Développer des applications de streaming multimedia pour systèmes embarqués devient une tâche de plus en plus complexe. De nouveaux standards multimedia apparaissent régulièrement sur le marché pour supporter de meilleures résolutions et délivrer du contenu multimedia de meilleure qualité. Une conséquence est la complexification des plateformes matérielles et du développement logiciel. La méthode traditionnelle de débogage pour les applications de streaming multimedia est l'utilisation de traces d'exécution. Cependant, la quantité de données générée par les logiciels modernes augmente et les outils existants ne passent pas à l'échelle, ne permettent plus un débogage efficace. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur de nouvelles techniques de visualisation enrichies par des résultats d'algorithmes de fouille de données afin de permettre une analyse efficace des traces d'exécution.Nous commençons par présenter les Slick Graphs, une technique de découpage et de lissage pour la visualisation de séries temporelles. Les Slick Graphs minimisent les artéfacts introduits par les techniques de lissage traditionnelles en utilisant le plus petit intervalle possible: les pixels. A travers une étude utilisateur, nous montrons que les Slick Graphs sont significativement plus rapides et plus précis avec des données périodiques. Nous proposons ensuite un nouveau système de visualisation interactive, TraceViz, pour explorer les traces d'exécution à différents niveaux de détails. Avec TraceViz, nous introduisons aussi un back-end permettant l'exploration interactive de trace d'exécution de taille importante. Nous fournissons une analyse de performance montrant que le back-end de TraceViz délivre des performances significativement meilleures que les back-end utilisés dans les outils de débogage disponibles aujourd'hui.Les traces contiennent aussi de nombreuses informations importantes qui peuvent être calculées avec des algorithmes de fouille de données comme par exemple l'existence de séquences d’événements répétées au cours de la trace ou des comportements périodiques. Cependant, même si les techniques de fouille de données permettent d'avoir une meilleure compréhension des traces d'exécution, leurs résultats sont difficiles à exploiter dû au grand nombre de motifs à examiner un par un manuellement. Nous proposons une nouvelle méthode d'analyse visuelle qui permet de visualiser les structures cachées dans une traces comme les séquences répétées et la périodicité d'un ensemble d’événements, permettant de rapidement avoir une compréhension fine de la trace. Enfin, nous montrons aussi comment notre méthode peut être appliquées à différents types de données, autres que les traces d'exécution. / Developing streaming multimedia applications on embedded systems becomes increasingly complex over time. New multimedia standards reach the market to support better resolutions and overall improved quality delivered to the end-user. Consequently, hardware platforms complexify and developing the software to fully exploit them becomes harder at each new generation. The traditional debugging method for streaming applications is the usage of execution traces. However, the amount of data generated by modern software largely increases and existing tools do not allow an efficient debugging process as they become unable to tackle large amounts of data. In this thesis, we focus on new interactive visualization techniques enriched by results of data mining algorithms for a more efficient analysis of execution traces for multimedia applications.First, we introduce Slick Graphs, a binning and smoothing technique for time series visualization. Slick Graphs mitigate the quantization artifacts, introduced by the traditional smoothing techniques, by using the smallest possible binning intervals, i.e. pixels. We compared Slick Graphs to traditional smoothing techniques in a user study and show that the Slick Graphs are significantly faster and more accurate when working with periodic data. We then propose a novel interaction visualization framework, TraceViz, to explore the execution traces at different level of details and integrate the Slick Graphs to provide a global overview of the trace. With TraceViz, we also introduce a fast back-end to support the interactive browsing of huge traces. We perform a performance analysis to show that the TraceViz back-end outperforms the back-end used in state-of-the-art debugging tools for execution traces.Execution traces contain meaningful information that can be computed using data mining techniques. A wide range of patterns can be computed and provide valuable information: for example existence of repeated sequences of events or periodic behaviors. However, while pattern mining approaches provide a deeper understanding of the traces, their results is hard to understand due to the large amount of patterns that have to be examined one by one. We propose a novel visual analytics method that allows to immediately visualize hidden structures such as repeated sets/sequences and periodicity, allowing to quickly gain a deep understanding of the trace. Finally, we also show how our method can be applied with different types of data than execution traces.

La conception des systèmes multimédia embarqués présente de nombreux défis comme la croissante complexité du logiciel et du matériel sous-jacent, ou les pressions liées aux délais de mise en marche. L'optimisation du processus de débogage et validation du logiciel peut aider à réduire sensiblement le temps de développement. Parmi les outils de débogage de systèmes embarqués, un puissant outil largement utilise est l'analyse de traces d'exécution. Cependant, l'évolution des techniques de traçage dans les systèmes embarqués se traduit par des traces d'exécution avec une grande quantité d'information, à tel point que leur analyse manuelle devient ingérable. Dans ce cas, les techniques de recherche de motifs peuvent aider en trouvant des motifs intéressants dans de grandes quantités d'information. Concrètement, dans cette thèse, nous nous intéressons à la découverte de comportements périodiques sur des applications multimédia. Donc, les contributions de cette thèse concernent l'analyse des traces d'exécution d'applications multimédia en utilisant des techniques de recherche de motifs périodiques fréquents. Concernant la recherche de motifs périodiques, nous proposons une définition de motif périodique adaptée aux caractéristiques de la programmation parallèle. Nous proposons ensuite une représentation condensée de l'ensemble de motifs périodiques fréquents, appelée Core Periodic Concepts (CPC), en adoptant une approche basée sur les relations triadiques. De plus, nous définissons quelques propriétés de connexion entre ces motifs, ce qui nous permet de mettre en oeuvre un algorithme efficace de recherche de CPC, appelé PerMiner. Pour montrer l'efficacité et le passage à l'échelle de PerMiner, nous réalisons une analyse rigoureuse qui montre que PerMiner est au moins deux ordres de grandeur plus rapide que l'état de l'art. En plus, nous réalisons un analyse de l'efficacité de PerMiner sur une trace d'exécution d'une application multimédia réelle en présentant l'accélération accompli par la version parallèle de l'algorithme. Concernant les systèmes embarqués, nous proposons un premier pas vers une méthodologie qui explique comment utiliser notre approche dans l'analyse de traces d'exécution d'applications multimédia. Avant d'appliquer la recherche de motifs fréquents, les traces d'exécution doivent être traitées, et pour cela nous proposons plusieurs techniques de pré-traitement des traces. En plus, pour le post-traitement des motifs périodiques, nous proposons deux outils : un outil qui trouve des pairs de motifs en compétition ; et un outil de visualisation de CPC, appelé CPCViewer. Finalement, nous montrons que notre approche peut aider dans le débogage des applications multimédia à travers deux études de cas sur des traces d'exécution d'applications multimédia réelles. / Increasing complexity in both the software and the underlying hardware, and ever tighter time-to-market pressures are some of the key challenges faced when designing multimedia embedded systems. Optimizing software debugging and validation phases can help to reduce development time significantly. A powerful tool used extensively when debugging embedded systems is the analysis of execution traces. However, evolution in embedded system tracing techniques leads to execution traces with a huge amount of information, making manual trace analysis unmanageable. In such situations, pattern mining techniques can help by automatically discovering interesting patterns in large amounts of data. Concretely, in this thesis, we are interested in discovering periodic behaviors in multimedia applications. Therefore, the contributions of this thesis are focused on the definition of periodic pattern mining techniques for the analysis of multimedia applications execution traces. Regarding periodic pattern mining contributions, we propose a definition of periodic pattern adapted to the characteristics of concurrent software. We then propose a condensed representation of the set of frequent periodic patterns, called core periodic concepts (CPC), by adopting an approach originated in triadic concept approach. Moreover, we define certain connectivity properties of these patterns that allow us to implement an efficient CPC mining algorithm, called PerMiner. Then, we perform a thorough analysis to show the efficiency and scalability of PerMiner algorithm. We show that PerMiner algorithm is at least two orders of magnitude faster than the state of the art. Moreover, we evaluate the efficiency of PerMiner algorithm over a real multimedia application trace and also present the speedup achieved by a parallel version of the algorithm. Then, regarding embedded systems contributions, we propose a first step towards a methodology which aims at giving the first guidelines of how to use our approach in the analysis of multimedia applications execution traces. Besides, we propose several ways of preprocessing execution traces and a competitors finder tool to postprocess the mining results. Moreover, we present a CPC visualization tool, called CPCViewer, that facilitates the analysis of a set of CPCs. Finally, we show that our approach can help in debugging multimedia applications through the study of two use cases over real multimedia application execution traces.

En raison de la complexité croissante des systèmes réactifs, le test est devenu un des éléments essentiels dans le processus de leur développement. Les tests de conformité avec des méthodes formelles concernent la correction du contrôle fonctionnel, par le biais des tests d'un système en boîte noire avec une spécification formelle du système. Les techniques passives de test sont utilisées lorsque l’exécution des systèmes testés ne peut pas être perturbée ou l'interface du système n'est pas fournie. Les techniques passives de test sont fondées sur l'observation et la vérification des propriétés du comportement d'un système sans interférer avec son fonctionnement normal. Les tests contribuent également à établir les comportements anormaux pendant l’exécution sur la base de l'observation de toute déviation d'un comportement prédéterminé. L'objectif principal de cette thèse est de présenter une nouvelle approche pour la mise en place des tests passifs fondés sur l'analyse des parties contrôle et données du système sous test. Au cours des dernières décennies, de nombreuses théories et outils ont été développés pour effectuer les tests de conformité. De fait, les spécifications ou les propriétés des systèmes réactifs sont souvent modélisés par différentes variantes de Labeled Transition Systems (LTS). Toutefois, ces méthodes ne prennent pas explicitement en compte les parties données du système, étant donné que le modèle sous-jacent de LTS n’est pas en mesure de le faire. Par conséquent, avec ces approches il est nécessaire d'énumérer les valeurs des données avant la modélisation du système. Cela conduit souvent au problème de l'explosion combinatoire de l'état-espace. Pour palier à cette limitation, nous avons étudié un modèle appelé Input-Output Symbolic Transition Systems (IOSTS) qui inclut explicitement toutes les données d'un système réactif. De nombreuses techniques de tests passives prennent uniquement en considération la partie du contrôle du système en négligeant les données, ou elles sont confrontées à une quantité énorme de données du processus. Dans notre approche, nous prenons en compte la partie contrôle et données en intégrant les concepts d'exécution symbolique et nous améliorons l'analyse de traces en introduisant des techniques de slicing des traces d’exécution. Les propriétés sont décrites à l'aide d'IOSTS et nous illustrons dans notre approche comment elles peuvent être testées sur l'exécution réelle des traces en optimisant l'analyse. Ces propriétés peuvent être conçues pour tester la conformité fonctionnelle d'un protocole ainsi que des propriétés de sécurité. Au-delà de l'approche théorique, nous avons développé un outil logiciel qui implémente les algorithmes présentés dans nos travaux. Enfin, comme preuve de concept de notre approche et de l'outil logiciel, nous avons appliqué les techniques à deux études de cas réels : le protocole SIP et le protocole Bluetooth / Due to the increasing complexity of reactive systems, testing has become an important part in the process of the development of such systems. Conformance testing with formal methods refers to checking functional correctness, by means of testing, of a black-box system under test with respect to a formal system specification, i.e., a specification given in a language with a formal semantics. In this aspect, passive testing techniques are used when the implementation under test cannot be disturbed or the system interface is not provided. Passive testing techniques are based on the observation and verification of properties on the behavior of a system without interfering with its normal operation, it also helps to observe abnormal behavior in the implementation under test on the basis of observing any deviation from the predefined behavior. The main objective of this thesis is to present a new approach to perform passive testing based on the analysis of the control and data part of the system under test. During the last decades, many theories and tools have been developed to perform conformance testing. However, in these theories, the specifications or properties of reactive systems are often modeled by different variants of Labeled Transition Systems (LTS). However, these methodologies do not explicitly take into account the system's data, since the underlying model of LTS are not able to do that. Hence, it is mandatory to enumerate the values of the data before modeling the system. This often results in the state-space explosion problem. To overcome this limitation, we have studied a model called Input-Output Symbolic Transition Systems (IOSTS) which explicitly includes all the data of a reactive system. Many passive testing techniques consider only the control part of the system and neglect data, or are confronted with an overwhelming amount of data values to process. In our approach, we consider control and data parts by integrating the concepts of symbolic execution and we improve trace analysis by introducing trace slicing techniques. Properties are described using Input Output Symbolic Transition Systems (IOSTSs) and we illustrate in our approach how they can be tested on real execution traces optimizing the trace analysis. These properties can be designed to test the functional conformance of a protocol as well as security properties. In addition to the theoretical approach, we have developed a software tool that implements the algorithms presented in this paper. Finally, as a proof of concept of our approach and tool we have applied the techniques to two real-life case studies: the SIP and Bluetooth protocol

Les applications parallèles sont de plus en plus complexes et, même si les environnements de développement s'améliorent, de plus en plus difficiles à mettre au point que ce soit du point de vue de leur correction ou, dans le cadre qui nous intéresse, de leurs performances. Un outil intéressant pour la mise au point des performances d'une application est la visualisation de son exécution. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur l'étude, la conception et la réalisation d'un environnement interactif extensible de visualisation pour l'évaluation de performance de systèmes parallèles. Un tel environnement permet de reconstituer le comportement d'une application d'après des traces d'exécution et facilite, par le calcul et la présentation d'indices de performances, la compréhension de son fonctionnement et la détection de ses problèmes de performance. Nous commençons par préciser les concepts importants dans un environnement de visualisation et présentons ensuite l'état de l'art en la matière. Nous décrivons ensuite la conception et la réalisation de l'environnement Scope. Cet environnement est validé par rapport aux objectifs initiaux et son utilité est démontrée par l'étude de sessions d'évaluation de performance d'applications concrètes.