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Le contexte de recherche de cette thèse est le développement d'outils informatiques dans un cadre interculturel. La thèse prend comme cas d'étude le peuple nasa, aborigène de Colombie conservant d'importantes caractéristiques culturelles. La problématique de recherche est née à partir des différences culturelles entre ce peuple rural et la société productrice des dispositifs informatiques. Les processus d'adaptation culturelle se concentrent en général sur la traduction textuelle et sur des éléments faciles à étudier. Cependant, la culture est implicite dans une large gamme d'aspects de la conception et utilisation d'un système informatique. Par exemple, la métaphore du bureau est basée sur des éléments typiques d'un environnement de travail urbain. Toutefois, les dossiers, fichiers et autres composants de l'interface sont moins courants dans le contexte nasa. Cette thèse réalise deux contributions majeures. Premièrement, un modèle culturel qui aide à l'étude de caractéristiques socioculturelles importantes dans le développement d'outils informatiques (la langue, l'environnement et la technologie, l'organisation sociale, la structuration de l'espace, et les signes non-linguistiques). Deuxièmement, une méthode de description de conception intégrant les caractéristiques culturelles à des patrons de conception. Ceux-ci rendent possible la représentation de l'influence de la culture sur la production d'un outil. Ces contributions ont été appliquées dans le contexte nasa et deux outils ont été mis en oeuvre dans deux écoles en suivant une méthode de conception participative. Un catalogue initial de patrons décrit la résolution de différents problèmes de conception.

La recherche en génie logiciel a depuis longtemps tenté de mieux comprendre le processus de développement logiciel, minimalement, pour en reproduire les bonnes pratiques, et idéalement, pour pouvoir le mécaniser. On peut identifier deux approches majeures pour caractériser le processus. La première approche, dite transformationnelle, perçoit le processus comme une séquence de transformations préservant certaines propriétés des données à l’entrée. Cette idée a été récemment reprise par l’architecture dirigée par les modèles de l’OMG. La deuxième approche consiste à répertorier et à codifier des solutions éprouvées à des problèmes récurrents. Les recherches sur les styles architecturaux, les patrons de conception, ou les cadres d’applications s’inscrivent dans cette approche. Notre travail de recherche reconnaît la complémentarité des deux approches, notamment pour l’étape de conception: dans le cadre du développement dirigé par les modèles, nous percevons l’étape de conception comme l’application de patrons de solutions aux modèles reçus en entrée. Il est coutume de définir l’étape de conception en termes de conception architecturale, et conception détaillée. La conception architecturale se préoccupe d’organiser un logiciel en composants répondant à un ensemble d’exigences non-fonctionnelles, alors que la conception détaillée se préoccupe, en quelque sorte, du contenu de ces composants. La conception architecturale s’appuie sur des styles architecturaux qui sont des principes d’organisation permettant d’optimiser certaines qualités, alors que la conception détaillée s’appuie sur des patrons de conception pour attribuer les responsabilités aux classes. Les styles architecturaux et les patrons de conception sont des artefacts qui codifient des solutions éprouvées à des problèmes récurrents de conception. Alors que ces artefacts sont bien documentés, la décision de les appliquer reste essentiellement manuelle. De plus, les outils proposés n’offrent pas un support adéquat pour les appliquer à des modèles existants. Dans cette thèse, nous nous attaquons à la conception détaillée, et plus particulièrement, à la transformation de modèles par application de patrons de conception, en partie parce que les patrons de conception sont moins complexes, et en partie parce que l’implémentation des styles architecturaux passe souvent par les patrons de conception. Ainsi, nous proposons une approche pour représenter et appliquer les patrons de conception. Notre approche se base sur la représentation explicite des problèmes résolus par ces patrons. En effet, la représentation explicite du problème résolu par un patron permet : (1) de mieux comprendre le patron, (2) de reconnaître l’opportunité d’appliquer le patron en détectant une instance de la représentation du problème dans les modèles du système considéré, et (3) d’automatiser l’application du patron en la représentant, de façon déclarative, par une transformation d’une instance du problème en une instance de la solution. Pour vérifier et valider notre approche, nous l’avons utilisée pour représenter et appliquer différents patrons de conception et nous avons effectué des tests pratiques sur des modèles générés à partir de logiciels libres. / Software engineering researchers have long tried to understand the software process development to mechanize it or at least to codify its good practices. We identify two major approaches to characterize the process. The first approach—known as transformational—sees the process as a sequence of property-preserving transformations. This idea was recently adopted by the OMG’s model-driven architecture (MDA). The second approach consists in identifying and codifying proven solutions to recurring problems. Research on architectural styles, frameworks and design patterns are part of this approach. Our research recognizes the complementarity of these two approaches, in particular in the design step. Indeed within the model-driven development context, we view software design as the process of applying codified solution patterns to input models. Software design is typically defined in terms of architectural design and detailed design. Architectural design aims at organizing the software in modules or components that meet a set of non-functional requirements while detailed design is—in some way—concerned by the contents of the identified components. Architectural design relies on architectural styles which are principles of organization to optimize certain quality requirements, whereas detailed design relies on design patterns to assign responsibilities to classes. Both architectural styles and design patterns are design artifacts that encode proven solutions to recurring design problems. While these design artifacts are documented, the decision to apply them remains essentially manual. Besides, once a decision has been made to use a design artifact, there is no adequate support to apply it to existing models. As design patterns present an ‘‘easier’’ problem to solve, and because architectural styles implementation relies on design patterns, our strategy for addressing these issues was to try to solve the problem for design patterns first, and then tackle architectural styles. Hence, in this thesis, we propose an approach for representing and applying design patterns. Our approach is based on an explicit representation of the problems solved by design patterns. Indeed, and explicit representation of the problem solved by a pattern enables to: 1) better understand the pattern, 2) recognize the opportunity of applying the pattern by matching the representation of the problem against the models of the considered system, and 3) specify declaratively the application of the pattern as a transformation of an instance of the problem into an instance of the solution. To verify and validate the proposed approach, we used it to represent and apply several design patterns. We also conducted practical tests on models generated from open source systems.

Le travail de thèse présente une méthode de développement de systèmes automatisés basée sur les méthodes formelles B et TLA+. Le développement par raffinement est au cœur de la méthode proposée. Un système automatisé est modélisé par deux composants, un contrôlé formé par le dispositif physique et son environnement et un contrôleur pilotant ce dernier. Il est exprimé par un produit synchronisé sur les actions de ces deux composants. La première contribution de la thèse concerne la proposition d'une approche qui combine le B événementiel et le langage de modélisation TLA+ pour la vérification des propriétés de vivacité. Nous définissons une extension syntaxique et sémantique du B événementiel permettant d'exprimer des propriétés de vivacité. Nous développons un prototype pour la transformation d'un modèle B en un module TLA+ sur lequel nous effectuons la preuve des propriétés de vivacité avec le model checker TLC. Pour la vérification de ce type de propriétés sur des systèmes infinis, nous proposons l'utilisation des diagrammes de prédicats qui sont des abstractions des systèmes modélisés en TLA+. La deuxième contribution est la proposition d'une technique pour représenter explicitement le temps en B événementiel. Cette technique s'appuie sur la réalisation d'un entrelacement entre un processus qui gère le temps avec les autres processus du système. Le temps modélisé est discret et son écoulement est modélisé par des événements. Cette approche est assez différente des systèmes temporisés où l'on considère que le temps s'écoule indépendamment du système. Dans la troisième contribution, nous proposons une approche de développement des systèmes automatisés en utilisant la technique de composition où il s'agit de développer conjointement le contrôleur et le composant physique qu'il contrôle et appliquer le raffinement aussi bien sur le contrôleur que le contrôlé. Le raffinement est une technique de base des méthodes que nous proposons et si notre objectif est de construire des contrôleurs corrects, le critère de correction porte sur le comportement du système automatisé qui résulte de la composition du contrôleur et du contrôlé. Nous présentons également un théorème de compositionnalité qui indique sous quelles conditions il est possible de déduire que le composé des raffinements des contrôleur et contrôlé est un raffinement du composé des contrôleur et contrôlé abstraits. La dernière contribution porte sur la définition, la preuve et l'utilisation d'un patron de raffinement pour les processus continus dans des systèmes de production manufacturière. Ce type de patron prouvé permet d'utiliser l'abstraction discrète de l'effet d'un processus continu agissant pendant un certain temps / This thesis deals with the development of automated systems while following the formal methods B and TLA+. We propose a formal methodology based on the refinement paradigm to specify and verify the system that we model by two components: the controlled system representing the physical device and its environment, and the controller that controls the system. A synchronised product on the actions of these two components is applied to specify the automated system. As a first contribution, we propose an approach combining the event B method and the language TLA+ in order to verify liveness properties defined in user requirements. Inspired by the temporal logic of actions TLA, we first extend the event B notation to specify liveness properties and we give semantics of this extended syntax over traces. Second, we give transformation rules from a temporal B model into a TLA+ module. We present, in particular, our prototype system called B2TLA+, that we have developed to support this transformation. To consider infinite systems, we use predicate diagrams as abstractions of systems modelled with TLA+. To consider the real-time concept in automated systems, we propose as a second contribution a technique explicitly representing time in B event systems. This technique is based on an interleaving between any event handling time and the other system events. By considering the well known co-design technique, we propose as a third contribution a refinement-based composition technique keeping a separation between controller and controlled systems in order to build correct automated systems satisfying user requirements. We prove a compositionality theorem with respect to refinement to get an efficient approach to verify the refinement of a synchronized composition between components. We verify the refinement of a synchronized composition by verifying separately the refinement of each component. Finally, we define, prove and use in a case study as a fourth contribution the concept of a refinement pattern for continuous processes in manufacturing systems. Such proven pattern allows us to use the discrete abstraction of the effect of continuous processes operating for a while

L'objectif de cette thèse est d'examiner comment les technologies orientées-objet peuvent apporter aux applications scientifiques tout ce qu'elles ont apporté dans la programmation des machines séquentielles: une meilleure réutilisabilité et pérennité des codes, des démarches méthodologiques de conception et de réalisation claires... La contrainte du calcul scientifique parallèle de ne pas sacrifier les performances devant être respectée.<br /><br />Après une revue des moyens de programmation parallèle et des<br />concepts objets, la conception et la réalisation d'une bibliothèque parallèle d'algèbre linéaire orientée-objet sont présentées. Nous étudions deux moyens de programmation parallèle, le premier, C++//, est un LAO parallèle à objets actifs dérivé de C++, le second est l'utilisation de MPI au travers d'une surcouche objet minimale.<br />Ces deux approches objets posent des problèmes soit de performances soit de réutilisabilité séquentielle/parallèle qui sont présentés et résolus.<br /><br />Nous proposons notamment un mécanisme simple de partage en lecture pour les modèles à objets actifs, en montrant son utilité en terme de performances de nos applications. Suite à la seconde approche nous définissons les notions de formes de matrices et de matrices avec forme qui permettent d'atteindre nos objectifs de réutilisabilité séquentielle/parallèle.<br /><br />Au final, la conception et la réalisation permettent d'instancier, à partir du même code [séquentiel] d'algèbre linéaire, une version séquentielle et parallèle offrant des performances satisfaisantes.

La recherche en génie logiciel a depuis longtemps tenté de mieux comprendre le processus de développement logiciel, minimalement, pour en reproduire les bonnes pratiques, et idéalement, pour pouvoir le mécaniser. On peut identifier deux approches majeures pour caractériser le processus. La première approche, dite transformationnelle, perçoit le processus comme une séquence de transformations préservant certaines propriétés des données à l’entrée. Cette idée a été récemment reprise par l’architecture dirigée par les modèles de l’OMG. La deuxième approche consiste à répertorier et à codifier des solutions éprouvées à des problèmes récurrents. Les recherches sur les styles architecturaux, les patrons de conception, ou les cadres d’applications s’inscrivent dans cette approche. Notre travail de recherche reconnaît la complémentarité des deux approches, notamment pour l’étape de conception: dans le cadre du développement dirigé par les modèles, nous percevons l’étape de conception comme l’application de patrons de solutions aux modèles reçus en entrée. Il est coutume de définir l’étape de conception en termes de conception architecturale, et conception détaillée. La conception architecturale se préoccupe d’organiser un logiciel en composants répondant à un ensemble d’exigences non-fonctionnelles, alors que la conception détaillée se préoccupe, en quelque sorte, du contenu de ces composants. La conception architecturale s’appuie sur des styles architecturaux qui sont des principes d’organisation permettant d’optimiser certaines qualités, alors que la conception détaillée s’appuie sur des patrons de conception pour attribuer les responsabilités aux classes. Les styles architecturaux et les patrons de conception sont des artefacts qui codifient des solutions éprouvées à des problèmes récurrents de conception. Alors que ces artefacts sont bien documentés, la décision de les appliquer reste essentiellement manuelle. De plus, les outils proposés n’offrent pas un support adéquat pour les appliquer à des modèles existants. Dans cette thèse, nous nous attaquons à la conception détaillée, et plus particulièrement, à la transformation de modèles par application de patrons de conception, en partie parce que les patrons de conception sont moins complexes, et en partie parce que l’implémentation des styles architecturaux passe souvent par les patrons de conception. Ainsi, nous proposons une approche pour représenter et appliquer les patrons de conception. Notre approche se base sur la représentation explicite des problèmes résolus par ces patrons. En effet, la représentation explicite du problème résolu par un patron permet : (1) de mieux comprendre le patron, (2) de reconnaître l’opportunité d’appliquer le patron en détectant une instance de la représentation du problème dans les modèles du système considéré, et (3) d’automatiser l’application du patron en la représentant, de façon déclarative, par une transformation d’une instance du problème en une instance de la solution. Pour vérifier et valider notre approche, nous l’avons utilisée pour représenter et appliquer différents patrons de conception et nous avons effectué des tests pratiques sur des modèles générés à partir de logiciels libres. / Software engineering researchers have long tried to understand the software process development to mechanize it or at least to codify its good practices. We identify two major approaches to characterize the process. The first approach—known as transformational—sees the process as a sequence of property-preserving transformations. This idea was recently adopted by the OMG’s model-driven architecture (MDA). The second approach consists in identifying and codifying proven solutions to recurring problems. Research on architectural styles, frameworks and design patterns are part of this approach. Our research recognizes the complementarity of these two approaches, in particular in the design step. Indeed within the model-driven development context, we view software design as the process of applying codified solution patterns to input models. Software design is typically defined in terms of architectural design and detailed design. Architectural design aims at organizing the software in modules or components that meet a set of non-functional requirements while detailed design is—in some way—concerned by the contents of the identified components. Architectural design relies on architectural styles which are principles of organization to optimize certain quality requirements, whereas detailed design relies on design patterns to assign responsibilities to classes. Both architectural styles and design patterns are design artifacts that encode proven solutions to recurring design problems. While these design artifacts are documented, the decision to apply them remains essentially manual. Besides, once a decision has been made to use a design artifact, there is no adequate support to apply it to existing models. As design patterns present an ‘‘easier’’ problem to solve, and because architectural styles implementation relies on design patterns, our strategy for addressing these issues was to try to solve the problem for design patterns first, and then tackle architectural styles. Hence, in this thesis, we propose an approach for representing and applying design patterns. Our approach is based on an explicit representation of the problems solved by design patterns. Indeed, and explicit representation of the problem solved by a pattern enables to: 1) better understand the pattern, 2) recognize the opportunity of applying the pattern by matching the representation of the problem against the models of the considered system, and 3) specify declaratively the application of the pattern as a transformation of an instance of the problem into an instance of the solution. To verify and validate the proposed approach, we used it to represent and apply several design patterns. We also conducted practical tests on models generated from open source systems.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Dans ce mémoire de thèse, nous développons d'abord des multiplications matricielles efficaces. Nous créons de nouveaux ordonnancements qui permettent de réduire la taille de la mémoire supplémentaire nécessaire lors d'une multiplication du type Winograd tout en gardant une bonne complexité, grâce au développement d'outils externes ad hoc (jeu de galets), à des calculs fins de complexité et à de nouveaux algorithmes hybrides. Nous utilisons ensuite des technologies parallèles (multicœurs et GPU) pour accélérer efficacement la multiplication entre matrice creuse et vecteur dense (SpMV), essentielles aux algorithmes dits /boîte noire/, et créons de nouveaux formats hybrides adéquats. Enfin, nous établissons des méthodes de /design/ générique orientées vers l'efficacité, notamment par conception par briques de base, et via des auto-optimisations. Nous proposons aussi des méthodes pour améliorer et standardiser la qualité du code de manière à pérenniser et rendre plus robuste le code produit. Cela permet de pérenniser de rendre plus robuste le code produit. Ces méthodes sont appliquées en particulier à la bibliothèque de calcul exact LinBox.

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Afin de sécuriser les applications web, nous nous sommes intéressés à appliquer des analyses dynamiques de sécurité à des programmes JavaScript. Dansce contexte, pouvoir rapidement modifier l’interpréteur et composer des analyses à l’exécution est primordial. Une façon d’effectuer ces changements aurait été parrefactorisation. Mais la refactorisation peut être délicate et chronophage, car elle implique de réécrire des parties du code source, voire de réorganiser toute l’architecture du programme. La refactorisation est trop coûteuse lorsque prime la vitesse d’itération.Nous explorons une alternative économe à la refactorisation : le détournement. Détourner un programme c’est changer ses résultats sans directement modifierson code source. Pour détourner un programme, on exploite des techniques d’indirection, tels que la portée dynamique et la métaprogrammation.On commence par passer en revue les techniques utilisées pour des problèmes connexes d’extensibilité, et on applique ces techniques pour détourner des interpréteurs simples. Puis, on montre comment le détournement peut aider à construire un interpréteur par incréments, pour permettre d’activer dynamiquement des comportements alternatifs. Enfin, on applique ces techniques pour détourner un véritable interpréteur JavaScript par de multiples analyses dynamiques de sécurité.Au prix d’un potentiel impact en efficacité et en sûreté, détourner l’interpréteur est à la fois plus rapide et plus flexible que de le réécrire, ce qui fait du détournement une alternative légitime à la refactorisation. / For securing web applications, we were interested in applying dynamic security analyses to JavaScript programs. In this context, the ability to quickly modify the interpreter and to compose analyses at runtime is paramount. One way to effect these changes would have been through refactoring. But refactoring can be tricky and time-consuming, as it entails to rewrite parts of the source code, and even to reorganize the program’s whole architecture. Refactoring is too costly when rapid iteration is preferred.We explore a lightweight alternative to refactoring: diverting. To divert a program is to change its results without directly modifying its source code. To divert a program, we leverage indirection techniques such as dynamic scoping and metaprogramming.We first review the techniques used in related extensibility problems, like the Expression Problem, and apply these techniques to divert simple interpreters. We then show how diverting can help build interpreters incrementally in layers, allowing dynamic activation of alternative behavior. Finally, we apply those techniques to divert a full-blown JavaScript interpreter with multiple dynamic security analyses. We find that, with potential costs in efficiency and program safety, diverting is both faster and more flexible than rewriting the interpreter,thus making diverting a legitimate alternative to refactoring.