The major problem addressed in this thesis is the definition of a new SPLE methodology that covers both phases of the SPLE process and focuses on the derivation of behavioral models of SPL products. In Chapter 2 three research areas scope context of this thesis: Software Product Lines, Business Processes, and Model-Driven Engineering. Throughout Chapter 3, we propose a new SPLE methodology that focuses on the derivation of product behavior. We first describe the main flow of the methodology, and then detail the individual steps. In chapter 4 we propose a new domain specific language called CBPF created for modeling composable business process fragments. A model driven approach is followed for creating CBPF: definition of the abstract syntax, graphical concrete syntax and translational semantics. In Chapter 5 we propose several types of verifications that can be applied to business processfragments to determine their "correctness". For structural verification we definine a set of fragment consistency rules that should be valid for every business process fragment created with CBPF. To check behavioral correctness we first transform the business process fragment into an equivalent HCPN. We can then check generic properties but also define aset of fragment specific properties. In chapter 6 we exemplify the proposed SPL methodology by applying it to a case study from the crisis management system domain. We also propose a tool suite that supports our methodology. Chapter 7 describes possible improvements and extensions to the contributions of this thesis. We conclude the thesis in Chapter 8 and draw some conclusions.

Le contexte et la problématique De nos jours, le cloud computing est omniprésent dans la recherche et aussi dans l'industrie. Il est considéré comme une nouvelle génération de l'informatique où les ressources informatiques virtuelles à l'échelle dynamique sont fournies comme des services via l'internet. Les utilisateurs peuvent accéder aux systèmes de cloud utilisant différentes interfaces sur leurs différents dis- positifs. Ils ont seulement besoin de payer ce qu'ils utilisent, respectant le l'accord de service (Service-Layer Agreement) établi entre eux et les fournisseurs de services de cloud. Une des caractéristiques principales du cloud computing est la virtualisation grâce à laquelle toutes les ressources deviennent transparentes aux utilisateurs. Les utilisateurs n'ont plus besoin de contrôler et de maintenir les infrastructures informatiques. La virtualisation dans le cloud computing combine des images de machines virtuelles (VMIs) et des machines physiques où ces images seront déployées. Typiquement, le déploiement d'une telle VMI comprend le démarrage de l'image, l'installation et la configuration des packages définis pas la VMI. Dans les approches traditionnelles, les VMIs sont crées par les experts techniques des fournisseurs de services cloud. Il s'agit des VMIs pré-packagés qui viennent avec des composants pré-installés et pré-configurés. Pour répondre à une requête d'un client, le fournisseur sélectionne une VMI appropriée pour cloner et déployer sur un nœud de cloud. Si une telle VMI n'existe pas, une nouvelle VMI va être créée pour cette requête. Cette VMI pourrait être générée à partir de la VMI existante la plus proche ou être entièrement neuve. Le cycle de vie de l'approvisionnement d'une VMI dans l'approche traditionnelle est décrite dans la Figure 1. Une VMI standard contient normalement plusieurs packages parmi lesquels certains qui ne seront jamais utilisés. Cela vient du fait que la VMI est créée au moment de conception pour le but d'être clonée plus tard. Cette approche a des inconvénients tels que la demande de ressources importantes pour stocker des VMIs ou pour les déployer. De plus, elle requiert le démarrage de plusieurs composants, y compris ceux non utilisés. Particulièrement, à partir du point de vue de gestion de services, il est difficile de gérer la complexité des interdépendances entre les différents composants afin de maintenir les VMIs déployées et de les faire évoluer. Pour résoudre les problèmes énumérés ci-dessus, les fournisseurs de services de cloud pourraient automatiser le processus d'approvisionnement et permettre aux utilisateurs de choisir des VMIs d'une manière flexible en gardant les profites des fournisseur en terme de temps, de ressources, et de coût. Dans cette optique, les fournisseurs devraient considérer quelques préoccupations: (1) Quels packages et dépendances seront déployés? (2) Comment optimiser une configuration en terme de coût, de temps, et de consommation de ressources? (3) Comment trouver la VMI la plus ressemblante et comment l'adapter pour obtenir une nouvelle VMI? (4) Comment éviter les erreurs qui viennent souvent des opérations manuelles? (5) Comment gérer l'évolution de la VMI déployée et l'adapter aux besoins de reconfigurer et de passer automatiquement à l'échelle? A cause de ces exigences, la construction d'un systèmes de gestion de plateformes cloud (PaaS-Platform as a Sevice) est difficile, particulièrement dans le processus d'approvisionnement de VMIs. Cette difficulté requiert donc une approche appropriée pour gérer les VMIs dans les systèmes de cloud computing. Cette méthode fournirait des solutions pour la reconfiguration et le passage automatique à l'échelle. Les défis et les problèmes clés A partir de la problématique, nous avons identifié sept défis pour le développement d'un processus d'approvisionnements dans cloud computing. * C1: Modélisation de la variabilité des options de configuration des VMIs afin de gérer les interdépendances entre les packages logiciels Les différents composants logiciels pourraient requérir des packages spécifiques ou des bibliothèques du système d'exploitation pour une configuration correcte. Ces dépendances doivent être arrangées, sélectionnées, et résolues manuellement pour chaque copie de la VMI standard. D'autre part, les VMIs sont créées pour répondre aux exigences d'utilisateurs qui pourraient partager des sous-besoins en commun. La modélisation de la similitude et de la variabilité des VMIs au regard de ces exigences est donc nécessaire. * C2: Réduction des données transférées via les réseaux pendant le processus d'approvisionnement Afin d'être prêt pour répondre aux requêtes de clients, plusieurs packages sont installés sur la machine virtuelle standard , y compris les packages qui ne seront pas utilisé. Ces packages devront être limités afin de minimaliser la taille des VMIs. * C3: Optimisation de la consommation de ressources pendant l'exécution Dans l'approche traditionnelle, les activités de création et de mise à jour des VMIs requièrent des opérations manuelles qui prennent du temps. D'autre part, tous les packages dans les VMIs, y compris ceux qui ne sont pas utilisés, sont démarrés et occupent donc des ressources. Ces consommations de ressources devraient être optimisées. * C4: Mise à disposition d'un outil interactif facilitant les choix de VMIs des utilisateurs Les fournisseurs de services cloud voudraient normalement donner la flexibilité aux utilisateurs clients dans leurs choix de VMIs. Cependant, les utilisateurs n'ont pas de con- naissances techniques approfondies. Pour cette raison, des outils facilitant les choix sont nécessaires. * C5: Automatisation du déploiement des VMIs Plusieurs opérations du processus d'approvisionnement sont très complexes. L'automatisation de ces opérations peut réduire le temps de déploiement et les erreurs. * C6: Support de la reconfiguration de VMIs pendant leurs exécutions Un des caractéristiques importantes de cloud computing est de fournir des services à la demande. Puisque les demandes évoluent pendant l'exécution des VMIs, les systèmes de cloud devraient aussi s'adapter à ces évolutions des demandes. * C7: Gestion de la topologie de déploiement de VMIs Le déploiement de VMIs ne doit pas seulement tenir en compte multiple VMIs avec la même configuration, mais aussi le cas de multiple VMIs ayant différentes configurations. De plus, le déploiement de VMIs pourrait être réalisé sur différentes plateformes de cloud quand le fournisseur de service accepte une infrastructure d'un autre fournisseur Afin d'adresser ces défis, nous considérons trois problèmes clés pour le déploiement du processus d'approvisionnement de VMIs: 1. Besoin d'un niveau d'abstraction pour la gestion de configurations de VMIs: Une approche appropriée devrait fournir un haut niveau d'abstraction pour la modélisation et la gestion des configurations des VMIs avec leurs packages et les dépendances entre ces packages. Cette abstraction permet aux ingénieurs experts des fournisseurs de services de cloud à spécifier la famille de produits de configurations de VMIs. Elle facilite aussi l'analyse et la modélisation de la similitude et de la variabilité des configurations de VMIs, ainsi que la création des VMIs valides et cohérentes. 2. Besoin d'un niveau d'abstraction pour le processus de déploiement de VMIs: Une ap- proche appropriée pour l'approvisionnement de VMIs devrait fournir une abstraction du processus de déploiement. 3. Besoin d'un processus de déploiement et de reconfiguration automatique: Une approche appropriée devrait fournir une abstraction du processus de déploiement et de reconfigura- tion automatique. Cette abstraction facilite la spécification, l'analyse, et la modélisation la modularité du processus. De plus, l'approche devrait supporter l'automatisation afin de réduire les tâches manuelles qui sont couteuses en terme de performance et contiennent potentiellement des erreurs.

The main contribution of this thesis consists on the proposition and development a Model-driven Engineering (MDE) framework, in tandem with a component-based approach, for facilitating the design and implementation of Dynamic Partially Reconfigurable (DPR) Systems-on-Chip. The proposed methodology has been constructed around the Metadata-based Composition Framework paradigm, and based on common standards such as UML MARTE and the IEEE IP-XACT standard, an XML representation used for storing metadata about the IPs to be reused and of the platforms to be obtained at high-levels of abstraction. In fact, a componentizing process enables us to reuse the IP blocks, in UML MARTE, by wrapping them with PLB (static IPs) and proprietary (DPR blocks) interfaces. This is attained by reflecting the associated IP metadata to IP-XACT descriptions, and then to UML MARTE templates (IP reuse). Subsequently, these IP templates are used for composing a DPR model that can be exploited to create a Xilinx Platform Studio FPGA-design, through model transformations. The IP reflection and system generation chains were developed using Sodius MDWorkbench, an MDE tool conceived for the creation and manipulation of models and their meta-models, as well as the definition and execution of the associated transformation rules.

Nowadays, software systems are getting more and more complex. To tackle this challenge most diverse techniques, such as design patterns, service oriented architectures (SOA), software development processes, and model-driven engineering (MDE), are used to improve productivity, while time to market and quality of the products stay stable. Multiple of these techniques are used in parallel to profit from their benefits. While the use of sophisticated software development processes is standard, today, MDE is just adopted in practice. However, research has shown that the application of MDE is not always successful. It is not fully understood when advantages of MDE can be used and to what degree MDE can also be disadvantageous for productivity. Further, when combining different techniques that aim to affect the same factor (e.g. productivity) the question arises whether these techniques really complement each other or, in contrast, compensate their effects. Due to that, there is the concrete question how MDE and other techniques, such as software development process, are interrelated. Both aspects (advantages and disadvantages for productivity as well as the interrelation to other techniques) need to be understood to identify risks relating to the productivity impact of MDE. Before studying MDE's impact on productivity, it is necessary to investigate the range of validity that can be reached for the results. This includes two questions. First, there is the question whether MDE's impact on productivity is similar for all approaches of adopting MDE in practice. Second, there is the question whether MDE's impact on productivity for an approach of using MDE in practice remains stable over time. The answers for both questions are crucial for handling risks of MDE, but also for the design of future studies on MDE success. This thesis addresses these questions with the goal to support adoption of MDE in future. To enable a differentiated discussion about MDE, the term MDE setting'' is introduced. MDE setting refers to the applied technical setting, i.e. the employed manual and automated activities, artifacts, languages, and tools. An MDE setting's possible impact on productivity is studied with a focus on changeability and the interrelation to software development processes. This is done by introducing a taxonomy of changeability concerns that might be affected by an MDE setting. Further, three MDE traits are identified and it is studied for which manifestations of these MDE traits software development processes are impacted. To enable the assessment and evaluation of an MDE setting's impacts, the Software Manufacture Model language is introduced. This is a process modeling language that allows to reason about how relations between (modeling) artifacts (e.g. models or code files) change during application of manual or automated development activities. On that basis, risk analysis techniques are provided. These techniques allow identifying changeability risks and assessing the manifestations of the MDE traits (and with it an MDE setting's impact on software development processes). To address the range of validity, MDE settings from practice and their evolution histories were capture in context of this thesis. First, this data is used to show that MDE settings cover the whole spectrum concerning their impact on changeability or interrelation to software development processes. Neither it is seldom that MDE settings are neutral for processes nor is it seldom that MDE settings have impact on processes. Similarly, the impact on changeability differs relevantly. Second, a taxonomy of evolution of MDE settings is introduced. In that context it is discussed to what extent different types of changes on an MDE setting can influence this MDE setting's impact on changeability and the interrelation to processes. The category of structural evolution, which can change these characteristics of an MDE setting, is identified. The captured MDE settings from practice are used to show that structural evolution exists and is common. In addition, some examples of structural evolution steps are collected that actually led to a change in the characteristics of the respective MDE settings. Two implications are: First, the assessed diversity of MDE settings evaluates the need for the analysis techniques that shall be presented in this thesis. Second, evolution is one explanation for the diversity of MDE settings in practice. To summarize, this thesis studies the nature and evolution of MDE settings in practice. As a result support for the adoption of MDE settings is provided in form of techniques for the identification of risks relating to productivity impacts. / Um die steigende Komplexität von Softwaresystemen beherrschen zu können, werden heutzutage unterschiedlichste Techniken gemeinsam eingesetzt. Beispiele sind, Design Pattern, Serviceorientierte Architekturen, Softwareentwicklungsprozesse oder modellgetriebene Entwicklung (MDE). Ziel dabei ist die Erhöhung der Produktivität, so dass Entwicklungsdauer und Qualität stabil bleiben können. Während hoch entwickelte Softwareentwicklungsprozesse heute schon standardmäßig genutzt werden, fangen Firmen gerade erst an MDE einzusetzen. Jedoch zeigen Studien, dass der erhoffte Erfolg von MDE nicht jedes Mal eintritt. So scheint es, dass noch kein ausreichendes Verständnis dafür existiert, inwiefern MDE auch Nachteile für die Produktivität bergen kann. Zusätzlich ist bei der Kombination von unterschiedlichen Techniken damit zu rechnen, dass die erreichten Effekte sich gegenseitig negieren anstatt sich zu ergänzen. Hier entsteht die Frage wie MDE und andere Techniken, wie Softwareentwicklungsprozesse, zusammenwirken. Beide Aspekte, der direkte Einfluss auf Produktivität und die Wechselwirkung mit anderen Techniken, müssen aber verstanden werden um den Risiken für den Produktivitätseinfluss von MDE zu identifizieren. Außerdem, muss auch die Generalisierbarkeit dieser Aspekte untersucht werden. Das betrifft die Fragen, ob der Produktivitätseinfluss bei jedem Einsatz von MDE gleich ist und ob der Produktivitätseinfluss über die Zeit stabil bleibt. Beide Fragen sind entscheidend, will man geeignete Risikobehandlung ermöglichen oder künftige Studien zum Erfolg von MDE planen. Diese Dissertation widmet sich der genannten Fragen. Dafür wird zuerst der Begriff MDE Setting'' eingeführt um eine differenzierte Betrachtung von MDE-Verwendungen zu ermöglichen. Ein MDE Setting ist dabei der technische Aufbau, inklusive manueller und automatische Aktivitäten, Artefakten, Sprachen und Werkzeugen. Welche Produktivitätseinflüsse von MDE Settings möglich sind, wird in der Dissertation mit Fokus auf Änderbarkeit und die Wechselwirkung mit Softwareentwicklungsprozessen betrachtet. Dafür wird einerseits eine Taxonomie von Changeability Concerns'' (potentiell betroffene Aspekte von Änderbarkeit) vorgestellt. Zusätzlich, werden drei MDE Traits'' (Charakteristika von MDE Settings die unterschiedlich ausgeprägt sein können) identifiziert. Es wird untersucht welche Ausprägungen dieser MDE Traits Einfluss auf Softwareentwicklungsprozesse haben können. Um die Erfassung und Bewertung dieser Einflüsse zu ermöglichen wird die Software Manufaktur Modell Sprache eingeführt. Diese Prozessmodellierungssprache ermöglicht eine Beschreibung, der Veränderungen von Artefaktbeziehungen während der Anwendung von Aktivitäten (z.B. Codegenerierung). Weiter werden auf Basis dieser Modelle, Analysetechniken eingeführt. Diese Analysetechniken erlauben es Risiken für bestimmte Changeability Concerns aufzudecken sowie die Ausprägung von MDE Traits zu erfassen (und damit den Einfluss auf Softwareentwicklungsprozesse). Um die Generalisierbarkeit der Ergebnisse zu studieren, wurden im Rahmen der Arbeit mehrere MDE Settings aus der Praxis sowie teilweise deren Evolutionshistorien erhoben. Daran wird gezeigt, dass MDE Settings sich in einem breiten Spektrum von Einflüssen auf Änderbarkeit und Prozesse bewegen. So ist es weder selten, dass ein MDE Setting neutral für Prozesse ist, noch, dass ein MDE Setting Einschränkungen für einen Prozess impliziert. Ähnlich breit gestreut ist der Einfluss auf die Änderbarkeit.Zusätzlich, wird diskutiert, inwiefern unterschiedliche Evolutionstypen den Einfluss eines MDE Settings auf Änderbarkeit und Prozesse verändern können. Diese Diskussion führt zur Identifikation der strukturellen Evolution'', die sich stark auf die genannten Charakteristika eines MDE Settings auswirken kann. Mithilfe der erfassten MDE Settings, wird gezeigt, dass strukturelle Evolution in der Praxis üblich ist. Schließlich, werden Beispiele aufgedeckt bei denen strukturelle Evolutionsschritte tatsächlich zu einer Änderung der Charakteristika des betreffenden MDE Settings geführt haben. Einerseits bestärkt die ermittelte Vielfalt den Bedarf nach Analysetechniken, wie sie in dieser Dissertation eingeführt werden. Zum Anderen erscheint es nun, dass Evolution zumindest zum Teil die unterschiedlichen Ausprägungen von MDE Settings erklärt. Zusammenfassend wird studiert wie MDE Settings und deren Evolution in der Praxis ausgeprägt sind. Als Ergebnis, werden Techniken zur Identifikation von Risiken für Produktivitätseinflüsse bereitgestellt um den Einsatz von MDE Settings zu unterstützen.

The multiplication of software environments supporting DEVS Modeling & Simulation is becoming a hindrance to scientific collaboration. Indeed, the use of disparate tools in the community makes the exchange, reuse and comparison of models very difficult, preventing practitioners from building on previous works to devise models of ever-increasing complexity. Tool interoperability is not the only issue raised by the need for models of higher and higher complexity. As models grow, their development becomes more error-prone, and their simulation becomes more resource-consuming. Consequently, it is necessary to devise techniques for improving simulators performance and for providing thorough model verification to assist the practitioner during model design. In this thesis, we propose two innovative approaches for DEVS Modeling & Simulation that tackle the aforementioned issues. The first contribution described in this document is a model-driven environment for modeling systems with the DEVS formalism, named SimStudio. This environment relies on Model-Driven Engineering to provide a high-level framework where practitioners can create, edit and visualize models, and automatically generate multiple artifacts, most notably model specifications compatible with various DEVS simulators. The core of SimStudio is a platform-independent metamodel of the DEVS formalism, which provides a pivot format for DEVS models. Based on this metamodel, we developed several model verification features as well as many model transformations that can be used to automatically generate documentation, diagrams or code targeting various DEVS platforms. Thus, SimStudio gives a proof of concept of the integration capabilities that a DEVS standard would provide; as a matter of fact, the metamodel presented in this thesis could possibly serve as a basis for such a standard. The second contribution of this thesis is DEVS-MetaSimulator (DEVS-MS), a DEVS library relying on metaprogramming to generate simulation executables that are specialized and optimized for the model they handle. To do so, the library performs many computations during compilation, resulting in a simulation code where most overhead have been eliminated. The tests we conducted showed that the generated programs were very efficient, but the performance gain is not the only feature of DEVS-MS. Indeed, through metaprogramming, DEVS-MS can also assert the correctness of models by verifying model characteristics at compile-time, detecting and reporting modeling errors very early in the development cycle and with better confidence than what could be achieved with classical testing.

Non-functional requirements such as Security and Dependability (S&D) become more and more important as well as more and more difficult to achieve, particularly in embedded systems development. Such systems come with a large number of common characteristics, including real-time and temperature constraints, security and dependability as well as efficiency requirements. In particular, the development of Resource Constrained Embedded Systems (RCES) has to address constraints regarding memory, computational processing power and/or energy consumption. In this work, we propose a modeling environment which associates model-driven paradigm and a model-based repository, to support the design and the packaging of S&D patterns, resource models and their property models. The approach is based on a set of modeling languages coupled with a model-repository, search and instantiation engines towards specific development environments. These modeling languages allow to specify patterns, resources and a set of property models. These property models will allow to govern the use of patterns and their analysis for reuse. In addition, we propose a specification and generation process of repositories. As part of the assistance for the development of S&D applications, we have implemented a suite of tool-chain based on the Eclipse platform to support the different activities around the repository, including the analysis activities. The proposed solutions were evaluated in the TERESA project through a case study from the railway domain.

Atualmente, o projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos está crescendo em complexidade devido à sua natureza heterogênea e ao crescente número e diversidade de funções que um único sistema desempenha. Sistemas de automação industrial, sistemas eletrônicos em automóveis e veículos aéreos, equipamentos médicos, entre outros, são exemplos de tais sistemas. Tais sistemas são compostos por componentes distintos (blocos de hardware e software), os quais geralmente são projetados concorrentemente utilizando modelos, ferramentas e linguagens de especificação e implementação diferentes. Além disso, estes sistemas tem requisitos específicos e importantes, os quais não representam (por si só) as funcionalidades esperadas do sistema, mas podem afetar a forma como o sistema executa suas funcionalidades e são muito importantes para a realização do projeto com sucesso. Os chamados requisitos não-funcionais são difíceis de tratar durante todo o ciclo de projeto porque normalmente um único requisito não-funcional afeta vários componentes diferentes. A presente tese de doutorado propõe a integração automatizada das fases de projeto de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos focando em aplicações na área da automação. A abordagem proposta usa técnicas de engenharia guiada por modelos (do inglês Model Driven Engineering ou MDE) e projeto orientado a aspectos (do inglês Aspect-Oriented Design ou AOD) juntamente com o uso de plataformas previamente desenvolvidas (ou desenvolvida por terceiros) para projetar os componentes de sistemas tempo-real embarcados e distribuídos. Adicionalmente, os conceitos de AOD permitem a separação no tratamento dos requisitos de naturezas diferentes (i.e. requisitos funcionais e não-funcionais), melhorando a modularização dos artefatos produzidos (e.g. modelos de especificação, código fonte, etc.). Além disso, esta tese propõe uma ferramenta de geração de código, que suporta a transição automática das fases iniciais de especificação para as fases seguintes de implementação. Esta ferramenta usa um conjunto de regras de mapeamento, que descrevem como elementos nos níveis mais altos de abstração são mapeados (ou transformados) em elementos dos níveis mais baixos de abstração. Em outras palavras, tais regras de mapeamento permitem a transformação automática da especificação inicial, as quais estão mais próximo do domínio da aplicação, em código fonte para os componentes de hardware e software, os quais podem ser compilados e sintetizados por outras ferramentas para se obter a realização/implementação do sistema tempo-real embarcado e distribuído. / Currently, the design of distributed embedded real-time systems is growing in complexity due to the increasing amount of distinct functionalities that a single system must perform, and also to concerns related to designing different kinds of components. Industrial automation systems, embedded electronics systems in automobiles or aerial vehicles, medical equipments and others are examples of such systems, which includes distinct components (e.g. hardware and software ones) that are usually designed concurrently using distinct models, tools, specification, and implementation languages. Moreover, these systems have domain specific and important requirements, which do not represent by themselves the expected functionalities, but can affect both the way that the system performs its functionalities as well as the overall design success. The so-called nonfunctional requirements are difficult to deal with during the whole design because usually a single non-functional requirement affects several distinct components. This thesis proposes an automated integration of distributed embedded real-time systems design phases focusing on automation systems. The proposed approach uses Model- Driven Engineering (MDE) techniques together with Aspect-Oriented Design (AOD) and previously developed (or third party) hardware and software platforms to design the components of distributed embedded real-time systems. Additionally, AOD concepts allow a separate handling of requirement with distinct natures (i.e. functional and non-functional requirements), improving the produced artifacts modularization (e.g. specification model, source code, etc.). In addition, this thesis proposes a code generation tool, which supports an automatic transition from the initial specification phases to the following implementation phases. This tool uses a set of mapping rules, describing how elements at higher abstraction levels are mapped (or transformed) into lower abstraction level elements. In other words, suchmapping rules allow an automatic transformation of the initial specification, which is closer to the application domain, in source code for software and hardware components that can be compiled or synthesized by other tools, obtaining the realization/ implementation of the distributed embedded real-time system.

Grâce à sa promesse de réduire les efforts de développement et maintenance du logiciel, l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) attire de plus en plus les acteurs industriels. En effet, elle a été adoptée avec succès dans plusieurs domaines tels que le génie civil, l’industrie automobile et la modernisation de logiciels.Toutefois, la taille croissante des modèles utilisés nécessite de concevoir des solutions passant à l’échelle afin de les traiter (transformer), et stocker (persister) de manière efficace. Une façon de pallier cette problématique est d’utiliser les systèmes et les bases de données répartis. D’une part, les paradigmes de programmation distribuée tels que MapReduce et Pregel peuvent simplifier la distribution de transformations des modèles (TM). Et d’autre part, l’avènement des base de données NoSQL permet le stockage efficace des modèles d’une manière distribuée. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche pour la transformation ainsi que pour la persistance de grands modèles.Nous nous basons d’un côté, sur le haut niveau d’abstraction fourni par les langages déclaratifs (relationnels) de transformation et d’un autre côté, sur la sémantique bien définie des paradigmes existants de programmation distribués, afin de livrer un moteur distribué de TM. La distribution est implicite et la syntaxe du langage n’est pas modifiée (aucune primitive de parallélisation n’est ajoutée). Nous étendons cette solution avec un algorithme efficace de distribution de modèles qui se base sur l’analyse statique des transformations et sur résultats récents sur le partitionnement équilibré des graphes. Nous avons appliqué notre approche à ATL, un langage relationnel de TM et MapReduce, un paradigme de programmation distribué. Finalement, nous proposons une solution pour stocker des modèles à l’aide de bases de données NoSQL, en particulier au travers d’un cadre d’applications de persistance répartie. / Model-Driven Engineering (MDE) is gaining ground in industrial environments, thanks to its promise of lowering software development and maintenance effort. It has been adopted with success in producing software for several domains like civil engineering, car manufacturing and modernization of legacy software systems. As the models that need to be handled in model-driven engineering grow in scale, it became necessary to design scalable algorithms for model transformation (MT) as well as well-suitable persistence frameworks. One way to cope with these issues is to exploit the wide availability of distributed clusters in the Cloud for the distributed execution of model transformations and their persistence. On one hand, programming models such as MapReduce and Pregel may simplify the development of distributed model transformations. On the other hand, the availability of different categories of NoSQL databases may help to store efficiently the models. However, because of the dense interconnectivity of models and the complexity of transformation logics, scalability in distributed model processing is challenging. In this thesis, we propose our approach for scalable model transformation and persistence. We exploit the high-level of abstraction of relational MT languages and the well-defined semantics of existing distributed programming models to provide a relational model transformation engine with implicit distributed execution. The syntax of the MT language is not modified and no primitive for distribution is added. Hence developers are not required to have any acquaintance with distributed programming.We extend this approach with an efficient model distribution algorithm, based on the analysis of relational model transformation and recent results on balanced partitioning of streaming graphs. We applied our approach to a popular MT language, ATL, on top of a well-known distributed programming model, MapReduce. Finally, we propose a multi-persistence backend for manipulating and storing models in NoSQL databases according to the modeling scenario. Especially, we focus on decentralized model persistence for distributed model transformations.

L’avènement de l’IDM (Ingénierie Dirigée par les Modèles) a suscité beaucoup d’intérêt de la part des organisations qui de fait commencent à transformer leur processus de développement traditionnel en un processus de développement dirigé par les modèles, appelé aussi processus IDM.Au moment où ces processus commencent à émerger, nous notons l’absence d’un langage dédié pour les modéliser et les mettre en œuvre. Le standard SPEM 2.0 propose des concepts génériques qui sont supposés être capables de décrire tout type de processus logiciel. Cependant, les concepts de SPEM ne capturent pas la nature exacte des processus IDM. D’autre part, une autre insuffisance majeure de SPEM réside dans le fait qu’il n’intègre pas les concepts relatifs à la mise en œuvre des processus.L’objectif de cette thèse est triple : (1) proposer une extension de SPEM dans laquelle les concepts centraux des processus IDM sont réifiés ; (2) proposer un langage dédié à la modélisation comportementale des processus IDM ; (3) proposer une architecture conceptuelle d’un environnement logiciel d’aide à la modélisation et à la mise en œuvre des processus IDM.Pour valider notre approche, un prototype a été développé sous l’environnement TOPCASED. Ce prototype fournit d’une part un éditeur graphique pour la modélisation structurelle et comportementale des processus IDM et d’autre part un environnement de mise en œuvre s’appuyant sur les modèles comportementaux des processus. Nous avons également appliqué notre approche à une étude de cas significatif: le processus UWE (UML-based Web Engineering), qui est un processus IDM dédié au développement d’applications web. / With the emergence of MDE, many organizations have been starting to transform their traditional software development processes into model-driven processes. Kleppe and al. define a model-driven software development as “a process of developing software using different models on different levels of abstraction with (automated) transformations between these models”.While model-driven development processes – called MDE processes – have started to appear, a tool-supported Process Modeling Language (PML) for describing and enacting such processes is still lacking. The concepts of SPEM 2.0 are quite generic since they are supposed to allow describing any kind of software. However, SPEM 2.0 concepts do not succeed in capturing the exact nature of most activities and artifacts of model-driven development. In addition, another major weakness of SPEM 2.0 is the lack of concepts for process enactment.The objective of this thesis is threefold: (1) provide an extension of SPEM that reifies the MDE concepts; (2) provide a language dedicated to behavioral modeling of MDE processes; (3) provide a conceptual architecture of a PSEE (Process-centered Software Engineering Environment) that guides process designer at modeling phase and developers at enactment time.To validate our approach, a prototype of this PSEE is developed under the TOPCASED environment. This prototype provides a graphical editor for structural and behavioral modeling of MDE processes, and a process enactment engine based on process behavior models. We have also applied our approach to a significant case study: the UWE (UML-based Web Engineering) process, which is a MDE process dedicated to web applications development.

Les activités de validation et vérification de modèles sont devenues essentielles dans le développement de systèmes complexes. Les efforts de formalisation de ces activités se sont multipliés récemment étant donné leur importance pour les systèmes embarqués critiques. Notre travail s’inscrit principalement dans cette voie. Nous abordons deux visions complémentaires pour traiter cette problématique. La première est une description syntaxique implicite macroscopique basée sur une ontologie pour aider les concepteurs dans le choix des outils selon leurs exigences. La seconde est une description sémantique explicite microscopique pour faciliter la construction de techniques de vérification compositionnelles. Nous proposons dans la première partie de cette thèse une ontologie pour expliquer et expliciter les éléments fondateurs du domaine que nous appelons VVO. Cette ontologie pourra avoir plusieurs autres utilisations : une base de connaissance, un outil de formation ou aussi un support pour le choix de la méthode à appliquer et l’inférence de correspondance entre outils. Nous nous intéressons dans la seconde partie de cette thèse à une formalisation dans un assistant à la preuve de l’introduction de composants dans un langage de modélisation et des liens avec les activités de validation et vérification. Le but est d’étudier la préservation des propriétés par composition : les activités de vérification sont généralement coûteuses en terme de temps et d’effort, les faire d’une façon compositionnelle est très avantageux. Nous partons de l’atelier formel pour l’Ingénierie Dirigée par les Modèles Coq4MDE. Nous suivons la même ligne directrice de développement prouvé pour formaliser des opérateurs de composition et étudier la conservation des propriétés par assemblage. Nous nous intéressons au typage puis à la conformité de modèles par rapport au métamodèle et nous vérifions que les opérateurs définis permettent de conserver ces propriétés. Nous nous focalisons sur l’étude d’opérateurs élémentaires que nous exploitons pour spécifier des opérateurs de plus haut niveau. Les préconditions des opérateurs représentent les activités de vérification non compositionnelles qui doivent être effectuées en plus de la vérification des composants pour assurer la postcondition des opérateurs qui est la propriété souhaitée. Nous concluons en présentant des perspectives pour une formalisation algébrique en théorie des catégories. / The validation and verification of models have become essential in the development of complex systems. The formalisation efforts for these activities have increased recently being given their importance for critical embedded systems. We discuss two complementary visions for addressing these issues. The first is a syntactic implicit macroscopic description based on an ontology to help designers in the choice of tools depending on their requirements. The second is a microscopic explicit semantics description aiming to facilitate the construction of compositional verification techniques. We propose in the first part of this thesis an ontology to explain and clarify the basic elements of the domain of Verification and Validation that we call VVO. This ontology may have several other uses: a knowledge base, a training tool or a support for the choice of the method to be applied and to infer correspondence between tools. We are interested in the second part of this thesis in a formalisation using a proof assistant for the introduction of components in a modelling language and their links with verification and validation activities. The aim is to study the preservation of properties by the composition activities. The verification are generally expensive in terms of time and efforts, making theme in a compositional way is very advantageous. Starting from the formal framework for Model Driven Engineering COQ4MDE, we follow the same line of though to formalize the composition operators and to study the conservation of properties by composition. We are interested in typing and conformity of models in relation with metamodels and we verify that the defined operators allow to preserve these properties. We focus on the study of elementary operators that we use to specify hight level operators. The preconditions for the operators represent the non-compositional verification activities that should be performed in addition to verification of components to ensure the desired postcondition of the operator. We conclude by studying algebraic formalisation using concepts from category theory.