Un environnement pour le développement rigoureux de composants répartis : formalisation et outils logiciels

by Oleksandra Kulankhina

Doctoral thesis in Informatique

Under the supervision of Éric Madelaine.

defended on 14-10-2016

in Côte d'Azur , under the authority of École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) , in a partnership with Université de Nice (établissement de préparation) , Institut national de recherche en informatique et en automatiquE (Frqne). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) , Laboratoire Informatique, signaux et systèmes (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) , Models and methods of analysis and optimization for systems with real-time and embedding constraints (laboratoire) and Safe Composition of Autonomous applications with Large-SCALE Execution environment (laboratoire) .

  • Alternative Title

    A framework for rigorous development of distributed components : formalisation and tools


  • Abstract

    In this thesis we introduce an approach for rigorous design and development of distributed hierarchical component-based systems. The core idea of the presented work is to combine the well-known among the programmers techniques for modeldriven software design and the powerful formal verification methods able to ensure the functional properties of a distributed system and to detect errors at the early design stage. First, we introduce a UML-based graphical formalism for modelling architecture and behaviour of hierarchical components. Second, we formally specify a set of constraints that ensure the correct components composition with a focus on separation between the functional and non-functional aspects. Third, we explain how the graphical models can be automatically translated into an input for a model-checker. For this aim, we rely on a formally specified intermediate structure encoding the semantics of components behaviour as a network of synchronised parametrised label transition systems. We focus here on encoding the advanced features of distributed components such as one-to-many communications, reconfiguration, and asynchronous communications based on request-reply. Finally, we implement the approach in an integrated model-driven environment which comprises a set of graphical editors, an architecture static correctness validation plug-in, a plug-in translating the conceptual model into an input for a verification toolsuite CADP, and a generator of the implementation code


  • Abstract

    Dans cette thèse, nous proposons une approche rigoureuse pour la conception et le développement de systèmes à base de composants hiérarchiques distribués. L’idée de base du travail présenté est de combiner les techniques de conception de logiciels dirigées par les modèles, bien connues des programmeurs, avec des méthodes de vérification formelles puissantes, capables d’assurer les propriétés fonctionnelles d’un système distribué et de détecter les erreurs dès le stade de la conception. Tout d’abord, nous introduisons un formalisme graphique basé sur UML pour l’architecture et le comportement des composants hiérarchiques de modélisation. Deuxièmement, nous spécifions formellement un ensemble de contraintes qui assurent la correction de la composition des composants, en mettant l’accent sur la séparation entre les aspects fonctionnels et non-fonctionnels. Troisièmement, nous expliquons comment nos modèles graphiques peuvent être traduits automatiquement dans le formalisme d’entrée d’un model-checker. Nous nous concentrons ensuite sur le codage des fonctionnalités avancées de composants distribués, comme communications de 1 vers N, la reconfiguration et les communications asynchrones basées sur les appels de procédures distants. Enfin, nous mettons en oeuvre cette approche dans une plateforme intégrée orienté modèle qui comprend un ensemble d’éditeurs graphiques, un module de validation de la décision correcte de l’architecture statique, un module traduisant le modèle conceptuel dans une entrée pour la plateforme de vérification CADP, et enfin un générateur de code exécutable


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