Cette thèse s'intéresse en premier lieu à l'analyse des effetsfonctionnels des erreurs dans laconfiguration de FPGAs à base de SRAM. Ces erreurs peuvent provenir deperturbations naturelles(rayonnements, particules) ou d'attaques volontaires, par exemple avecun laser. La famille Virtex IIde Xilinx est utilisée comme premier cas pratique d'expérimentation,puis une comparaison est réaliséeavec la famille AT40K de chez ATMEL. Ceci a permis de mieux comprendrel'impact réel dedifférentes sources de perturbations, et les motifs d'erreur devantréellement être pris en compte pouraméliorer la robustesse d'un circuit implanté sur ce type detechnologie. Cette étude a nécessité ledéveloppement d'outils de conception spécifiques, permettantd'automatiser les analyses. Uneméthodologie innovante est proposée pour l'évaluation de lasensibilité de la mémoire de configurationaux SEUs : une classification des bits de configuration est établie enfonction des effets produits parleur inversion sur le fonctionnement normal de l'application. Cecipermet de déterminer les zones lesplus critiques, autorisant le développement de stratégies deprotection sélectives et à faible coût.

L'inclusion de requête est un problème bien étudié sur plusieurs décennies de recherche. En règle générale, il est défini comme le problème de déterminer si le résultat d'une requête est inclus dans le résultat d'une autre requête pour tout ensemble de données. Elle a des applications importantes dans l'optimisation des requêtes et la vérification de bases de connaissances. L'objectif principal de cette thèse est de fournir des procédures solides et com- plètes pour déterminer l'inclusion des requêtes SPARQL en vertu d'exprimés en axiomes logiques de description. De plus, nous mettons en œuvre ces procédures à l'appui des résultats théoriques par l'expérimentation. À ce jour, test d'inclusion de requête a été effectuée à l'aide de différentes techniques: homomorphisme de graphes, bases de données canoniques, les tech- niques de la théorie des automates et par une réduction au problème de la va- lidité de la logique. Dans cette thèse, nous utilisons la derniere technique pour tester l'inclusion des requêtes SPARQL utilisant une logique expressive appelée μ-calcul. Pour ce faire, les graphes RDF sont codés comme des systèmes de transitions, et les requêtes et les axiomes du schéma sont codés comme des formules de μ-calcul. Ainsi, l'inclusion de requêtes peut être réduit á test de validité de formule logique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les divers fragments de SPARQL (et PSPARQL) et les langages de description logique de schéma pour lequelle l'inculsion est décidable. En outre, afin de fournir théoriquement et expériment- alement éprouvées procédures de vérifier l'inclusion de ces fragments décid- ables. Pas durer au moins mais, cette thèse propose un point de repère pour les solveurs d'inclusion. Ce benchmark est utilisé pour tester et comparer l'état actuel des solveurs d'inclusion.

Le chapitre 2 présente la première partie importante de nos travaux : l'approche pour la détection que nous proposons. Nous avons tout d'abord expliqué les caractéristiques des attaques contre les données de calcul et en quoi ces dernières se distinguent des autres types d'attaque. Ceci nous a notamment permis de montrer que pour perpétuer une intrusion, un utilisateur malveillant va chercher à cibler un ensemble bien précis de données de calcul. À l'aide de la logique de Hoare, nous avons ensuite expliqué que le code source des applications peut contenir des informations qui peuvent être utilisées pour détecter ce type bien précis d'attaque. Nous avons détaillé cela sur un exemple d'exploitation de vulnérabilité. Puis, nous avons présenté notre modèle de détection. Nous l'avons tout d'abord présenté empiriquement sur un cas réel d'attaques contre les données de calcul. Pour cela, nous avons détaillé la vulnérabilité utilisée dans notre exemple ainsi que les différents scénarios d'attaque et comment des invariants portant sur certaines variables permettent de détecter ces attaques. Enfin, nous avons présenté formellement notre modèle de détection. Celui-ci correspond à l'ensemble des domaines de variation des variables qui influencent l'exécution des appels de fonction. Ces domaines de variation sont calculés juste avant les appels de fonction et uniquement pour les variables qui sont atteignables à ces endroits du code source. Nous avons ensuite présenté une méthode pour construire un tel modèle. Premièrement, nous proposons d'utiliser le graphe de dépendance du programme pour déterminer pour chaque appel de fonction l'ensemble des variables qui influencent son exécution. Deuxièmement, nous proposons d'utiliser l'interprétation abstraite pour calculer pour chacun de ces ensembles de variables leur domaine de variation. Pour finir, nous présentons une implémentation de notre approche que nous avons réalisée pour les programmes écrits en langage C. Nous détaillons d'abord la phase de construction du modèle qui repose sur un outil d'analyse statique existant, Frama-C. Nous détaillons ensuite la phase d'instrumentation, celle-ci ayant pour contrainte de ne pas modifier le processus original de compilation. Le chapitre 3 présente la seconde partie importante de nos travaux : l'approche pour l'évaluation que nous proposons. Nous commençons par aborder la problématique de la simulation des erreurs engendrées par les attaques contre les données de calcul. Pour cela, nous présentons d'abord le modèle de faute que nous proposons pour simuler ce type bien particulier d'attaques. Nous étudions les caractéristiques qui doivent être simulées, quel sera leur impact sur le programme et dans quel cas ces dernières peuvent être détectées. Nous expliquons ensuite comment nous proposons de construire notre modèle de simulation. La principale problématique ici est de savoir comment déterminer l'ensemble des cibles potentielles. Il s'agit du même ensemble de variables que pour la détection. Nous proposons donc à nouveau de nous reposer sur le graphe de dépendance du programme et d'embarquer les mécanismes d'injection au sein des applications. Nous expliquons ensuite comment notre modèle de faute peut être utilisé pour l'évaluation d'un système de détection d'intrusion. Nous posons comme objectif que le résultat obtenu doit être une sur-approximation du taux de faux négatifs réel. Cela implique que nous voulons placer le système de détection d'intrusion à évaluer dans la situation la moins favorable possible. Pour respecter cette contrainte, nous montrons que notre modèle de faute doit être utilisé pour simuler une intrusion qui ne nécessite qu'une seule exploitation de la vulnérabilité, que la vulnérabilité donne accès à l'ensemble de l'espace mémoire du processus et que l'exploitation ne vise qu'une seule variable. Nous présentons enfin les modifications que nous avons apportées à notre outil afin qu'il instrumente aussi les programmes pour l'injection et comment les mécanismes d'injection ainsi ajoutés doivent être utilisés. Le chapitre 4 présente la dernière partie de nos travaux : l'évaluation de notre système de détection d'intrusion, notamment à l'aide de notre modèle de simulation d'attaque. Nous commençons par présenter la plateforme de tests que nous avons développée autour de nos mécanismes d'injection. Il s'agit d'une plateforme qui automatise la réalisation de tests ainsi que l'analyse des résultats obtenus. Nous abordons tout d'abord les problématiques d'écriture des scénarios d'exécution et de collecte des informations. Les scénarios doivent permettre de couvrir suffisamment le code des programmes utilisés pour les tests. Nous avons choisi de mesurer ce taux de couverture en fonction des appels de fonction. Les informations collectées sont utilisées pour produire deux résultats : une sur-approximation du taux réel de faux négatifs et une évaluation du taux de détection pour les injections ayant provoqué une déviation comportementale. Pour finir, nous présentons les résultats de l'évaluation de notre système de détection d'intrusion. Nous commençons par donner les performances de l'analyse. On note que la durée d'analyse peut être très grande, notamment en fonction de la taille du code à analyser, mais qu'en fonction de la sémantique du code, deux programmes de taille similaire peuvent présenter des durées d'analyse complètement différentes. Puis, nous donnons le niveau de surcharge à l'exécution. On note que la surcharge induite par nos mécanismes de détection est très faible, toujours inférieure à 1%. Nous continuons avec les performances de la détection. Nous pouvons voir que les résultats de la détection varient grandement d'un programme à l'autre, malgré un taux d'instrumentation similaire. Ce qui change, c'est le nombre d'invariants vérifiés. On voit ici la limite de notre approche : si la sémantique du code original ne permet pas de calculer suffisamment d'invariants, l'efficacité de notre approche sera alors limitée. De plus, la propagation de l'erreur n'apporte que peu d'aide à notre modèle de détection. Dans tous les cas, nous avons pu vérifier que notre approche ne génère bien pas de faux positif.

Dans cette thèse, nous analysons les problèmes liés à la représentation finie des nombres réels et nous contrôlons la déviation induite par cette approximation. Nous nous intéressons particulièrement à deux problèmes. Le premier est l'étude de l'influence de la représentation finie sur les protocoles de confidentialité différentielle. Nous présentons une méthode pour étudier les perturbations d'une distribution de probabilité causées par la représentation finie des nombres. Nous montrons qu'une implémentation directe des protocoles théoriques pour garantir la confidentialité différentielle n'est pas fiable, tandis qu'après l'ajout de correctifs, la propriété est conservée en précision finie avec une faible perte de confidentialité. Notre deuxième contribution est une méthode pour étudier les programmes qui ne peuvent pas être analysés par composition à cause de branchements conditionnels au comportement trop erratique. Cette méthode, basée sur la théorie des systèmes de réécriture, permet de partir de la preuve de l'algorithme en précision exacte pour fournir la preuve que le programme en précision finie ne déviera pas trop.

Aujourd'hui, les contenus et les applications Web sont devenus la principale interface pour effectuer toutes sortes de tâches de la vie quotidienne comme déclarer et payer les impôts, réserver des billets d'avion ou de train, planifier des vacances, effectuer des achats, gérer les comptes bancaires, etc. En conséquence, il devient de plus en plus important d'étudier leurs fondements, d'améliorer leurs capacités, de faciliter leur conception, de vérifier leur fonctionnement, de les optimiser automatiquement et les rendre plus souples et adaptables aux usages et aux différentes plateformes. Dans ce document, nous décrivons d'abord mes activités professionnelles, concernant les années 1998 à 2012. La première partie de ce document contient un résumé de mes activités de recherche, d'encadrement, d'enseignement et charges administrative et collective, ainsi qu'un résumé de mes principaux résultats scientifiques. Dans le reste du document, nous introduisons une logique de raisonnement sur les arbres finis, une procédure de décision correcte et complète pour vérifier la satisfaisabilité d'une formule de la logique ainsi que d'une mise en œuvre efficace en pratique. La logique est une variante du mu-calcul adaptée aux arbres finis et équipée avec des modalités arrières et des nominaux. Ensuite, nous considérons le problème de l'évolution des schémas XML. Dans le contexte en constante évolution du Web, les schémas XML changent continuellement afin de faire face à l'évolution naturelle des entités qu'ils décrivent. Les modifications de schémas peuvent avoir des conséquences importantes dans la mesure où les documents existants peuvent devenir invalides et la programmes les manipulant incorrectes. Nous proposons un cadre unificateur pour déterminer les effets de l'évolution des schémas XML à la fois sur la validité des documents et des requêtes contenues dans ces programmes. Dans la dernière partie du document, nous considérons une algèbre de type équipée de la récursivité, du produit cartésien, des fonctions, de l'intersection, de l'union, et du complément ainsi que des variables de type et une quantification universelle implicite sur ces variables. Nous considérons la relation de sous-typage récemment définie par Castagna et Xu sur des expressions de cette algèbre de type et montrons que le sous-typage peut être décidé avec une complexité EXPTIME et implémenté efficacement en pratique clôturant ainsi à une question ouverte dans la littérature.

La disponibilité de gros volumes de données structurées selon le modèle Resource Description Framework (RDF) est en constante augmentation. Cette situation implique un intérêt scientifique et un besoin important de rechercher de nouvelles méthodes d’analyse et de compilation de requêtes pour tirer le meilleur parti de l’extraction de données RDF. SPARQL est le plus utilisé et le mieux supporté des langages de requêtes sur des données RDF. En parallèle des langages de requêtes, les langages de définition de schéma d’expression de contraintes sur des jeux de données RDF ont également évolués. Les Shape Expressions (ShEx) sont de plus en plus utilisées pour valider des données RDF et pour indiquer les motifs de graphes attendus. Les schémas sont importants pour les tâches d’analyse statique telles que l’optimisation ou l’injection de requêtes. Notre intention est d’examiner les moyens et méthodologies d’analyse statique et d’optimisation de requêtes associés à des contraintes de schéma.Notre contribution se divise en deux grandes parties. Dans la première, nous considérons le problème de l’injection de requêtes SPARQL en présence de contraintes ShEx. Nous proposons une procédure rigoureuse et complète pour le problème de l’injection de requêtes avec ShEx, en prenant en charge plusieurs fragments de SPARQL. Plus particulièrement, notre procédure gère les patterns de requêtes OPTIONAL, qui s’avèrent former un important fonctionnalité à étudier avec les schémas. Nous fournissons ensuite les limites de complexité de notre problème en considération des fragments gérés. Nous proposons également une méthode alternative pour l’injection de requêtes SPARQL avec ShEx. Celle-ci réduit le problème à une satisfiabilité de Logique de Premier Ordre, qui permet de considérer une extension du fragment SPARQL traité par la première méthode. Il s’agit de la première étude traitant l’injection de requêtes SPARQL en présence de contraintes ShEx.Dans la seconde partie de nos contributions, nous proposons une méthode d’analyse pour optimiser l’évaluation de requêtes SPARQL groupées, sur des graphes RDF, en tirant avantage des contraintes ShEx. Notre optimisation s’appuie sur le calcul et l’assignation de rangs aux triple patterns d’une requête, permettant de déterminer leur ordre d’exécution. La présence de jointures intermédiaires entre ces patterns est la raison pour laquelle l’ordonnancement est important pour gagner en efficicacité. Nous définissons un ensemble de schémas ShEx bien- formulés, qui possède d’intéressantes caractéristiques pour l’optimisation de requêtes SPARQL. Nous développons ensuite notre méthode d’optimisation par l’exploitation d’informations extraites d’un schéma ShEx. Enfin, nous rendons compte des résultats des évaluations effectuées, montrant les avantages de l’application de notre optimisation face à l’état de l’art des systèmes d’évaluation de requêtes. / Data structured in the Resource Description Framework (RDF) are increasingly available in large volumes. This leads to a major need and research interest in novel methods for query analysis and compilation for making the most of RDF data extraction. SPARQL is the widely used and well supported standard query language for RDF data. In parallel to query language evolutions, schema languages for expressing constraints on RDF datasets also evolve. Shape Expressions (ShEx) are increasingly used to validate RDF data, and to communicate expected graph patterns. Schemas in general are important for static analysis tasks such as query optimisation and containment. Our purpose is to investigate the means and methodologies for SPARQL query static analysis and optimisation in the presence of ShEx schema constraints.Our contribution is mainly divided into two parts. In the first part we consider the problem of SPARQL query containment in the presence of ShEx constraints. We propose a sound and complete procedure for the problem of containment with ShEx, considering several SPARQL fragments. Particularly our procedure considers OPTIONAL query patterns, that turns out to be an important feature to be studied with schemas. We provide complexity bounds for the containment problem with respect to the language fragments considered. We also propose alternative method for SPARQL query containment with ShEx by reduction into First Order Logic satisfiability, which allows for considering SPARQL fragment extension in comparison to the first method. This is the first work addressing SPARQL query containment in the presence of ShEx constraints.In the second part of our contribution we propose an analysis method to optimise the evaluation of conjunctive SPARQL queries, on RDF graphs, by taking advantage of ShEx constraints. The optimisation is based on computing and assigning ranks to query triple patterns, dictating their order of execution. The presence of intermediate joins between the query triple patterns is the reason why ordering is important in increasing efficiency. We define a set of well-formed ShEx schemas, that possess interesting characteristics for SPARQL query optimisation. We then develop our optimisation method by exploiting information extracted from a ShEx schema. We finally report on evaluation results performed showing the advantages of applying our optimisation on the top of an existing state-of-the-art query evaluation system.

L'inclusion de requête est un problème bien étudié sur plusieurs décennies de recherche. En règle générale, il est défini comme le problème de déterminer si le résultat d'une requête est inclus dans le résultat d'une autre requête pour tout ensemble de données. Elle a des applications importantes dans l'optimisation des requêtes et la vérification de bases de connaissances. L'objectif principal de cette thèse est de fournir des procédures solides et com- plètes pour déterminer l'inclusion des requêtes SPARQL en vertu d'exprimés en axiomes logiques de description. De plus, nous mettons en œuvre ces procédures à l'appui des résultats théoriques par l'expérimentation. À ce jour, test d'inclusion de requête a été effectuée à l'aide de différentes techniques: homomorphisme de graphes, bases de données canoniques, les tech- niques de la théorie des automates et par une réduction au problème de la va- lidité de la logique. Dans cette thèse, nous utilisons la derniere technique pour tester l'inclusion des requêtes SPARQL utilisant une logique expressive appelée μ-calcul. Pour ce faire, les graphes RDF sont codés comme des systèmes de transitions, et les requêtes et les axiomes du schéma sont codés comme des formules de μ-calcul. Ainsi, l'inclusion de requêtes peut être réduit á test de validité de formule logique. L'objectif de cette thèse est d'identifier les divers fragments de SPARQL (et PSPARQL) et les langages de description logique de schéma pour lequelle l'inculsion est décidable. En outre, afin de fournir théoriquement et expériment- alement éprouvées procédures de vérifier l'inclusion de ces fragments décid- ables. Pas durer au moins mais, cette thèse propose un point de repère pour les solveurs d'inclusion. Ce benchmark est utilisé pour tester et comparer l'état actuel des solveurs d'inclusion. / Query containment is a well-studied problem spanning over several decades of research. Generally, it is defined as the problem of determining if the result of one query is included in the result of another query for any given dataset. It has major applications in query optimization and knowledge base verification. The main objective of this thesis is to provide sound and complete procedures to determine containment of SPARQL queries under expressive description logic axioms. Further, to support theoretical results by experimentation. To date query containment has been done using different techniques: containment mapping, canonical databases, automata theory techniques and through a reduction to the validity problem in logic. In this thesis, we use the later technique to address containment using an expressive logic called mu-calculus. In doing so, RDF graphs are encoded as transitions systems, and queries and schema axioms are encoded as mu-calculus formulae. Thereby, query containment can be reduced to validity test in the logic. The focus of this thesis is to identify various fragments of SPARQL (and PSPARQL) and description logic schema languages for which containment is decidable. Additionally, to provide theoretically and experimentally proven procedures to check containment of those decidable fragments. Last not but least, this thesis proposes a benchmark for containment solvers. This benchmark is used to test and compare the current state-of-the-art containment solvers.

La rapidité, la consommation énergétique et l'efficacité des systèmes logiciels et matériels sont devenues les préoccupations majeures de la communauté informatique de nos jours. Gérer de manière correcte et efficace les problématiques mémoire est essentiel pour le développement des programmes de grande tailles sur des architectures de plus en plus complexes. Dans ce contexte, cette thèse contribue aux domaines de l'analyse mémoire et de la compilation tant sur les aspects théoriques que sur les aspects pratiques et expérimentaux. Outre l'étude approfondie de l'état de l'art des analyses mémoire et des différentes limitations qu'elles montrent, notre contribution réside dans la conception et l'évaluation de nouvelles analyses qui remédient au manque de précision des techniques publiées et implémentées. Nous nous sommes principalement attachés à améliorer l'analyse de pointeurs appartenant à une même structure de données, afin de lever une des limitations majeures des compilateurs actuels. Nous développons nos analyses dans le cadre général de l'interprétation abstraite « non dense ». Ce choix est motivé par les aspects de correction et d'efficacité : deux critères requis pour une intégration facile dans un compilateur. La première analyse que nous concevons est basée sur l'analyse d'intervalles des variables entières ; elle utilise le fait que deux pointeurs définis à l'aide d'un même pointeur de base n'aliasent pas si les valeurs possibles des décalages sont disjointes. La seconde analyse que nous développons est inspirée du domaine abstrait des Pentagones ; elle génère des relations d'ordre strict entre des paires de pointeurs comparables. Enfin, nous combinons et enrichissons les deux analyses précédentes dans un cadre plus général. Ces analyses ont été implémentées dans le compilateur LLVM. Nous expérimentons et évaluons leurs performances, et les comparons aux implémentations disponibles selon deux métriques : le nombre de paires de pointeurs pour lesquelles nous inférons le non-aliasing et les optimisations rendues possibles par nos analyses / This thesis was motivated by the emergence of massively parallel processing and supercomputingthat tend to make computer programming extremely performing. Speedup, the power consump-tion, and the efficiency of both software and hardware are nowadays the main concerns of theinformation systems community. Handling memory in a correct and efficient way is a step towardless complex and more performing programs and architectures. This thesis falls into this contextand contributes to memory analysis and compilation fields in both theoretical and experimentalaspects.Besides the deep study of the current state-of-the-art of memory analyses and their limitations,our theoretical results stand in designing new algorithms to recover part of the imprecisionthat published techniques still show. Among the present limitations, we focus our research onthe pointer arithmetic to disambiguate pointers within the same data structure. We develop ouranalyses in the abstract interpretation framework. The key idea behind this choice is correctness,and scalability: two requisite criteria for analyses to be embedded to the compiler construction.The first alias analysis we design is based on the range lattice of integer variables. Given a pair ofpointers defined from a common base pointer, they are disjoint if their offsets cannot have valuesthat intersect at runtime. The second pointer analysis we develop is inspired from the Pentagonabstract domain. We conclude that two pointers do not alias whenever we are able to build astrict relation between them, valid at program points where the two variables are simultaneouslyalive. In a third algorithm we design, we combine both the first and second analysis, and enhancethem with a coarse grained but efficient analysis to deal with non related pointers.We implement these analyses on top of the LLVM compiler. We experiment and evaluate theirperformance based on two metrics: the number of disambiguated pairs of pointers compared tocommon analyses of the compiler, and the optimizations further enabled thanks to the extraprecision they introduce

Cette thèse propose un nouveau cadre pour la composition de domaines abstraits. L'idée principale en est l'organisation d'une sémantique abstraite suivant la distinction usuelle entre expressions et instructions, en cours dans la plupart des langages impératifs. La définition d'une sémantique abstraite peut alors se diviser entre abstractions de valeurs et abstractions d'états (ou domaine abstrait). Les abstractions de valeurs représentent les valeurs possibles d'une expression en un point donné, et assurent l'interprétation de la sémantique des expressions. Les abstractions d'états représentent les états machines qui peuvent se produire lors de l'exécution d'un programme, et permettent d'interpréter la sémantique des instructions. De ce choix de conception découle naturellement un élégant système de communication entre abstractions. Lors de l'interprétation d'une instruction, les abstractions d'états peuvent échanger des informations au moyen d'abstractions de valeurs, qui expriment des propriétés à propos des expressions. Les valeurs forment donc une interface de communication entre états abstraits, mais sont également des éléments canoniques de l'interprétation abstraite. Ils peuvent donc eux-même être combinés par les moyens existants de composition d'abstractions, permettant encore davantage d'interactions entre les composants des sémantiques abstraites. Cette thèse explore les possibilités offertes par cette nouvelle architecture des sémantiques abstraites. Nous décrivons en particulier des stratégies efficaces pour le calcul d'abstractions de valeurs précises à partir des propriétés inférées par les domaines, et nous illustrons les différentes possibilités d'interactions que ce système offre. L'architecture que nous proposons inclue également une collaboration directe des abstractions pour l'émission des alarmes qui signalent les erreurs possibles du programme analysé. Nous proposons également un mécanisme permettant d'interagir avec les composants d'une combinaison générique de types OCaml. Nous utilisons des GADT pour encoder la structure interne d'une combinaison, et construisons automatiquement les fonctions d'injection et de projection entre le produit et ses composants. Cette fonctionnalité permet d'établir une communication directe entre les différentes abstractions d'un interpréteur abstrait. Enfin, une dernière contribution de cette thèse est l'extension automatique de domaines abstraits à l'aide de prédicats logiques qui évitent les pertes d'information aux points de jonction. De fait, lorsque plusieurs chemins d'exécution se rejoignent, un domaine abstrait doit représenter les comportements possibles de chacun des chemins, ce qui engendre souvent des pertes de précision. Pour remédier à cette limitation, nous proposons de propager un ensemble d'états abstraits, munis chacun d'un prédicat qui indique sous quelle condition l'état est valable. Contrairement à d'autres approches, notre analyse ne maintient pas une stricte partition des états abstraits, car les prédicats utilisés ne sont pas mutuellement exclusifs. Cette particularité rend possible des optimisations cruciales pour le passage à l'échelle de cette technique, confirmée par nos résultats expérimentaux sur un programme industriel généré. L'ensemble du système de composition des abstractions proposé dans cette thèse a été mis en œuvre dans EVA, la nouvelle version de l'interpréteur abstrait de Frama-C. EVA a été spécifiquement conçu pour faciliter l'introduction de nouvelles abstractions et permettre des interactions riches entre ces abstractions. Grâce à son architecture modulaire et extensible, cinq nouveaux domaines abstraits ont pu être introduit dans l'analyseur en moins d'un an, améliorant ainsi tant ses capacités que sa précision. / This thesis proposes a new framework for the combination of multiple domains in the abstract interpretation theory. Its core concept is the structuring of the abstract semantics by following the usual distinction between expressions and statements. This can be achieved by a convenient architecture where abstractions are separated in two layers: value abstractions, in charge of the expression semantics, and state abstractions —or abstract domains—, in charge of the statement semantics. This design leads naturally to an elegant communication system where the abstract domains, when interpreting a statement, interact and exchange information through value abstractions, that express properties about expressions. While the values form the communication interface between domains, they are also standard elements of the abstract interpretation framework. The communication system is thus embedded in the abstract semantics, and the usual tools of abstract interpretation apply naturally to value abstractions. For instance, different kinds of value abstractions can be composed through the existing methods of combination of abstractions, enabling even further interaction between the components of the abstract semantics. This thesis explores the possibilities offered by this framework. We discuss efficient strategies to compute precise value abstractions from the information inferred by abstract domains, and illustrate the means of communication between different state abstractions. Our architecture also features a direct collaboration for the emission of alarms that report the possible errors of a program. We also proposes a mechanism to enable interacting with the components of a modular combination of OCaml types. We use GADT to encode the inner shape of a combination, and automatically build injection and projection functions between a product of datatypes and its components. This allows direct communications between the abstractions of an abstract interpreter. Finally, a last contribution of this thesis is the automatic extension of abstract domains to track sets of disjunctive abstract states, each one being qualified with a predicate for which the state holds. This enhances the precision of an abstract semantics at join points, when several possible paths of a program execution meet. At these points, predicates preserve the information usually lost by the merge of abstract states. Unlike other approaches, the analysis does not maintain a strict partition of the abstract states, as the predicates we use are not mutually exclusive. This design enables some optimizations that are crucial for scalability, as confirmed by our experimental results on an industrial, generated program. The general system of abstractions combination has been implemented within EVA, the new version of the abstract interpreter provided by the Frama-C platform. Thus, Eva enjoys a modular and extensible architecture designed to facilitate the introduction of new abstractions and to enable rich interactions between them. Thanks to this work, five new domains from the literature have been implemented in less than a year, enhancing the scope and the precision of the analyzer.

L’utilisation du parallélisme des architectures actuelles dans le domaine du calcul hautes performances, oblige à recourir à différents langages parallèles. Ainsi, l’utilisation conjointe de MPI pour le parallélisme gros grain, à mémoire distribuée et OpenMP pour du parallélisme de thread, fait partie des pratiques de développement d’applications pour supercalculateurs. Des erreurs, liées à l’utilisation conjointe de ces langages de parallélisme, sont actuellement difficiles à détecter et cela limite l’écriture de codes, permettant des interactions plus poussées entre ces niveaux de parallélisme. Des outils ont été proposés afin de palier ce problème. Cependant, ces outils sont généralement focalisés sur un type de modèle et permettent une vérification dite statique (à la compilation) ou dynamique (à l’exécution). Pourtant une combinaison statique/- dynamique donnerait des informations plus pertinentes. En effet, le compilateur est en mesure de donner des informations relatives au comportement général du code, indépendamment du jeu d’entrée. C’est par exemple le cas des problèmes liés aux communications collectives du modèle MPI. Cette thèse a pour objectif de développer des analyses statiques/dynamiques permettant la vérification d’une application parallèle mélangeant plusieurs modèles de programmation, afin de diriger les développeurs vers un code parallèle multi-modèles correct et performant. La vérification se fait en deux étapes. Premièrement, de potentielles erreurs sont détectées lors de la phase de compilation. Ensuite, un test au runtime est ajouté pour savoir si le problème va réellement se produire. Grâce à ces analyses combinées, nous renvoyons des messages précis aux utilisateurs et évitons les situations de blocage. / Supercomputing plays an important role in several innovative fields, speeding up prototyping or validating scientific theories. However, supercomputers are evolving rapidly with now millions of processing units, posing the questions of their programmability. Despite the emergence of more widespread and functional parallel programming models, developing correct and effective parallel applications still remains a complex task. Although debugging solutions have emerged to address this issue, they often come with restrictions. However programming model evolutions stress the requirement for a convenient validation tool able to handle hybrid applications. Indeed as current scientific applications mainly rely on the Message Passing Interface (MPI) parallel programming model, new hardwares designed for Exascale with higher node-level parallelism clearly advocate for an MPI+X solutions with X a thread-based model such as OpenMP. But integrating two different programming models inside the same application can be error-prone leading to complex bugs - mostly detected unfortunately at runtime. In an MPI+X program not only the correctness of MPI should be ensured but also its interactions with the multi-threaded model, for example identical MPI collective operations cannot be performed by multiple nonsynchronized threads. This thesis aims at developing a combination of static and dynamic analysis to enable an early verification of hybrid HPC applications. The first pass statically verifies the thread level required by an MPI+OpenMP application and outlines execution paths leading to potential deadlocks. Thanks to this analysis, the code is selectively instrumented, displaying an error and synchronously interrupting all processes if the actual scheduling leads to a deadlock situation.