Thèse (D. en informatique cognitive)--Université du Québec à Montréal, 2005. / En tête du titre: Université du Québec à Montréal. Bibliogr.: f. [172]-186. Publié aussi en version électronique.

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

Le nombre de périphériques mobiles (smartphone, tablette, ordinateur portable, etc.) et les internautes augmentent continuellement. En raison de l'accessibilité du cloud computing, de l'Internet et de l'Internet des Objets (IdO), les utilisateurs utilisent de plus en plus d'applications logicielles qui provoquent un effet croissant sur les émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, les TIC (Technologies de l'Information et de la Communication) sont responsables d'environ 2% des émissions mondiales de gaz à effet de serre qui sont équivalentes à celles émises par l'industrie aérienne. Selon des rapports récents, le Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC), les émissions de CO2 dus aux TIC augmentent rapidement. Néanmoins, les TIC, en permettant de résoudre des problèmes complexes dans d'autres secteurs, peuvent grandement et facilement participer pour réduire une partie importante des 98% restants des émissions mondiales de CO2. L'utilisation du logiciel implique des opérations matérielles qui sont physiquement responsables de la consommation d'énergie. Par conséquent, le logiciel est indirectement impliqué dans la consommation d'énergie. Ainsi, nous devons réduire la consommation d'énergie du logiciel tout en conservant les mêmes fonctionnalités pour le logiciel afin de créer des logiciels durables et verts. Premièrement, dans ce travail de thèse, nous définissons les termes «durable et vert» dans le domaine du logiciel afin de créer des logiciels respectant les critères de ces termes. Pour créer un produit logiciel, nous devons suivre un processus d'ingénierie logicielle. Par conséquent, nous décrivons des critères durables et verts à respecter après chaque étape de ce processus afin d'établir un processus d'ingénierie logicielle durable et écologique. En particulier, nous nous concentrons sur l'estimation de la consommation d'énergie du logiciel. De nombreux travaux ont essayé de proposer divers outils pour estimer la consommation d'énergie due aux logiciels afin de réduire l'empreinte carbone. Pendant longtemps, les solutions proposées se sont concentrées uniquement sur la conception du matériel, mais ces dernières années, les aspects logiciels sont également devenus importants. Malheureusement, ces études, dans la plupart des cas, ne considèrent que le CPU et négligent tous les autres composants. Les modèles de consommation d'énergie existants doivent être améliorés en tenant compte de plus de composants susceptibles de consommer de l'énergie pendant l'exécution d'une application. L'écriture d'un logiciel durable, performant et vert nécessite de comprendre le comportement de consommation d'énergie d'un programme informatique. L'un des avantages est que les développeurs, en améliorant leurs implémentations du code source, optimiseront la consommation d'énergie du logiciel. De plus, il existe un manque d'outil d'analyse pour surveiller dynamiquement la consommation d'énergie du code source de plusieurs composants. Ainsi, nous proposons GMTEEC (Méthodologie Générique d'Outil pour Estimer la Consommation Energétique) qui se compose de quatre couches aidant et guidant la construction d'un outil permettant d'estimer la consommation énergétique d'un logiciel. Ainsi, dans notre travail, en respectant les couches de GMTEEC, nous créons TEEC (Outil pour Estimer la Consommation Energétique) qui repose sur une formule mathématique établie pour chaque composant (CPU, mémoire, disque dur, réseau) susceptible de consommer de l'énergie afin d'estimer la consommation totale d'énergie du logiciel composée de la somme de chaque consommation d'énergie par composant. De plus, nous ajoutons à TEEC la capacité de localiser dynamiquement les points chauds qui sont les parties du code source consommant la plus grande quantité d'énergie afin d'aider et guider les développeurs à optimiser leur code source et à créer des logiciels efficaces, durables et verts... [etc] / The number of mobile devices (smartphone, tablet, laptop, etc.) and Internet users are continually increasing. Due to the accessibility provided by cloud computing, Internet and Internet of Things (IoT), users use more and more software applications which cause an increasing effect on gas emission. Thus, ICT (Information and Communication Technologies) is responsible of around 2% worldwide greenhouse gas emissions which is equivalent of that emitted by the airline industry. According to recent reports, the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), CO2 emissions due to ICT are increasing widely. Nevertheless, ICT, in allowing to solve complex problems in other sectors, can greatly and easily participate to reduce significant portion of the remaining 98% of global CO2 emissions. The use of software implies hardware operations which are physically responsible of energy consumption. Consequently, software is indirectly involved in the energy consumption. Thus, we need to reduce software energy consumption while maintaining the same functionalities for the software in order to build sustainable and green software. Firstly, in this thesis work, we define the terms sustainable and green in the area of software development. To build a software product, we need to follow a software engineering process. Hence, we define and describe sustainable and green criteria to be respected after each step of this process in order to establish a sustainable and green software engineering process. Then, we focus on the software energy consumption estimation. Many research works tried to propose various tools to estimate the energy consumption due to software in order to reduce carbon footprint. Unfortunately, these studies, in the majority of cases, consider only the CPU and neglects all others components. Existing power consumption methodologies need to be improved by taking into account more components susceptible to consume energy during runtime of an application. Writing sustainable, power efficient and green software necessitates to understand the power consumption behavior of a computer program. One of the benefits is the fact that developers, by improving their source code implementations, will optimize software power consumption. Moreover, there is a lack of analyzing tool to dynamically monitor source code energy consumption of several components. Thus, we propose GMTEEC (Generic Methodology of a Tool to Estimate Energy Consumption) which is composed of four layers assisting developers to build a tool estimating the software power consumption. Hence, in our work, respecting the layers of GMTEEC, we develop TEEC (Tool to Estimate Energy Consumption) which is based on mathematical formula established for each component (CPU, memory, hard disk, network) in order to estimate the total software energy consumption. Moreover, we add in TEEC the capacity to locate dynamically the hotpoints which are the parts of source code consuming the greater amount of energy in order to help and guide developers to optimize their source code and build efficient, sustainable and green software. We performed a variety of experiments to validate the accuracy and quality of the sustainable and green software engineering process and TEEC. The results demonstrate the possibility to save significant quantity of energy and time at limited costs with an important positive impact on environment

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Dans le développement et la maintenance de logiciels de grande taille, la programmation globale est l'activité la moins formalisée, la moins assistée alors que c'est l'activité prépondérante, celle qui consomme le plus de temps. Nous décrivons les principaux concepts et mécanismes de Nomade, un noyau d'environnement pour supporter le développement et la maintenance de gros logiciels. Nomade constitue une extension et une généralisation de son prédécesseur Adèle. Il fournit un modèle pour la construction, l'intégration et le contrôle des logiciels en versions multiples et de leurs équipes. Nous présentons essentiellement la base d'objets et les mécanismes de contrôle de la structure du logiciel avec la notion de partition et d'activation d'outils basée sur le concept d'événement action. La base d'objets est conçue autour d'un modèle adapté aux besoins de la programmation globale qui inclut des notions "orientées objet". La base conserve la structure du logiciel : les objets logiciels, leurs versions, leurs documents, leurs attributs, leurs relations et leurs objets dérivés. Le mécanisme d'événements actions s'inspire des mécanismes d'activations (déclencheurs, démons, exceptions) développés dans d'autres domaines. Nous montrons comment Nomade permet de maintenir les contraintes de cohérence complexes rencontrées dans la programmation globale, de définir et d'intégrer les stratégies et les outils spécifiques à un environnement de développement et de maintenance.

Les domaines de recherche actuels, tels que l'informatique ubiquitaire et l'informatique en nuage (cloud computing), considèrent que ces environnements d'exécution sont en changement continue. Les applications dynamiques ; où les composants peuvent être ajoutés, supprimés pendant l'exécution, permettent a un logiciel de s'adapter et de s'ajuster à l'évolution des environnements, et de tenir compte de l'évolution du logiciel. Malheureusement, les applications dynamiques soulèvent des questions de conception et de développement qui n'ont pas encore été pleinement explorées. <br> Dans cette thèse, nous montrons que le dynamisme est une préoccupation transversale qui rompt avec un grand nombre d'hypothèses que les développeurs d'applications classiques sont autorisés à prendre. Le dynamisme affecte profondément la conception et développement de logiciels. S'il n'est pas manipulé correctement, le dynamisme peut " silencieusement " corrompre l'application. De plus, l'écriture d'applications dynamiques est complexe et sujette à erreur. Et compte tenu du niveau de complexité et de l'impact du dynamisme sur le processus du développement, le logiciel ne peut pas devenir dynamique sans (de large) modification et le dynamisme ne peut pas être totalement transparent (bien que beaucoup de celui-ci peut souvent être externalisées ou automatisées). <br> Ce travail a pour but d'offrir à l'architecte logiciel le contrôle sur le niveau, la nature et la granularité du dynamisme qui est nécessaire dans les applications dynamiques. Cela permet aux architectes et aux développeurs de choisir les zones de l'application où les efforts de programmation des composants dynamiques seront investis, en évitant le coût et la complexité de rendre tous les composants dynamiques. L'idée est de permettre aux architectes de déterminer l'équilibre entre les efforts à fournir et le niveau de dynamisme requis pour les besoins de l'application.

Le contrôle de version est la pierre angulaire des processus de développement de logiciels modernes. Tout en construisant des logiciels de plus en plus complexes, les développeurs doivent comprendre des sous-systèmes de code source qui leur sont peu familier. Alors que la compréhension de la logique d'un code étranger est relativement simple, la compréhension de sa conception et de sa genèse est plus compliquée. Elle n'est souvent possible que par les descriptions des révisions et de la documentation du projet qui sont dispersées et peu fiables -- quand elles existent. Ainsi, les développeurs ont besoin d'une base de référence fiable et pertinente pour comprendre l'historique des projets logiciels. Dans cette thèse, nous faisons les premiers pas vers la compréhension des motifs de changement dans les historiques de révision. Nous étudions les changements prenant place dans les métriques logicielles durant l'évolution d'un projet. Au travers de multiples études exploratoires, nous réalisons des expériences quantitatives et qualitatives sur plusieurs jeux de données extraits à partir d'un ensemble de 13 projets. Nous extrayons les changements dans les métriques logicielles de chaque commit et construisons un jeu de donnée annoté manuellement comme vérité de base. Nous avons identifié plusieurs catégories en analysant ces changements. Un motif en particulier nommé "compromis", dans lequel certaines métriques peuvent s'améliorer au détriment d'autres, s'est avéré être un indicateur prometteur de changements liés à la conception -- dans certains cas, il laisse également entrevoir une intention de conception consciente de la part des auteurs des changements. Pour démontrer les observations de nos études exploratoires, nous construisons un modèle général pour identifier l'application d'un ensemble bien connu de principes de conception dans de nouveaux projets. Nos résultats suggèrent que les fluctuations de métriques ont le potentiel d'être des indicateurs pertinents pour gagner des aperçus macroscopiques sur l'évolution de la conception dans l'historique de développement d'un projet. / Version control is the backbone of the modern software development workflow. While building more and more complex systems, developers have to understand unfamiliar subsystems of source code. Understanding the logic of unfamiliar code is relatively straightforward. However, understanding its design and its genesis is often only possible through scattered and unreliable commit messages and project documentation -- when they exist. Thus, developers need a reliable and relevant baseline to understand the history of software projects. In this thesis, we take the first steps towards understanding change patterns in commit histories. We study the changes in software metrics through the evolution of projects. Through multiple exploratory studies, we conduct quantitative and qualitative experiments on several datasets extracted from a pool of 13 projects. We mine the changes in software metrics for each commit of the respective projects and manually build oracles to represent ground truth. We identified several categories by analyzing these changes. One pattern, in particular, dubbed "tradeoffs", where some metrics may improve at the expense of others, proved to be a promising indicator of design-related changes -- in some cases, also hinting at a conscious design intent from the authors of the changes. Demonstrating the findings of our exploratory studies, we build a general model to identify the application of a well-known set of design principles in new projects. Our overall results suggest that metric fluctuations have the potential to be relevant indicators for valuable macroscopic insights about the design evolution in a project's development history.

La zone de gestion intégrée de l’eau de la rivière Nicolet et la partie basse de la zone intégrée de l’eau de la rivière Saint-François dans le Centre-du-Québec se trouvent dans un secteur où les eaux souterraines ont fait l’objet récemment d’un projet de recherche dans le cadre du Programme d’acquisition de connaissance sur les eaux souterraines (PACES) du Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MDDELCC, 2013). La diffusion des résultats des projets issus du programme PACES présente des défis très particuliers. Il est nécessaire de synthétiser un grand nombre de données de manière efficace : modèle hydrostratigraphique, topographie, hydrographie, données géologiques sur les unités rocheuses et quaternaires, description des forages, propriétés hydrauliques des matériaux, contexte hydrogéologique, utilisation de l’eau souterraine, qualité de l’eau, activités humaines ayant un impact sur la qualité de l’eau (MDDELCC, 2013). Ce projet de maîtrise tente donc de répondre à la question de recherche suivante : « Comment synthétiser et visualiser clairement les connaissances sur les eaux souterraines ? » Ce projet de maîtrise a donc été réalisé pour résoudre la problématique de la diffusion des résultats à l’aide du système de cartographie dynamique multiéchelle (SCDM). Il est appliqué tout particulièrement à la zone de gestion intégrée de l’eau de la rivière Nicolet et à la partie basse de la zone intégrée de l’eau de la rivière Saint-François dans le Centre-du-Québec (PACES-NSF). La méthodologie utilisée a été efficace pour développer un système qui permet d’intégrer des données à référence spatiale sur les eaux souterraines et de diffuser visuellement les résultats spécifiques pour ce projet PACES-NSF sur Internet. Le SCDM permet aux acteurs de l’eau et aux gestionnaires du territoire d’avoir une vision régionale sur les informations et les caractéristiques des eaux souterraines. Les logiciels libres et ouverts utilisés dans ce projet ont été des choix appropriés, efficaces et spécialement économiques. Le SCDM peut être utilisé pour la diffusion des résultats des projets de caractérisation des eaux souterraines des bassins versants de toute la province. Il peut également être adapté à l’étude des eaux de surface.

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

Les logiciels sont de plus en plus complexes et leur développement est souvent fait par des équipes dispersées et changeantes. Par ailleurs, de nos jours, la majorité des logiciels sont recyclés au lieu d’être développés à partir de zéro. La tâche de compréhension, inhérente aux tâches de maintenance, consiste à analyser plusieurs dimensions du logiciel en parallèle. La dimension temps intervient à deux niveaux dans le logiciel : il change durant son évolution et durant son exécution. Ces changements prennent un sens particulier quand ils sont analysés avec d’autres dimensions du logiciel. L’analyse de données multidimensionnelles est un problème difficile à résoudre. Cependant, certaines méthodes permettent de contourner cette difficulté. Ainsi, les approches semi-automatiques, comme la visualisation du logiciel, permettent à l’usager d’intervenir durant l’analyse pour explorer et guider la recherche d’informations. Dans une première étape de la thèse, nous appliquons des techniques de visualisation pour mieux comprendre la dynamique des logiciels pendant l’évolution et l’exécution. Les changements dans le temps sont représentés par des heat maps. Ainsi, nous utilisons la même représentation graphique pour visualiser les changements pendant l’évolution et ceux pendant l’exécution. Une autre catégorie d’approches, qui permettent de comprendre certains aspects dynamiques du logiciel, concerne l’utilisation d’heuristiques. Dans une seconde étape de la thèse, nous nous intéressons à l’identification des phases pendant l’évolution ou pendant l’exécution en utilisant la même approche. Dans ce contexte, la prémisse est qu’il existe une cohérence inhérente dans les évènements, qui permet d’isoler des sous-ensembles comme des phases. Cette hypothèse de cohérence est ensuite définie spécifiquement pour les évènements de changements de code (évolution) ou de changements d’état (exécution). L’objectif de la thèse est d’étudier l’unification de ces deux dimensions du temps que sont l’évolution et l’exécution. Ceci s’inscrit dans notre volonté de rapprocher les deux domaines de recherche qui s’intéressent à une même catégorie de problèmes, mais selon deux perspectives différentes. / Software systems are getting more and more complex and are developed by teams that are constantly changing and not necessarily working in the same location. Moreover, most software systems, nowadays, are recycled rather than being developed from scratch. A comprehension task is crucial when performing maintenance tasks; it consists of analyzing multiple software dimensions concurrently. Time is one of these dimensions, as software changes its state with time in two manners: during their execution and during their evolution. These changes make sense only when analyzed within the context of other software dimensions, such as structure or bug information. Multidimensional analysis is a difficult problem to solve. However, there are certain methods that bypass this difficulty, such as semi-automatic approaches. Software visualization is one of them, as it allows being part of the analysis by exploring and guiding information search. The first stage of the thesis consists of applying visualization techniques to better understand software dynamicity during execution and evolution. Changes over time are represented by heat maps. Hence, we utilize the same graphical representation to visualize both change types over time. Other approaches that permit the analysis of a program’s dynamic behavior over time involve the use of heuristics. In the thesis’ second stage, we are interested in the identification of the programs’ execution phases and evolution patterns using the same approach, i.e. search-based optimisation. In this context, the premise is the existence of internal cohesion between change events that allow the clustering in phases. This hypothesis of cohesion is defined specifically for change events in the code during software evolution and state changes during program execution. This thesis’ main objective is to study the unification of these two time dimensions, evolution and execution, in an attempt to bring together two research domains that work on the same set of problems, but from two different perspectives.