Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Les administrateurs, les développeurs, les concepteurs logiciels ont besoin de nouvelles approches pour faire face à la complexité croissante des systèmes informatiques. Afin de libérer les administrateurs de tâches répétitives et d'améliorer la réactivité des systèmes, ces systèmes, alors appelés systèmes autonomiques, tendent à être dotés de capacités d'auto-gestion telles que l'auto-configuration et l'auto-réparation. Ces capacités d'auto-gestion sont fortement couplées à la capacité du système à s'auto-adapter, c.-à-d. à modifier sa structure et son comportement alors qu'il est en cours d'exécution. Les approches se sont jusqu'alors concentrées sur l'auto-adaptation structurelle des systèmes à base de composants logiciels en remaniant les liaisons entre les composants. Dans notre approche, nous nous focalisons sur l'adaptation comportementale. Nous avons défini le modèle de composants MOCAS (Model Of Components for Adaptive Systems) pour permettre la réalisation de systèmes autonomiques à base de composants logiciels auto-adaptatifs. MOCAS repose sur une approche uniforme exploitant l'ingénierie des modèles : les capacités d'adaptation et les propriétés autonomiques de chaque composant reposent sur l'usage qui est fait par MOCAS du langage de modélisation UML. La structure d'un composant MOCAS repose sur les éléments natifs du langage MOCAS. Le comportement du composant est décrit avec une machine à états MOCAS. Cette machine est ensuite exécutée par le composant pour réaliser son comportement. Pour devenir adaptable, le composant est déployé dans un conteneur respectant ce même modèle. Une boucle de contrôle à base de composants MOCAS permet de réaliser des composants auto-adaptables de façon décentralisée et de les doter de propriétés autonomiques. Les politiques autonomiques exploitent alors les modèles de machines à états afin d'auto-configurer et d'auto-réparer les composants.

Les modèles à événements discrets sont, souvent, réalisés afin d’être simulés et par conséquent exécutés sur ordinateur.Certains codeurs de simulation optent pour une programmation impérative pour implémenter les comportements décrits par leurs machines à états.D’autres codeurs optent plutôt pour une programmation orientée objet.Ce paradigme de programmation, basé sur la notion d’objet, décline une nouvelle façon de voir un programme et son architectureToutes les solutions proposées manquent de clarté.Elles sont extrêmement coûteuses en terme de maintenabilité du code implémenté.L’utilisation exclusive des instructions conditionnelles rend toute correction au niveau du code difficile à réaliser, voire impossible dans certains cas. Aussi, elles souffrent au niveau de la réutilisabilité d’une partie du code. En effet, l’utilisation de telles instructions produit un code compacte, avec une forte cohésion entre les variables et fonctions du modèle implémenté. Par conséquent, le concepteur pourra réutiliser ce code qu’en un seul bloc.Toute dislocation du code est impossiblePour toutes ces raisons, nous proposons une nouvelle conception des modèles à événements discrets afin d’améliorer les qualités du code produit. Cette solution est basée sur le paradigme objet pour exploiter pleinement ses avantages tout en contournant ses limites. A cet effet, la solution proposée et détaillée dans cette thèse est un nouveau patron. Dans ce patron, les états et les événements sont réifiés pour avoir plus d’abstraction et de clarté. La réification permettra aux événements d’encapsuler des données et des comportements. Ainsi, nous pouvons déléguer aux événements de nouvelles responsabilités / Discrete event systems (State machine or Discrete Event system Specification) are often modeled in order to be simulated and therefore executed on a computer. Some simulation designers choose for imperative programming to implement the behaviors described by their state machines and others. Whereas, few of them choose for object-oriented programming: this paradigm of computer programming, based on the notion of object, declines a new way of seeing a program and its architecture.All of the proposed solutions found in the litterature lack clarity. They are extremely expensive in terms of debugging, reusing and changing the implemented model. The exclusive use of conditional statements if-else or switch case makes any code correction difficult to perform, even impossible in some cases. They also suffer from the reusability of some parts of the code. Indeed, the use of such instructions produces a compact code, with a strong cohesion (coupling) between the variables and functions of the implemented model. Therefore, the designer can reuse the corresponding code only in one block. Any extraction of a a piece of code which corresponds to a piece of behavior is impossible.For all these reasons, we propose a new design of discrete event systems, from the state machine to the DEVS, in order to improve the producted code qualities. This solution is based on the object paradigm to fully exploit its advantages while circumventing its limits. To this end, the solution proposed and detailed in this thesis is a new State-Event Design Pattern and its variants. Thus, the designer of simulation models will have a library of patterns to choose in order to satisfy his design requirements.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La modélisation par points de vue constitue la thématique générale de notre travail de thèse. C'est une approche de modélisation orientée objet, visant l'analyse et la conception des systèmes complexes avec une démarche centrée autour des acteurs interagissant avec le système. Notre équipe a ainsi développé un profil UML appelé VUML (View based UML), qui permet l'élaboration d'un modèle unique partageable à partir de vues associées aux points de vue des acteurs. Cependant, les travaux réalisés sur le profil VUML [Nassar, 05 ; Anwar, 09] ne couvrent pas les aspects comportementaux de la modélisation. En effet, – en proposant la notion de classe multivue – VUML traite les aspects structuraux liés à la composition des vues et au partage des données statiques sans prendre en compte la manière dont ces vues vont réagir, ni comment les synchroniser afin de représenter le comportement des objets multivue (instances d'une classe multivue). Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse cherchent à combler ce manque en dotant le profil VUML de nouveaux mécanismes permettant d'exprimer le comportement d'un système. Nous nous sommes concentrés pour cela sur le comportement des objets multivue décrit par des machines à états qui nécessitent des adaptations des concepts de modélisation UML. Pour réaliser cet objectif nous avons introduit la notion de sonde d'événements, qui permet de spécifier des communications implicites entre les vues par observation d'événements. Ceci permet de découpler des spécifications qui sont a priori fortement interconnectées, de les concevoir séparément par points de vue, selon les préconisations de la méthode VUML, puis de les intégrer sans avoir à les modifier. Nous avons tout d'abord défini le concept de sonde d'événements, identifié les différents types de sondes avec les paramètres associés, puis défini un ensemble de concepts permettant d'enrichir et de manipuler les sondes. Nous avons ensuite proposé une représentation compatible avec VUML des concepts introduits sous forme d'un profil nommé VxUML (extension de VUML). En plus de la définition des éléments du profil (stéréotypes, valeurs marquées, classes de librairie prédéfinies), nous avons développé en OCL des règles de bonne formation (sémantique statique). Pour illustrer l'intérêt des concepts introduits, nous avons développé une étude de cas en proposant une modélisation par points de vue complète traitant à la fois les aspects structurel et comportemental. Pour valider concrètement notre approche, nous avons développé, selon une approche IDM, un générateur de code qui prend en entrée une spécification de système en VxUML. Ce générateur utilise les techniques de transformation de modèles liées à la génération de code, et notamment les transformations de modèles indépendants de plate-forme (PIM) vers des modèles spécifiques à une plate-forme (PSM), et des modèles PSM vers le code ; il a été développé dans un premier temps avec le langage cible Java. Sur le plan méthodologique, nous avons défini une démarche associée à VxUML, qui complète celle de VUML, en permettant d'utiliser d'une manière méthodique les mécanismes dédiés au traitement du comportement. Désormais, le processus de développement VxUML permet une modélisation par points de vue complète, traitant à la fois les aspects structurel et comportemental. Mots clés : Conception par points de vue, profil VUML, profil VxUML, sonde d'événements, machine à états multivue, composition du comportement.

Nous proposons dans cette thèse les approches de test pour la composition de services web. Nous nous intéressons aux test unitaire et d’intégration d’une orchestration de services web. L’aspect de vérification d’exécution en-ligne est aussi consideré. Nous définissons une plateforme de test unitaire pour l’orchestration de services web qui compose une architecture de test, une relation de conformité et deux approches de test basés sur le modèle de machine à l’états finis étendues temporisés: l’approche offline où les activités de test comme la génération de cas de test temporisé, l’exécution de test et l’assignement de verdict sont appliquées en séquentielle tandis que ces activités sont appliquées en parallèle dans l’approche online. Pour le test d’intégration d’une orchestration, nous combinons deux approches: active et passive.Au debut, l’approche active est utilisée pour activer une nouvelle session d’orchestration par l’envoi d’un message de requête SOAP. Après, tous les messages d’entré et de sortie de l’orchestration sont collectés et analysés par l’approche passive.Pour l’aspect de vérification d’exécution en-ligne, nous nous intéressons à la vérification d’une trace qui respecte un ensemble des constraintes, noté règles, ou pas. Nous avons proposé extendre le langage Nomad en définissant des constraintes sur chaque action atomique et un ensemble de corrélation de données entre les actions pour définir des règles pour le service web. Ce langage nous permet de définir des règles avec le temps futur et passé, et d’utiliser des opérations NOT, AND, OR pour combiner quelque conditions dans le contexte de la règle. Ensuite, nous proposons un algorithme pour vérifier l’exactitude d’une séquence des messages en parallèle avec le moteur de collecte de trace. / In this thesis, we propose the testing approaches for web service composition. We focus on unit, integrated testing of an orchestration of web services and also the runtime verification aspect. We defined an unit testing framework for an orchestration that is composed of a test architecture, a conformance relation and two proposed testing approaches based on Timed Extended Finite State Machine (TEFSM) model: offline which test activities as timed test case generation, test execution and verdict assignment are applied in sequential, and online which test activities are applied in parallel. For integrated testing of an orchestration, we combines of two approaches: active and passive. Firstly, active approach is used to start a new session of the orchestration by sending a SOAP request. Then all communicating messages among services are collected and analyzed by a passive approach. On the runtime verification aspect, we are interested in the correctness of an execution trace with a set of defined constraints, called rules. We have proposed to extend the Nomad language, by defining the constraints on each atomic action (fixed conditions) and a set of data correlations between the actions to define the rules for web services. This language allows us to define a rule with future and past time, and to use the operations: NOT, AND, OR to combines some conditions into a context of the rule. Afterwards, we proposed an algorithm to check correctness of a message sequence in parallel with the trace collection engine. Specifically, this algorithm verifies message by message without storing them.

Nous avons étudié durant cette thèse les moyens de rendre le déploiement d'un intergiciel auto-adaptatif. Le type d'intergiciel que nous avons considéré ici est hiérarchique (structure de graphe) et distribué. Chaque sommet du graphe modélise un processus qui peut être déployé sur une machine physique ou virtuelle d'une infrastructure de type grille/cloud, les arêtes modélisent des liens de communications entre processus. Il offre aux clients des services de calcul haute performance. Les infrastructures de grilles/cloud étant élastiques (perte et ajout de nœuds), un déploiement statique n'est pas la solution idéale car en cas de panne on risque de tout reprendre à zéro, ce qui est coûteux. Nous avons donc proposé un algorithme auto-stabilisant pour que l'intergiciel puisse retrouver un état stable sans intervention extérieure, au bout d'un temps fini, lorsqu'il est confronté à certains types de pannes. Les types de pannes que nous avons considérés sont les pannes transitoires (simulé par la perte de nœuds, l'ajout de nouveaux nœuds, la perte de liens entre deux nœuds). Pour évaluer ces algorithmes, nous avons conçu un simulateur. Les résultats des simulations montrent qu'un déploiement, sujet à des pannes transitoires, s'auto-adapte. Avant d'en arriver à la phase de programmation du simulateur, nous avons d'abord proposé un modèle d'infrastructure distribuée (ce modèle permet de décrire des environnements de type grille/cloud), un modèle pour décrire certains types d'intergiciels hiérarchiques et enfin un modèle pouvant décrire un intergiciel en cours d'exécution (processus déployés sur les machines). / We have studied the means to make a middleware deployment self-adaptive. Our use case middleware is hierarchical and distributed and can be modeled by a graph. A vertex models a process and an edge models a communication link between two processes. The middleware provides high performance computing services to the users.Once the middleware is deployed on a computing infrastructure like a grid or cloud, how it adapt the changes in dynamic environment? If the deployment is static, it may be necessary to redo all the deployment process, which is a costly operation. A better solution would be to make the deployment self-adaptive. We have proposed a rules-based self-stabilizing algorithm to manage a faulty deployment. Thus, after the detection of an unstable deployment, caused by some transients faults (joining of new nodes or deletion of existing nodes which may modify the deployment topology), the system will eventually recover a stable state, without external help, but only by executing the algorithm.We have designed an ad hoc discrete events simulator to evaluate the proposed algorithm. The simulation results show that, a deployment, subjected to transients faults which make it unstable, adapts itself. Before the simulator design, we had proposed a model to describe a distributed infrastructure, a model to describe hierarchical middleware and a model to describe a deployment, that is the mapping between the middleware processes and the hardware on which they are running on.