Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a deux objectifs principaux. Le premier est de contribuer `à la spécification de la reconfiguration dynamique des systèmes à base de composants. Le deuxième objectif est de s´sélectionner la configuration optimale parmi un ensemble de configurations qui fournissent des fonctionnalités identiques ou similaires. Le processus de sélection dépend des propriétés non-fonctionnelles du système. La propriété de reconfigurabilité est essentielle pour de nombreux systèmes à base de composants contemporains. En effet, cette propriété améliore la disponibilité, l'adaptabilité, l'évolutivité, la maintenabilité et la performance des systèmes tels que les systèmes avioniques, les commutateurs de télécommunications et les systèmes commerciaux. Pour ces systèmes, l'arrêt de longue durée n'est pas admissible pour des raisons s´sécuritaires ou économiques. L'adaptabilité et l'evolvabilité sont également des caractéristiques importantes pour ces systèmes qui ont besoin d'inclure des changements de l'environnement ou des nouvelles exigences des utilisateurs dans le logiciel. Toutes ces motivations plus montrent l'importance de permettre, dès la conception, la reconfiguration dynamique de systèmes. La reconfiguration est la capacité de modifier la structure ou le comportement d'un système à l'exécution et sans l'arrêter complétement. Le travail présenté dans cette thèse étudie les mécanismes et les techniques pour fournir la reconfigurabilité aux systèmes à base de composants. La fourniture de reconfigurabilité nécessite la prise en considération de la cohérence du système pendant et après la reconfiguration. Il y a deux sortes de cohérence : cohérence globale et cohérence locale. Dans cette thèse, nous proposons une approche pour préserver la cohérence globale d'un système à base de composants reconfigurable en utilisant un langage formel déclaratif, Alloy. Une autre approche est proposée pour préserver la cohérence locale en analysant la relation entre la dépendance indirecte et la reconfiguration dynamique. Enfin, la sélection de configuration consiste à choisir la configuration la plus optimale à partir d'un ensemble de choix dans le but de maximiser la satisfaction de l'utilisateur. Une approche proposée pour faire le meilleur choix en fonction des préférences de l'utilisateur exprimées sur des métriques non-fonctionnelles / The research of this thesis has two main goals. The first goal is to provide the reconfigurability feature to the component-based systems. The second goal is to select the optimal configuration from a set of configurations, which provide similar functionality. The selection process depends on the non-functional properties of the system. Reconfigurability is essential feature for many contemporary component-based systems. Reconfigurability enhances the continuous availability, the adaptability, the evolvability, the maintainability, and the performance. Avionics systems, telecommunications switches and some commercial systems require the high availability. For these systems, long shutting down is not allowable due to economical or safety reasons. The adaptability and the evolvability are also important features for those systems which need to accommodate the environmental changes or the new requirements of software users. The maintainability and the performance are important requirements for a large category of systems. All the previous motivations and more show the importance of having the reconfigurability. Reconfigurability is the ability to change the system structure or the system behavior at running time without stopping it. The work presented in this thesis investigates the required mechanisms and techniques in order to provide the reconfigurability feature to a component-based system. The provision of the reconfigurability feature requires preserving the system consistency during and after the reconfiguration. The consistency has two kinds: global consistency and local consistency. In this thesis, we propose an approach to preserve the global consistency of a reconfigurable component-based system using declarative formal language. Another approach is proposed to preserve the local consistency during the reconfiguration. The second approach investigates the relationship between the indirect dependency and the dynamic reconfiguration. Configuration selection is to select the most optimal configuration from a set of alternatives in order to maximize the end user satisfaction. The thesis proposes an approach to make the best selection depending on the user preferences

La thèse s'inscrit dans le domaine de la modélisation et de la validation des systèmes modernes complexes. Les systèmes actuels sont en fait d'une complexité sans cesse croissante et formés de plus en plus de composants de natures différentes. Ceci rend leur processus de conception et de validation coûteux et difficile. Il semble être la simple façon permettant de faire face à cette hétérogénéité et à cette complexité est l'approche orientée composant. Suivant cette approche, le système est une entité formée par un ensemble des composants interconnectés. Les composants définissent une interface qui permet d'abstraire leur modèle interne (boîte noire), ce qui favorise la modularité et la réutilisation des composants. L'interaction entre ces composants se fait conformément à un ensemble des règles pré-établies, permettant ainsi d'avoir une vision globale de comportement du système. La conception ainsi que la validation des systèmes modernes reste alors problématique à cause de la nécessité de prendre en compte l'hétérogénéité des différents composants. Dans ce cadre, dans un premier temps, nous définirons un cadre formel générique dans lequel une large famille de formalismes de description de systèmes à base d'états peut être naturellement capturée. Ainsi, nous allons définir un ensemble de règles de composition permettant de mettre en correspondance les différents composants et ainsi de constituer un modèle global du système à concevoir. Dans un second temps, nous proposerons une approche de test d'intégration qui permet de valider le comportement d'un système complexe sous l'hypothèse que chaque composant est testé et validé. Cette approche vise à générer automatiquement des cas de test en s'appuyant sur un modèle global décrit dans notre framework du système sous test.

La thèse s’inscrit dans le domaine de la modélisation et de la validation des systèmes modernes complexes. Les systèmes actuels sont en fait d’une complexité sans cesse croissante et formés de plus en plus de composants de natures différentes. Ceci rend leur processus de conception et de validation coûteux et difficile. Il semble être la simple façon permettant de faire face à cette hétérogénéité et à cette complexité est l’approche orientée composant. Suivant cette approche, le système est une entité formée par un ensemble des composants interconnectés. Les composants définissent une interface qui permet d’abstraire leur modèle interne (boîte noire), ce qui favorise la modularité et la réutilisation des composants. L’interaction entre ces composants se fait conformément à un ensemble des règles pré-établies, permettant ainsi d’avoir une vision globale de comportement du système. La conception ainsi que la validation des systèmes modernes reste alors problématique à cause de la nécessité de prendre en compte l’hétérogénéité des différents composants. Dans ce cadre, dans un premier temps, nous définirons un cadre formel générique dans lequel une large famille de formalismes de description de systèmes à base d’états peut être naturellement capturée. Ainsi, nous allons définir un ensemble de règles de composition permettant de mettre en correspondance les différents composants et ainsi de constituer un modèle global du système à concevoir. Dans un second temps, nous proposerons une approche de test d’intégration qui permet de valider le comportement d’un système complexe sous l’hypothèse que chaque composant est testé et validé. Cette approche vise à générer automatiquement des cas de test en s’appuyant sur un modèle global décrit dans notre framework du système sous test. / In spite of several decades of research, assuring the quality of software systems still represents a major and serious problem nowadays for the industry with respect to both results and costs. This thesis comes within the scope of a proposal centered on a generic unified framework for both complex software systems modeling and testing. The contribution of this paper is then twofold: first, it defines a unified framework for modelling generic components, as well as a formalization of integration rules to combine their behaviour. This is based on a coalgebraic definition of components, which is a categorical representation allowing the unification of a large family of formalisms for specifying state-based systems. Second, it studies compositional conformance testing i.e. checking whether an implementation made from correct interacting components combined with integration operators conforms to its specification

L'objectif de ce travail est de fournir des modèles et outils pour simplifier la construction des systèmes distribués à base de composants sécurisés, ainsi que la gestion des propriétés de sécurité, en utilisant des outils de haut niveau d'abstraction pour la configuration et la reconfiguration dynamique. En plus des propriétés d'accessibilité et de communications sécurisées classiques, nous focalisons notre travail sur une propriété des systèmes répartis plus générale : la non-interférence. Cette propriété atteste qu'il ne doit pas y avoir de flux d'information entre des parties publiques et privées du système. Ce qui implique le suivi de l'acheminement de l'information entre les différentes composantes du système distribué. Notre objectif principal est donc de proposer un modèle, accompagné d'un ensemble d'outils, garantissant la propriété de la non-interférence à la construction du système, et ce à une plus grosse granularité : celle des composants. Ces outils permettent de (1) configurer les paramètres de sécurité des composants et des liaisons entre eux, (2) vérifier la propriété de non-interférence dans le code d'un composant et entre les différents composants du système et (3) générer automatiquement le code nécessaire pour appliquer ces propriétés de sécurité. D'autre part, nous proposons une architecture permettant de vérifier dynamiquement la propriété de non-interférence dans un système réparti.

Les systèmes temps-réels sont des systèmes qui sont soumis à "des contraintes de temps", comme par exemple le délais de réponse d'un système à un événement physique. Souvent les temps de réponse sont de l'ordre du milliseconde et parfois même du microseconde. Construire des systèmes temps-réels nécessite l'utilisation de méthodologies de conception et de mise en œuvre qui garantissent la propriété de respect des contraintes de temps, par exemple un système doit réagir dans les limites définies par l'utilisateur tels que les délais et la périodicité. Un délai non respecté dans systèmes temps-réel critique est catastrophique, comme par exemple dans les systèmes automobiles. Si un airbag se déclanche tard dans un accident de voiture, même quelques millisecondes trop tard peuvent conduire à des répercussions graves. Dans les systèmes temps-réels non critiques, une perte significative de performance et de QoS peuvent se produire, comme par exemple dans les réseaux de systèmes multimédia. Contribution: Nous fournissons une méthode de conception rigoureuse des systèmes temps-réel. L'implèmentation est générée à partir d'une application logicielle temps-réel et une plate-forme cible, en utilisant les deux modèles suivants: * Un modèle abstrait représentant le comportement de l'application logicielle en temps réel sous forme d' un automate temporisé. Celui-ci décrit des contraintes temporelles définies par l'utilisateur qui sont indépendantes de la plateforme. Ses transitions sont intemporelles et correspondent à l'exécution des différentes instructions de l'application. * Un modèle physique représentant le comportement du logiciel en temps réel s'exécutant sur une plate-forme donnée. Il est obtenu par l'attribution des temps d'exécution aux transitions du modèle abstrait. Une condition nécessaire pour garantir l'implémentabilité dy système est la "time-safety", c'est à dire, toute séquence d'exécution du modèle physique est également une séquence d'exécution du modèle abstrait. "Time-safety" signifie que la plate-forme est assez rapide pour répondre aux exigences de synchronisation de l'application. Comme les temps d'exécution des actions ne sont pas connus avec exactitude, "time-safety" est vérifiée pour les temps d'exécution pire cas es actions en faisant l' hypothèse de la robustesse. La robustesse signifie que la "time-safety" est préservée lorsqu'on augmente la vitesse de la plate-forme d'exécution. Pour des logiciels et plate-forme d'exécution correspondant à un modèle robuste, nous définissons un moteur d'exécution qui coordonne l'exécution du logiciel d'application afin de répondre à ses contraintes temporelles. En outre, en cas de non-robustesse, le moteur d'exécution permet de détecter les violations de contraintes temporelles en arrêtant l'exécution. Nous avons mis en place le moteur d'exécution pour les programmes BIP. Nous avons validé la méthode pour la conception et la mise en œuvre du robot Dala. Nous montrons les avantages obtenus en termes d'utilisation du processeur et l'amélioration de la latence de la réaction.

L'objectif de ce travail est de fournir des modèles et outils pour simplifier la construction des systèmes distribués à base de composants sécurisés, ainsi que la gestion des propriétés de sécurité, en utilisant des outils de haut niveau d'abstraction pour la configuration et la reconfiguration dynamique. En plus des propriétés d'accessibilité et de communications sécurisées classiques, nous focalisons notre travail sur une propriété des systèmes répartis plus générale : la non-interférence. Cette propriété atteste qu'il ne doit pas y avoir de flux d'information entre des parties publiques et privées du système. Ce qui implique le suivi de l'acheminement de l'information entre les différentes composantes du système distribué. Notre objectif principal est donc de proposer un modèle, accompagné d'un ensemble d'outils, garantissant la propriété de la non-interférence à la construction du système, et ce à une plus grosse granularité : celle des composants. Ces outils permettent de (1) configurer les paramètres de sécurité des composants et des liaisons entre eux, (2) vérifier la propriété de non-interférence dans le code d'un composant et entre les différents composants du système et (3) générer automatiquement le code nécessaire pour appliquer ces propriétés de sécurité. D'autre part, nous proposons une architecture permettant de vérifier dynamiquement la propriété de non-interférence dans un système réparti. / The goal of this thesis is to provide models and tools to simplify secured component-based distributed systems' construction and the management of their security properties, by using high-level tools for dynamic configuration and reconfiguration. In addition to the classic properties of accessibility and secured communications, we focus on a more general security property of distributed systems : the non-interference. This property says that there mustn't be information flow between secret and public parts of the system ; which requires information flow control across the system. Our main objective is to propose a model and set of tools guarantying the non-interference property at compiletime, and at a bigger granularity : the components. These tools are (1) tools for configuring security parameters of components and binding between components, (2) a compiler checking the non-interference property, and (3) tools for automatic generation of code assuring these security properties. On the other hand, we present an architecture enabling a dynamic verification of the non-interference property in a distributed system.

Les systèmes temps-réels sont des systèmes qui sont soumis à "des contraintes de temps", comme par exemple le délais de réponse d'un système à un événement physique. Souvent les temps de réponse sont de l'ordre du milliseconde et parfois même du microseconde. Construire des systèmes temps-réels nécessite l'utilisation de méthodologies de conception et de mise en œuvre qui garantissent la propriété de respect des contraintes de temps, par exemple un système doit réagir dans les limites définies par l'utilisateur tels que les délais et la périodicité. Un délai non respecté dans systèmes temps-réel critique est catastrophique, comme par exemple dans les systèmes automobiles. Si un airbag se déclanche tard dans un accident de voiture, même quelques millisecondes trop tard peuvent conduire à des répercussions graves. Dans les systèmes temps-réels non critiques, une perte significative de performance et de QoS peuvent se produire, comme par exemple dans les réseaux de systèmes multimédia. Contribution: Nous fournissons une méthode de conception rigoureuse des systèmes temps-réel. L'implèmentation est générée à partir d'une application logicielle temps-réel et une plate-forme cible, en utilisant les deux modèles suivants: * Un modèle abstrait représentant le comportement de l'application logicielle en temps réel sous forme d' un automate temporisé. Celui-ci décrit des contraintes temporelles définies par l'utilisateur qui sont indépendantes de la plateforme. Ses transitions sont intemporelles et correspondent à l'exécution des différentes instructions de l'application. * Un modèle physique représentant le comportement du logiciel en temps réel s'exécutant sur une plate-forme donnée. Il est obtenu par l'attribution des temps d'exécution aux transitions du modèle abstrait. Une condition nécessaire pour garantir l'implémentabilité dy système est la "time-safety", c'est à dire, toute séquence d'exécution du modèle physique est également une séquence d'exécution du modèle abstrait. "Time-safety" signifie que la plate-forme est assez rapide pour répondre aux exigences de synchronisation de l'application. Comme les temps d'exécution des actions ne sont pas connus avec exactitude, "time-safety" est vérifiée pour les temps d'exécution pire cas es actions en faisant l' hypothèse de la robustesse. La robustesse signifie que la "time-safety" est préservée lorsqu'on augmente la vitesse de la plate-forme d'exécution. Pour des logiciels et plate-forme d'exécution correspondant à un modèle robuste, nous définissons un moteur d'exécution qui coordonne l'exécution du logiciel d'application afin de répondre à ses contraintes temporelles. En outre, en cas de non-robustesse, le moteur d'exécution permet de détecter les violations de contraintes temporelles en arrêtant l'exécution. Nous avons mis en place le moteur d'exécution pour les programmes BIP. Nous avons validé la méthode pour la conception et la mise en œuvre du robot Dala. Nous montrons les avantages obtenus en termes d'utilisation du processeur et l'amélioration de la latence de la réaction. / Context: Real-time systems are systems that are subject to "real-time constraints"— e.g. operational deadlines from event to system response. Often real-time response times are understood to be in the order of milliseconds and sometimes microseconds. Building real-time systems requires the use of design and implementation methodologies that ensure the property of meeting timing constraints e.g. a system has to react within user-defined bounds such as deadlines and periodicity. A missed deadline in hard real-time systems is catastrophic, like for example in automotive systems, for example if an airbag is fined too late in a car accident, even one ms too late leads to serious repercussions. In soft real-time systems it can lead to a significant loss of performance and QoS like for example in networked multimedia systems. Contribution: We provide a rigorous design and implementation method for the implementation of real-time systems. The implementation is generated from a given real-time application software and a target platform by using two models: * An abstract model representing the behavior of real-time software as a timed automaton. The latter describes user-defined platform-independent timing constraints. Its transitions are timeless and correspond to the execution of statements of the real-time software. * A physical model representing the behavior of the real-time software running on a given platform. It is obtained by assigning execution times to the transitions of the abstract model. A necessary condition for implementability is time-safety, that is, any (timed) execution sequence of the physical model is also an execution sequence of the abstract model. Time-safety means that the platform is fast enough to meet the timing requirements. As execution times of actions are not known exactly, time-safety is checked for worst-case execution times of actions by making an assumption of time-robustness: time-safety is preserved when speed of the execution platform increases. For given real-time software and execution platform corresponding to a time-robust model, we define an execution Engine that coordinates the execution of the application software so as to meet its timing constraints. Furthermore, in case of non-robustness, the execution Engine can detect violations of time-safety and stop execution. We have implemented the execution Engine for BIP programs with real-time constraints. We have validated the method for the design and implementation of the Dala rover robot. We show the benefits obtained in terms of CPU utilization and amelioration in the latency of reaction.

La thèse s'inscrit dans le domaine de la modélisation et de la validation des systèmes modernes complexes. Les systèmes actuels sont en fait d'une complexité sans cesse croissante et formés de plus en plus de composants de natures différentes. Ceci rend leur processus de conception et de validation coûteux et difficile. Il semble être la simple façon permettant de faire face à cette hétérogénéité et à cette complexité est l'approche orientée composant. Suivant cette approche, le système est une entité formée par un ensemble des composants interconnectés. Les composants définissent une interface qui permet d'abstraire leur modèle interne (boîte noire), ce qui favorise la modularité et la réutilisation des composants. L'interaction entre ces composants se fait conformément à un ensemble des règles pré-établies, permettant ainsi d'avoir une vision globale de comportement du système. La conception ainsi que la validation des systèmes modernes reste alors problématique à cause de la nécessité de prendre en compte l'hétérogénéité des différents composants. Dans ce cadre, dans un premier temps, nous définirons un cadre formel générique dans lequel une large famille de formalismes de description de systèmes à base d'états peut être naturellement capturée. Ainsi, nous allons définir un ensemble de règles de composition permettant de mettre en correspondance les différents composants et ainsi de constituer un modèle global du système à concevoir. Dans un second temps, nous proposerons une approche de test d'intégration qui permet de valider le comportement d'un système complexe sous l'hypothèse que chaque composant est testé et validé. Cette approche vise à générer automatiquement des cas de test en s'appuyant sur un modèle global décrit dans notre framework du système sous test.