Conception d'applications cloud auto-adaptatives correct-by-construction à l'aide de méthodes formelles

Design of correct-by-construction self-adaptive cloud applications using formal methods

• Auteur / Autrice : Trinh Le Khanh
• Direction : Philippe Merle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et applications
• Date : Soutenance le 27/01/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mathématiques, sciences du numérique et de leurs interactions (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - Centre Inria de l'Université de Lille
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Self-adaptation for distributed services and large software systems (SPIRALS)
• Jury : Président / Présidente : Olga Kouchnarenko
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Bliudze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marie Jacquet, Marius Bozga

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ontologies (informatique)

Logiciels -- Maintenance

Méthodes formelles (informatique)

Systèmes adaptatifs (technologie)

Fiabilité

Informatique dans les nuages

Mots clés libres

JavaBIP

OCCIware

Approche "correct-par-construction"

Formal methods

Cloud computing

OCCIware

JavaBIP

Correct-By-Construction

Self-Adaptive

Résumé

Il est essentiel de coordonner correctement l'accès aux ressources cloud entre les composants logiciels cloud simultanés pour s'assurer qu'ils satisfont aux exigences des utilisateurs et du système et éviter les pannes opérationnelles et les blocages.Les systèmes cloud doivent être capables de s'adapter aux changements au moment de l'exécution sans interruption. Les approches traditionnelles ne séparent pas le code métier des calculs des composants de leur coordination, ce qui rend difficile le débogage et la maintenance. Les changements dans les politiques de coordination nécessitent non seulement de reprogrammer les composants, mais affectent également les autres composants qui interagissent avec eux. Dans ce doctorat thèse, nous ciblons la bonne coordination de l'accès aux ressources cloud entre les entités applicatives cloud concurrentes. Notre objectif est de garantir que les entités d'applications cloud simultanées disposent d'un accès correct aux ressources cloud. Dans cette thèse, j'apporte trois contributions principales:- J'introduis une approche de spécification basée sur une ontologie pour proposer NaturalBIP --- un langage pour spécifier les exigences fonctionnelles. Cette ontologie définit précisément les concepts et leurs relations dans un domaine spécifique. Ensuite, les spécifications sont écrites dans des modèles pseudo-naturels avec des espaces réservés restreints par les concepts de l'ontologie.- Je fournis un compilateur pour analyser et traduire les spécifications écrites en langage NaturalBIP en artefacts JavaBIP (c'est-à-dire JavaBIP GlueBuilder, transferts de données et propriétés de sécurité) et connecteurs BIP.- J'étends OCCIware avec des capacités de coordination à l'aide de JavaBIP. J'utilise la spécification Finite State Machine (FSM) dans la conception OCCIware pour spécifier le comportement du composant. Ensuite, la coordination entre eux est établie par JavaBIP généré à partir du compilateur NaturalBIP. Je calcule également des modèles BIP à partir des connecteurs BIP et du modèle de configuration pour vérifier la propriété sans blocage à l'aide d'iFinder, un outil de détection compositionnelle des blocages au moment de la conception.Avec ces contributions, je propose une chaîne d'outils pour développer des applications cloud auto-adaptatives correctes par construction et conclus cette thèse en présentant des perspectives futures pour améliorer ce travail.

Correctly coordinating access to cloud resources across concurrent cloud software components is essential to ensure that they satisfy user and system requirements and avoid operational faults and deadlocks. Cloud systems must be able to self-adapt to changes at runtime without interruption. Traditional approaches do not separate the code of the component computations from their coordination, making it hard to debug and maintain. Changes in coordination policies not only require reprogramming the components but also affect the other components that interact with them. In this Ph.D. thesis, We aim to ensure that concurrent cloud application entities have the correct access to cloud resources. In this thesis, I provide three main contributions:- I introduce an ontology-driven specification approach to propose NaturalBIP---a language for specifying functional requirements. This ontology precisely defines concepts and their relationships in a specific domain. Then, the specifications are written in pseudo-natural templates with placeholders restricted by ontology concepts.- I provide a compiler to analyze and translate the specifications written in NaturalBIP language into JavaBIP artifacts (i.e., JavaBIP GlueBuilder, data transfers, and safety properties) and BIP connectors.- I extend OCCIware with coordination capabilities using JavaBIP. I leverage the Finite State Machine (FSM) specification in OCCIware design to specify the component's behavior. Then, the coordination between them is established by JavaBIP generated from the NaturalBIP compiler. I also compute BIP models from the BIP connectors and the configuration model to verify the deadlock-free property using iFinder, a tool for the compositional detection of deadlocks at design time.With these contributions, I provide a toolchain to develop correct-by-construction self-adaptive cloud applications and conclude this thesis by presenting future perspectives to improve this work.