Study of concurrency in real-time distributed systems

par Sandie Balaguer

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Stefan Haar.

Le jury était composé de Thomas Chatain, Béatrice Bérard, Bernard Berthomieu, Olivier F. Roux.

Les rapporteurs étaient Jiří Srba, Walter Vogler.

  • Titre traduit

    La concurrence dans les systèmes temps-réel distribués


  • Résumé

    Cette thèse s'intéresse à la modélisation et à l'analyse dessystèmes temps-réel distribués.Un système distribué est constitué de plusieurs composantsqui évoluent de manière partiellement indépendante. Lorsque des actionsexécutables par différentscomposants sont indépendantes, elles sont dites concurrentes.Dans ce cas, elles peuvent être exécutées dans n'importe quel ordre, sanss'influencer, et l'état atteint après ces actions ne dépend pas de leur ordred'exécution.Dans les systèmes temps-réel distribués, les contraintes de temps créent desdépendances complexes entre les composants et les événements qui ont lieu surces composants. Malgré l'omniprésence et l'aspect critique de ces systèmes,beaucoup de leurs propriétés restent encore à étudier.En particulier, la nature distribuée de ces systèmes est souvent laissée de côté.Notre travail s'appuie sur deux formalismesde modélisation: les réseaux de Petri temporels et les réseaux d'automatestemporisés, et est divisé en deux parties.Dans la première partie, nous mettons en évidence les différences entre lessystèmes temporisés centralisés et les systèmes temporisés distribués. Nouscomparons les formalismes principaux et leurs extensions, avec une approcheoriginale qui considère la concurrence.En particulier, nous montrons comment transformer un réseau de Petri temporelen un réseau d'automates temporisés qui a le même comportement distribué.Nous nous intéressons ensuite aux horloges partagées dans lesréseaux d'automates temporisés. Les horloges partagées sont problématiqueslorsque l'on envisage d'implanter ces modèles sur des architecturesdistribuées. Nous montrons comment se passer des horloges partagées, touten préservant le comportement distribué, lorsque cela est possible.Dans la seconde partie, nous nous attachons à formaliser les dépendancesentre les événements dans les représentations en ordre partieldes exécutions des réseaux de Petri (temporels ou non).Les réseaux d'occurrence sont une de ces représentations, et leur structuredonne directement les relations de causalité, conflit et concurrence entreles événements. Cependant, nous montrons que, même dans le cas non temporisé,certaines relations logiques entre les événements nepeuvent pas être directement décrites par ces relations structurelles.Après avoir formalisé les relations logiques en question, nous résolvons leproblème de synthèse suivant: étant donnée une formule logique qui décrit unensemble d'exécutions, construire un réseau d'occurrence associé,quand celui-ci existe.Nous étudions ensuite les relations logiques dans un cadre temporisé simplifié,et montrons que le temps crée des dépendances complexes entre les événements.Ces dépendances peuvent être utilisées pour définir des dépliages canoniques deréseaux de Petri temporels, dans ce cadre simplifié.


  • Résumé

    This thesis is concerned with the modeling and the analysis of distributedreal-time systems. In distributed systems, components evolve partlyindependently: concurrent actions may be performed in any order, withoutinfluencing each other and the state reached after these actions does notdepends on the order of execution. The time constraints in distributed real-timesystems create complex dependencies between the components and the events thatoccur. So far, distributed real-time systems have not been deeply studied, andin particular the distributed aspect of these systems is often left aside. Thisthesis explores distributed real-time systems. Our work on distributed real-timesystems is based on two formalisms: time Petri nets and networks of timedautomata, and is divided into two parts.In the first part, we highlight the differences between centralized anddistributed timed systems. We compare the main formalisms and their extensions,with a novel approach that focuses on the preservation of concurrency. Inparticular, we show how to translate a time Petri net into a network of timedautomata with the same distributed behavior. We then study a concurrency relatedproblem: shared clocks in networks of timed automata can be problematic when oneconsiders the implementation of a model on a multi-core architecture. We showhow to avoid shared clocks while preserving the distributed behavior, when thisis possible.In the second part, we focus on formalizing the dependencies between events inpartial order representations of the executions of Petri nets and time Petrinets. Occurrence nets is one of these partial order representations, and theirstructure directly provides the causality, conflict and concurrency relationsbetween events. However, we show that, even in the untimed case, some logicaldependencies between event occurrences are not directly described by thesestructural relations. After having formalized these logical dependencies, wesolve the following synthesis problem: from a formula that describes a set ofruns, we build an associated occurrence net. Then we study the logicalrelations in a simplified timed setting and show that time creates complexdependencies between event occurrences. These dependencies can be used to definea canonical unfolding, for this particular timed setting.


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