. We present experiments that prove the efficiency and scalability of the generated code that outperforms both ORWL and MPI hand-crafted implementations.

L'hétérogénéité et l'énergie sont deux considérations fondamentales pour les environnements informatiques ubiquitaires. Dans cette thèse, nous présentons notre approche pour gérer l'hétérogénéité et pour économiser l'énergie via des canevas de programmation intégrés. Pour gérer l'hétérogénéité, nous proposons une méthodologie et un support de programmation qui vise à faire communiquer les différentes entités de l’environnement ubiquitaire en utilisant le protocole SIP considéré alors comme un bus logique universel de communication. Nous avons intégré ce bus SIP dans le langage de description d’architecture DiaSpec développé par notre équipe Phoenix. Concernant la consommation d’énergie, nous proposons une méthodologie qui utilise les techniques d’offloading et de compression de données pour minimiser la consommation d'énergie des applications mobiles. Nous avons ainsi construit une stratégie d’aide à la conception au travers d’un outil qui permet de déterminer le meilleur mode d’exécution pour une tâche donnée que nous proposons d’intégrer dans le langage de description DiaSpec. / The topics of heterogeneity and energy are two fundamental considerations for pervasive computing environments. Inthis thesis, we describe our approach to manage heterogeneity and to handle energy concerns via a high-level programming framework.To manage heterogeneity, we describe a methodology and a programming support that use the SIP protocol as a universal communication bus in pervasive computing environments. Ourwork enables homogeneous communications between heterogeneous distributed entities. In doing so, we integrate the SIP communication bus into our programming framework. We rely on adeclarative language named DiaSpec to describe the architecture of pervasive applications. This description is passed to a generator for producing a Java programming framework dedicated to the application area. We leverage the generated framework with SIP adaptations to raise the abstraction level of SIP operations.We then present a classification of a wide variety of entities interms of features, capabilities and network connectors. Based on this classification, a methodology and a programming supportare described for connecting entities on the SIP communication bus. This work has been validated by applications using theSIP communication bus to coordinate widely varying entities,including serial-based sensors (RS232, 1-Wire), ZigBee devices,X10 devices, PDA, native SIP entities, and software components.Regarding the energy concerns, we describe a methodology that uses two strategies, namely computation offloading and data compression, to minimize energy cost of mobile applications.In doing so, we present an execution and transfer model for atask of a mobile application and define its five different stubs forthree program execution and data transfer modes. Based on this model and our two strategies, we construct a strategy scheme to determine the most efficient stub in terms of energy consumption.We then design the OffDeci tool, using this strategy scheme, toprovide energy feedback for the developer and to analyze thebalance between local and remote computing with consideration of data compression. Our experimental study demonstrates thefeasibility of the strategy scheme of our approach. Finally, weextend DiaSpec with declarations dedicated to manage energy concerns during the application design phase. We sketched the integration of this energy-handling declaration and OffDeci intoour high-level programming framework. This integration permitsto determine the best stub of a declared DiaSpec component interms of its energy cost.

L'informatique multi-nuages s'est imposée comme un paradigme de choix pour créer des applications distribuées à large échelle s'exécutant à des emplacements géographiques ré- partis. L'informatique multi-nuages consiste en l'utilisation de multiples environnements de nuages indépendants qui ne nécessitent pas d'accord a priori entre les fournisseurs de nuage ou un tiers. Toutefois, ces applications conçues pour un environnement multi-nuages doivent faire face à de véritables défis en terme d'architecture, de modèle et de technologies. L'utilisation de l'informatique multi-nuages se heurte à l'hétérogénéité et à la complexité des offres de nuage. Ainsi, l'informatique multi-nuages doit faire face aux défis de la portabilité, de l'approvisionnement, de l'élasticité et de la haute disponibilité que nous identifions dans cette thèse. Dans ce travail de thèse, nous proposons un modèle d'applications nommé soCloud qui adresse ces quatre défis. C'est un modèle basé sur le standard SCA du consortium OASIS pour concevoir de manière simple et cohérente des applications distribuées à large échelle pour un environnement multi-nuages. Un nouveau langage dédié d'élasticité a été proposé pour exprimer efficacement l'élasticité d'applications multi-nuages par l'abstraction. Nous proposons aussi une plateforme multi-nuages soCloud conçue pour déployer, exécuter et gérer des applications réparties à travers plusieurs nuages. Le modèle d'applications soCloud a été utilisé pour la mise en œuvre de trois applications distribuées déployées dans un environnement multi-nuages. Quant à la plateforme soCloud, elle a été implantée, déployée et expérimentée sur dix nuages : Windows Azure, DELL KACE, Amazon EC2, CloudBees, OpenShift, dotCloud, Jelastic, Heroku, Appfog et Eucalyptus. Ces expériences sont utilisées pour valider la nouveauté des solutions approtées. Grâce à notre contribution, nous visons à offrir un moyen simple et efficace pour concevoir, déployer, exécuter et gérer des applications distribuées pour des environnements multi- nuages en proposant un modèle et une plateforme.

L'ingénierie dirigée par les modèles est une approche qui s'appuie sur l'abstraction pour exprimer davantage les concepts du domaine. Ainsi, les ingénieurs logiciels développent des langages dédiés (LD) qui encapsulent la structure, les contraintes et le comportement du domaine. Comme tout logiciel, les LDs évoluent régulièrement. Cette évolution peut se produire lorsque l'un de ses composants ou le domaine évolue. L'évolution du domaine ainsi que l'évolution des composants du LD et l'impact de cette évolution sur ceux-ci ont été largement étudiés. Cependant, un LD peut également dépendre sur d'éléments externes qui ne sont pas modélisées. Par conséquent, l'évolution de ces dépendances externes affecte le LD et ses composants. Actuellement, les ingénieurs logiciels doivent évoluer le LD manuellement lorsque les dépendances externes évoluent. Dans ce mémoire, nous nous concentrons sur l'évolution des librairies externes. Plus spécifiquement, le but de cette thèse est d'aider les ingénieurs logiciels dans la tâche d'évolution. À cette fin, nous proposons une approche qui intègre automatiquement les changements des librairies externes dans le LD. De plus, nous offrons un LD qui supporte l'évolution des librairies Arduino. Nous évaluons également notre approche en faisant évoluer un éditeur de modélisation interactif qui dépend d'un LD. Cette étude nous permet de montrer la faisabilité et l'utilité de notre approche. / Model-driven engineering (MDE) is an approach that relies on abstraction to further express domain concepts. Hence, language engineers develop domain-specific languages (DSLs) that encapsulates the domain structure, constraints, and behavior. Like any software, DSLs evolve regularly. This evolution can occur when one of its components or the domain evolves. The domain evolution as well as the evolution of DSL components and the impact of such evolution on them has been widely investigated. However, a DSL may also rely on external dependencies that are not modeled. As a result, the evolution of these external dependencies affects the DSL and its components. This evolution problem has yet to be addressed. Currently, language engineers must manually evolve the DSL when the external dependencies evolve. In this thesis, we focus on the evolution of external libraries. More specifically, our goal is to assist language engineers in the task of evolution. To this end, we propose an approach that automatically integrates the changes of the external libraries into the DSL. In addition, we offer a DSL that supports the evolution of the Arduino libraries. We also evaluate our approach by evolving an interactive modeling editor that depends on a DSL. This study allows us to demonstrate the feasibility and usefulness of our approach.

Lors de la conception et la manipulation de logiciel par modélisation, il est avantageux de bénéficier d’un grand degré de liberté au niveau de la présentation afin de comprendre l’information et prendre une action en exerçant peu d’effort cognitif et physique. Cette caractéristique doit aussi s’étendre aux outils que nous employons afin que ceux-ci augmentent nos capacités, plutôt que les restreindre. En génie logiciel, nous travaillons présentement à rehausser encore le niveau d’abstraction afin de réduire le rôle central du code décrit avec un langage de programmation à usage général. Ceci permettrait d’inclure les experts non techniques dans les activités de développement de logiciel. Cette approche, centralisée sur le domaine et l’expert, s’inscrit dans l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM), où un modèle est produit et manipulé par divers experts et utilisateurs. Le modèle est alors décrit avec un langage créé spécifiquement pour un domaine d’application ou une tache, appelé langage dédié (DSL). Une technique utilisée pour créer ces modèles et leurs DSL est le projectional editing, qui permet d’utiliser des notations diverses interchangeables et d’étendre et composer facilement un langage. Toutefois, les solutions actuelles sont lourdes, spécifiques à une plateforme, et manquent considérablement d’utilisabilité, limitant ainsi l’usage et l’exploitation de cette approche. Pour mieux refléter les avantages du paradigme IDM avec le style projectionnel, nous introduisons dans cette thèse Gentleman, un éditeur projectionnel léger sur le web. Avec Gentleman, le développeur crée un modèle en combinant des concepts utilisés pour définir la structure du modèle et des projections pour les manipuler dans l’éditeur. Nous avons évalué Gentleman à travers une étude basée sur un groupe d’utilisateur. L’étude a confirmé sa capacité à créer et manipuler des modèles efficacement. Les participants ont noté qu’il est facile de prendre en main Gentleman et que l’interface est très intuitive comparativement aux éditeurs existants. Nous avons aussi intégré Gentleman avec succès à une plateforme web, démontrant ainsi ses capacités d’interopérabilité et l’avantage d’une solution web. / In software activities and, more specifically, when modeling, the modeler should benefit from as much freedom as possible to understand the presented information and take action with minimal cognitive and mechanical effort. This characteristic should also apply to the tools used in the process so that they extend our capabilities rather than limit them. In the field of software engineering, current work aims to push the level of abstraction past general-purpose programming language into domain-specific modeling. This enables domain experts with various backgrounds to participate in software development activities. This vision is central to model-driven engineering (MDE) where, instead of code, various experts and users produce and manipulate domain-specific language (DSL). In recent years, projectional editing has proven to be a valid approach to creating and manipulating DSLs, as it supports various easily interchangeable notations and enables language extension and composition. However, current solutions are heavyweight, platform-specific, and suffer from poor usability. To better support this paradigm and minimize the risk of accidental complexity in terms of expressiveness, in this thesis, we introduce Gentleman, a lightweight web-based projectional editor. With Gentleman, a developer creates a model by combining concepts used to define its structure and projections to interact and manipulate them in the editor. We have evaluated Gentleman through a user study. The evaluation confirmed its capacity to create and manipulate models effectively. Most participants noted that the editor is very user-friendly and intuitive compared to existing editors. We have also successfully integrated Gentleman into a web application, demonstrating its interoperability and the benefit of a web solution.

La complexité du logiciel augmente tout le temps: les systèmes deviennent plus grands et plus complexes. La modélisation est un élément central de génie logicielle pour relever les défis de la complexité. Cependant, un défi majeur auquel est confronté le développement de logiciels axés sur les modèles est l'évolutivité des outils de modélisation avec une taille croissante de modèles. Certaines initiatives ont commencé à explorer la modélisation tout en stockant des modèles dans une base de données de graphes. Dans cette thèse, nous présentons NMF, un framework pour créer et éditer des modèles dans une base de données Neo4j élevée à l'abstraction du langage de modélisation. / Software complexity increases all the time: systems become larger and more complex. Modeling is a central part of software engineering to tackle challenges of complexity. However, a prominent challenge model-driven software development is facing is scalability of modeling tools with a growing size of models. Some initiatives started exploring modeling while storing models in a graph database. In this thesis, we present NMF, a framework to create and edit MDE models in a Neo4j database lifted to the abstraction of the modeling language.

Les langages dédiés de modélisation (DSMLs) sont de plus en plus utilisés dans les phases amont du développement des systèmes complexes, en particulier pour les systèmes critiques embarqués. L’objectif est de pouvoir raisonner très tôt dans le développement sur ces modèles et, notamment, de conduire des activités de vérification et validation (V and V). Une technique très utilisée est la vérification des modèles comportementaux par exploration exhaustive (model-checking) en utilisant une sémantique de traduction pour construire un modèle formel à partir des modèles métiers pour réutiliser les outils performants disponibles pour les modèles formels. Définir cette sémantique de traduction, exprimer les propriétés formelles à vérifier et analyser les résultats nécessite une expertise dans les méthodes formelles qui freine leur adoption et peut rebuter les concepteurs. Il est donc nécessaire de construire pour chaque DSML, une chaîne d’outils qui masque les aspects formels aux utilisateurs. L’objectif de cette thèse est de faciliter le développement de telles chaînes de vérification. Notre contribution inclut 1) l’expression des propriétés comportementales au niveau métier en s’appuyant sur TOCL (Temporal Object Constraint Language), une extension temporelle du langage OCL; 2) la transformation automatique de ces propriétés en propriétés formelles en réutilisant les éléments clés de la sémantique de traduction; 3) la remontée des résultats de vérification grâce à une transformation d’ordre supérieur et un langage de description de correspondance entre le domaine métier et le domaine formel et 4) le processus associé de mise en oeuvre. Notre approche a été validée par l’expérimentation sur un sous-ensemble du langage de modélisation de processus de développement SPEM, et sur le langage de commande d’automates programmables Ladder Diagram, ainsi que par l’intégration d’un langage formel intermédiaire (FIACRE) dans la chaîne outillée de vérification. Ce dernier point permet de réduire l’écart sémantique entre les DSMLs et les domaines formels. / Domain specific Modeling Languages (DSMLs) are increasingly used at the early phases in the development of complex systems, in particular, for safety critical systems. The goal is to be able to reason early in the development on these models and, in particular, to fulfill verification and validation activities (V and V). A widely used technique is the exhaustive behavioral model verification using model-checking by providing a translational semantics to build a formal model from DSML conforming models in order to reuse powerful tools available for this formal domain. Defining a translational semantics, expressing formal properties to be assessed and analysing such verification results require such an expertise in formal methods that it restricts their adoption and may discourage the designers. It is thus necessary to build for each DSML, a toolchain which hides formal aspects for DSML end-users. The goal of this thesis consists in easing the development of such verification toolchains. Our contribution includes 1) expressing behavioral properties in the DSML level by relying on TOCL (Temporal Object Constraint Language), a temporal extension of OCL; 2) An automated transformation of these properties on formal properties while reusing the key elements of the translational semantics; 3) the feedback of verification results thanks to a higher-order transformation and a language which defines mappings between DSML and formal levels; 4) the associated process implementation. Our approach was validated by the experimentation on a subset of the development process modeling language SPEM, and on Ladder Diagram language used to specify programmable logic controllers (PLCs), and by the integration of a formal intermediate language (FIACRE) in the verification toolchain. This last point allows to reduce the semantic gap between DSMLs and formal domains.