Th. doct.--Informatique--Paris 6, 1994.

L'analyse statique des programmes permet d'étudier les comportements possibles des programmes sans les exécuter. Les analyseurs statiques sont employés par exemple pour garantir que l'exécution d'un programme ne peut pas produire d'erreurs. Ces outils d'analyse étant eux-mêmes des programmes, ils peuvent être incorrects. Pour accroître la confiance que l'on peut accorder aux résultats d'une telle analyse, nous étudions dans cette thèse comment on peut formellement établir la correction de l'implantation d'un tel analyseur statique. En particulier, nous construisons au moyen de l'assistant à la preuve Coq des interpréteurs abstraits et prouvons qu'ils sont corrects ; c'est-à-dire nous établissons formellement que le résultat de l'analyse d'un programme caractérise bien toutes les exécutions possibles de ce programme. Ces interpréteurs abstraits s'intègrent, dans la mesure du possible, au compilateur vérifié CompCert, ce qui permet de garantir que les propriétés de sûreté prouvées sur le code source d'un programme sont aussi valides pour la version compilée de ce programme. Nous nous concentrons sur l'analyse de programmes écrits dans des langages de bas niveau. C'est-à-dire des langages qui ne fournissent que peu d'abstractions (variables, fonctions, objets, types…) ou des abstractions que le programmeur a loisir de briser. Cela complexifie la tâche d'un analyseur qui ne peut pas s'appuyer sur ces abstractions pour être précis. Nous présentons notamment comment reconstruire automatiquement le graphe de flot de contrôle de programmes binaires auto-modifiants et comment prouver automatiquement qu'un programme écrit en C (où l'arithmétique de pointeurs est omniprésente) ne peut pas produire d'erreurs à l'exécution. / Static analysis of programs enables to study the possible behaviours of programs without running them. Static analysers may be used to guarantee that the execution of a program cannot result in a run-time error. Such analysis tools are themselves programs: they may have bugs. So as to increase the confidence in the results of an analysis, we study in this thesis how the implementation of static analysers can be formally proved correct. In particular, we build abstract interpreters within the Coq proof assistant and prove them correct. Namely, we formally establish that analysis results characterize all possible executions of the analysed program. Such abstract interpreters are integrated to the formally verified CompCert compiler, when relevant ; this enables to guarantee that safety properties that are proved on source code also hold for the corresponding compiled code. We focus on the analysis of programs written in low-level languages. Namely, languages which feature little or no abstractions (variables, functions, objects, types…) or abstractions that the programmer is allowed to break. This hampers the task of a static analyser which thus cannot rely on these abstractions to yield precise results. We discuss in particular how to automatically recover the control-flow graph of binary self-modifying programs, and how to automatically prove that a program written in C (in which pointer arithmetic is pervasive) cannot produce a run-time error.

Le but de ce mémoire était d’effectuer, dans un contexte géospatial, une comparai- son d’une approche de raisonnement qualitatif basée sur le PROLOG avec une autre approche reposant sur l’ASP. La principale question que nous posons est la suivante : Le moteur de raisonnement Smodels rendant possible la mise en oeuvre du raisonnement non monotone poussé et faisant intervenir le concept de modèle stable peut-il nous permettre de résoudre des problèmes de vérification de cohérence ontologique et des problèmes de révision dans le contexte de la géomatique ? Pour y répondre, nous avons procédé à une série de tests sur un échantillon de la Base nationale de données topographiques (BNDT). À la lumière des résultats obtenus, cette approche se montre très efficace et contribue à l’amélioration de la cohérence de l’information géospatiale et du raisonnement spatial réalisé à partir de cette dernière. / The objective of this thesis is to make a comparison between a qualitative reasoning approach based on PROLOG with another approach based on ASP. Our principal research question was the following : Can the Smodels reasoning engine, allowing for advanced non monotonic reasoning and introducing the stable model concept, allow us to solve ontological consistency checking problems as well as revision problems in a geomatic context ? To answer this question, we carried out a series of tests on a cross-section from the National Topographical Database (NTDB). In the light of the results obtained, this approach has proven very effective and contributes to the amelioration of geospatial information consistency and to the resultant improvement in spatial reasoning.

Développer des analyseurs statiques nécessite une manipulation intensive de structures d'arbres et de graphes représentant le programme. La finalité de cette thèse est de proposer des constructions de langage dédiées au prototypage d'outils d'analyse et de transformation de programmes et inspirées de la réécriture de termes et de termes-graphes. L'originalité de notre approche est d'embarquer ces nouvelles constructions dans les langages généralistes sous la forme d'un langage dédié embarqué. Les travaux de cette thèse se fondent sur le langage Tom qui propose d'embarquer des constructions de réécriture dans des langages généralistes comme Java. La première contribution de cette thèse a été de formaliser les langages embarqués sous le concept de langage îlot. Ce formalisme a ainsi permis de certifier la compilation du langage Tom. Nos travaux sur l'analyse de Bytecode nous ont ensuite conduit à réfléchir à la représentation et la manipulation de graphes de flot de programmes et nous avons alors proposé des constructions de langage inspirées de la réécriture de termes-graphes. Une autre contribution de cette thèse est la conception d'un langage de stratégies adapté à l'expression de propriétés sur un programme. Associé au filtrage, ce langage permet d'exprimer de manière déclarative des analyses et des transformations sur des arbres ou des graphes. Enfin, l'ensemble des propositions de cette thèse a été intégré au langage Tom sous la forme de nouvelles constructions syntaxiques ou d'améliorations de constructions existantes et a ainsi pu être appliqué à l'analyse du langage Java.

Les ordinateurs parallèles offrent une alternative intéressante pour les applications de calcul scientifique, grandes consommatrices de ressources de calcul et de mémoire. Cependant, la programmation efficace de ces machines est souvent difficile et les implantations obtenues sont généralement peu portables. Nous proposons dans cette thèse un modèle de programmation parallèle permettant une programmation simple, portable et efficace des applications parallèles. Ce modèle est basé sur une décomposition explicite de l'application en tâches de calculs qui communiquent entre elles par l'intermédiaire d'objets en mémoire partagée. La sémantique des accès aux données partagées est quasi séquentielle et les précédences entre les tâches sont implicitement définies pour respecter cette sémantique. Nous présentons dans une première partie la mise en oeuvre de ce modèle de programmation dans l'interface applicative C++ Athapascan-1. Une analyse à l'exécution des dépendances de données entre tâches permet d'extraire le flot de données et donc les précédences entre les tâches à exécuter. Des algorithmes d'ordonnancement adaptables à l'application et à la machine cible sont également utilisés. Nous montrons comment, sur architecture distribuée, la connaissance du flot de données entre les tâches peut être utilisée par le système pour réduire les communications et gérer efficacement la mémoire partagée distribuée. Ce modèle de programmation et sa mise en oeuvre dans l'interface applicative Athapascan-1 sont ensuite validés expérimentalement sur différentes architectures et différentes applications d'algèbre linéaire, notamment la factorisation creuse de Cholesky avec partitionnement bidimensionnel. La facilité de programmation de ces applications grâce à cette interface et les résultats obtenus (amélioration des performances par rapport au code de factorisation dense de Cholesky de la bibliothèque ScaLapak sur une machine à 60 processeurs par exemple) confirment l'intérêt du modèle de programmation proposé.

Les séquences de jeux sont une méthodologie établie pour structurer les preuves cryptographiques. De telles preuves peuvent être formalisées rigoureusement en regardant les jeux comme des programmes probabilistes et en utilisant des méthodes de vérification de programmes. Cette thèse décrit CertiCrypt, un outil permettant la construction et vérification automatique de preuves basées sur les jeux. CertiCrypt est implémenté dans l'assistant à la preuve Coq, et repose sur de nombreux domaines, en particulier les probabilités, la complexité, l'algèbre, et la sémantique des langages de programmation. CertiCrypt fournit des outils certifiés pour raisonner sur l'équivalence de programmes probabilistes, en particulier une logique de Hoare relationnelle, une théorie équationnelle pour l'équivalence observationnelle, une bibliothèque de transformations de programme, et des techniques propres aux preuves cryptographiques, permettant de raisonner sur les évènements. Nous validons l'outil en formalisant les preuves de sécurité de plusieurs exemples emblématiques, notamment le schéma de chiffrement OAEP et le schéma de signature FDH.

Le calcul réparti est de plus en plus utilisé bien qu'il reste très mal maîtrisé. Cette thèse porte sur le Dpi-calcul, une extension simple du pi-calcul dans laquelle tous les processus sont placés dans des localités afin de décrire leur répartition. Dans ce calcul, les processus peuvent communiquer localement et migrer entre localités. À côté des canaux de communication et des localités, on identifie une nouvelle famille d'identifiants, les passeports, permettant un contrôle fin des migrations de processus : un processus doit disposer d'un passeport adéquat pour entrer dans une localité.<br /><br />Afin de structurer le calcul, on met en place un système de types qui associe un type à chaque identifiant pour vérifier qu'un processus n'utilise que les droits qu'il possède. L'ordre de sous-typage sur les types est étendu aux types de passeports suivant les localités d'origine des processus migrant. On démontre que cet ordre admet des bornes inférieures sous certaines conditions. On prouve également que les processus se conformant à cette politique de typage conservent cette propriété au cours de leurs réductions.<br /><br />On étudie aussi l'équivalence observationnelle : quand des processus exhibent-ils des comportements indiscernables pour un observateur ? En présence de passeports, il est indispensable d'imposer à l'observateur d'être loyal, c'est-à-dire d'exiger la possession de passeports pour observer les communications ayant lieu dans les localités correspondantes. Ces contraintes définissent une congruence dite barbue loyale. On développe ensuite un système de transitions étiquetées tel que la bisimilarité loyale engendrée coïncide avec cette congruence barbue loyale.

Le paradigme de la programmation par objets (PPO) est devenu le paradigme de programmation le plus utilisé. La programmation événementielle (PE) et la programmation par aspects (PPA) complètent la PPO en comblant certaines de ses lacunes lors de la construction de logiciels complexes. Les applications actuelles combinent ainsi les trois paradigmes. Toutefois, la POO, la PE et la POA ne sont pas encore bien intégrées. Leurs concepts sous-jacents sont en général fournis sous la forme de constructions syntaxiques spécifiques malgré leurs points communs. Ce manque d'intégration et d'orthogonalité complique les logiciels car il réduit leur compréhensibilité et leur composabilité, et augmente le code d'infrastructure. Cette thèse propose une intégration de la PPO, de la PE et de la PPA conduisant à un modèle de programmation simple et régulier. Ce modèle intègre les notions de classe et d'aspect, les notions d'événement et de point de jonction, et les notions d'action, de méthode et de gestionnaire d'événements. Il réduit le nombre de constructions tout en gardant l'expressivité initiale et en offrant même des options de programmation supplémentaires. Nous avons conçu et mis en œuvre deux langages de programmation basés sur ce modèle : EJava et ECaesarJ. EJava est une extension de Java implémentant le modèle. Nous avons validé l'expressivité de ce langage par la mise en œuvre d'un éditeur graphique bien connu, JHotDraw, en réduisant le code d'infrastructure nécessaire et en améliorant sa conception. ECaesarJ est une extension de CaesarJ qui combine notre modèle avec de la composition de mixins et un support linguistique des machines à états. Cette combinaison a grandement facilité la mise en œuvre d'une application de maison intelligente, une étude de cas d'origine industrielle dans le domaine de la domotique.

En ajoutant au lambda-calcul des structures de données algébriques, des types dépendants et un système de modules, on obtient un langage de programmation avec peu de primitives mais une très grande expressivité. L'assistant de preuve Coq s'appuie sur un tel langage (le CIC) à la sémantique particulièrement claire. L'utilisateur n'écrit pas directement de programme en CIC car cela est ardu et fastidieux. Coq propose un environnement de programmation qui facilite la tâche en permettant d'écrire des programmes incrémentalement grâce à des constructions de haut niveau plus concises. Typiquement, les types dépendants imposent des contraintes fortes sur les données. Une analyse de cas peut n'avoir à traiter qu'un sous-ensemble des constructeurs d'un type algébrique, les autres étant impossibles par typage. Le type attendu dans chacun des cas varie en fonction du constructeur considéré. L'impossibilité de cas et les transformations de type doivent être explicitement écrites dans les termes de Coq. Pourtant, ce traitement est mécanisable et cette thèse décrit un algorithme pour réaliser cette automatisation. Par ailleurs, il est nécessaire à l'interaction avec l'utilisateur de calculer des programmes du CIC sans faire exploser la taille syntaxique de la forme réduite. Cette thèse présente une machine abstraite conçu dans ce but. Enfin, les points fixes permettent une manipulation aisée des structure de données récursives. En contrepartie, il faut s'assurer que leur exécution termine systématiquement. Cette question sensible fait l'objet du dernier chapitre de cette thèse.

La dynamique actuelle des marchés entraîne avec elle une complexité croissante des demandes du client et nécessairement des contraintes de production. Les méthodologies traditionnelles de conception de systèmes montrent leurs limites dans des contextes très changeants pour lesquels les spécifications sont amenées à évoluer rapidement, des éléments technologiques particuliers de réalisation étant souvent pris en compte trop tôt dans le travail d'étude, limitant la versabilité des développements. Les entreprises doivent alors capitaliser au maximum les efforts menés dans les phases amont de spécification pour optimiser les temps d'étude. Notre travail de recherche s'intéresse plus précisément au domaine des systèmes antomatisés et se propose de répondre à la problématique précédente en utilisant des techniques issues du monde de l'informatique pour la réalisation des sytèmes physiques, comme l'OOA (Approche Orienté Objet) et la modélisation objet UML (Langage de Modélisation Unifié) avec la perspective d'une spécialisation tardive et d'une génération automatique selon les cibles technologiques choisies, comme le préconise la logique IDM (Ingéniérie Dirigée par les Modèles). L'originalité de ce mémoire est de décrire une méthodologie et une organisation de travail pour la conception des systèmes automatisés, en s'appuyant sur le concept d'objet d'automatisme multi-facettes. De plus, nous proposons une utilisation de l'extension SysML (Langage de Modélisation des Systèmes) pour la représentation d'éléments d'automatismes particuliers, les blocs fonctions de la norme IEC 61131-3, à travers le stéréotype "block". Enfin nous montrons comment il est possible d'obtenir une première génération de code automate en passant par les spécifications PLCopen, définissant un lien entre une syntaxe XML (Langage de balisage eXtensible), se voulant standard, et les langages de la norme IEC 61131-3. Le passage par cette représentation standardisée permet de garder l'indépendance des implémentations vis-à-vis d'un environnement intégré de développement particulier. Le processus de conception décrit a été appliqué à un cas d'étude industriel réel appartenant au domaine de la palettisation robotisée.