Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Méthodes formelles de génie logiciel“

Cet article traite de l’ Extreme Programming (XP), une approche assez nouvelle du génie logiciel « orienté utilisateur », qui rencontre un succès croissant dans son domaine. L’ Extreme Programming propose de centrer le développement collaboratif de logiciels sur les pratiques de programmation. Cette proposition le distingue nettement d’autres méthodologies de génie logiciel plus dépendantes de leurs instruments, plus formalisées et gérées d’une manière plus centralisée. Cet article décrit les interactions d’une équipe d’ Extreme Programming œuvrant au développement d’un progiciel de gestion de connaissances organisationnelles. En nous appuyant sur des techniques ethnographiques, nous y analyserons le développement de ce mode particulier de production de logiciels dans un lieu donné et l’hybridation singulière de documents, de conversations, d’outils logiciels et d’un agencement des bureaux qu’il y a provoqué. Nous examinerons quelques éléments parmi la vaste gamme de dispositifs, d’appareils, de techniques et de discours qui s’assemblent au cours de la production d’un système logiciel complexe contemporain. Nous soutiendrons que l’accent que met l’XP sur la programmation en tant qu’activité centrale et métaphore directrice ne peut être compris qu’à l’aune de sa concurrence avec des approches de génie logiciel expressément formelles et en lumière des cadres organisationnels du développement de logiciels. Comme nous le verrons, l’XP prend son essor en ré-incarnant les habitudes des métiers de la programmation en une pratique collective.

La spécification d’un système industriel nécessite la collaboration d’un ingénieur connaissant le système à modéliser et d’un ingénieur connaissant le langage de modélisation. L'utilisation d'un langage de spécification graphique, tel que les ASTD (Algebraic State Transition Diagram), permet de faciliter cette collaboration. Dans cette thèse, nous définissons une méthode de spécification graphique et formelle qui combine les ASTD avec les langages Event-B et B. L’ordonnancement des actions de la spécification est décrit par les ASTD et le modèle de données est décrit dans la spécification Event-B. La spécification B permet de vérifier la cohérence du modèle : les événements Event-B doivent pouvoir être exécutés lorsque les transitions associées doivent l’être. Un raffinement combiné des ASTD et d’Event-B permet la spécification incrémental du système. Afin de valider son apport, la méthode de spécification a été utilisée pour la spécification de cas d’études
Specifying industrial systems requires collaboration between an engineer that knows how the system works and an engineer that know the specification language. Graphical specification languages can help this collaboration. In this PhD Thesis a method is defined that combines ASTD (Algebraic State Transition Diagram), a formal graphical notation, with B and Event-B langagues. The ordering of actions is specified using ASTD and the data model is specified using Event-B. B specification is used to verify the consistency of the model : Event-B events have to be executed when the corresponding transitions have to be executed. A combined refinement allows to incrementaly design the system

Le travail décrit dans cette thèse a pour but d'étudier comment on peut appliquer les méthodes formelles à la parallélisassions, pour développer des programmes parallèles corrects. Comme un de nos objectifs est de travailler sur des applications en grandeur nature, nous avons, durant ce travail, collaboré avec des physiciens et chimistes de notre université afin de paralléliser trois de leurs applications. Ces applications ont été parallélisées, sur l'origin 2000 du centre Charles Hermite, soit avec openmp, soit avec mpi, soit avec ces deux paradigmes à la fois. Afin de prouver qu'une parallèlisation basée sur une décomposition de domaines est correcte, nous avons développé une méthodologie adéquate qui demande à l'utilisateur d'abstraire son code séquentiel afin d'en obtenir une post-condition. Celle-ci nécessite d'être généralisée pour le code parallèle. Ensuite, on doit prouver que les post-conditions du code parallèle, plus la post-condition du code réalisant le collage des informations obtenues en parallèle, impliquent la post-condition du programme séquentiel. Si on ne spécifie pas la post-condition du code réalisant le collage, la preuve échoue, mais les obligations de preuves constituent la post-condition du code d'assemblage des calculs parallèles. Nous avons appliqué cette méthodologie à deux des parallelisations que nous avons effectuées. Pour montrer que l'on peut élaborer un programme à partir d'une spécification formelle et en faire la preuve, nous avons prouvé que le tri bitonique, facilement parallelisable, est correct en utilisant pvs. Nous avons également construit un compilateur qui permet de transformer une spécification unity d'un programme parallèle déterministe en un programme fortran que l'on peut exécuter sur une machine avec openmp.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'élaboration d'un environnement pour concevoir, spécifier et implanter des protocoles de communication en utilisant la Technique de Description Formelle (TDF) Estelle. Les différents outils courants d'aide au développement, basés sur Estelle, ne couvrent généralement pas l'ensemble des objectifs des différentes phases d'un développement de protocole. En outre, ils présentent souvent des interfaces utilisateur variés. Cette thèse propose une solution pour intégrer les outils Estelle existants ou à venir dans un environnement ouvert. La première partie présente la modélisation du processus de production du logiciel, puis le modèle de référence OSI, et enfin, selon un cycle de vie en V, les spécificités du processus de développement des logiciels pour les protocoles de communication. La seconde partie expose tout d'abord une synthèse sur l'intégration d'outils (par les données, par le contrôle, par la présentation et par le procédé), en insistant sur les interfaces publiques de structures d'accueil (ATIS, CAIS-A, PCTE), puis l'environnement support EAST, basé sur PCTE, retenu pour réaliser l'intégration d'outils Estelle. La troisième partie propose une modélisation PCTE d'une spécification en Estelle pour qu'elle soit partageable entre différents outils, une méthodologie d'intégration d'outils Estelle dans EAST (expérimenté par l'intégration des outils VEDA et Pet & Dingo), et un modèle d'aide au développement pour les étapes de spécification, validation et implémentation, indépendant des outils Estelle utilisés. Les résultats obtenus permettent d'envisager l'intégration d'outils associés à diverses TDF à partir d'une modélisation PCTE des concepts du modèle OSI.

L’objectif visé par cette thèse est la réutilisation de solutions architecturales prouvées en combinant des techniques de développement formelles et semi-formelles pour répondre aux problèmes du développement d’architecture. Notre contribution porte sur la définition, la validation et l’intégration des patrons d’architecture dans les environnements de développement logiciel. Nous proposons de formaliser la définition des patrons d’architecture en prenant en compte non seulement la partie solution mais aussi la partie problème et les liens entre celles-ci. La description fournie s’appuie d’une part sur une spécification en UML/OCL et un ensemble de stéréotypes, d’autre part sur un modèle de qualité qui établit les caractéristiques de qualité en terme de besoins fonctionnels et non-fonctionnels. Les propriétés de qualité sont spécifiées en utilisant le modèle de qualité ISO/IEC 9126-1. Nos patrons sont sémantiquement consolidés par leurs spécifications formelles en B, en suivant un schéma de transformation de UML/OCL vers B. L’intégration de notre démarche dans l’environnement de développement Objecteering UML Modeler, vise à aider les développeurs en fournissant un cadre sémantique pour les patrons d’architecture sans dévoiler l’aspect formel utilisé pour leur validation
The work presented in this thesis aims to reuse proved architectural solutions by combining formal and semi-formal development techniques to solve architectural development problems. Our contribution relates to the definition, the validation and the integration of architectural patterns into software development environments. We propose to formalize architectural patterns definition taking into account the problem part, the solution part and relationships between them. On one hand, the provided description is based on UML/OCL specification and a stereotype set, on the other hand on a quality model who establishes quality characteristics in terms of functional and non-functional requirements. Quality characteristics are specified using the ISO/IEC 9126-1 quality model. Our patterns are semantically consolidated by their B formal specifications following a transformational approach from UML/OCL to B. The integration of our approach in the UML Objecteering Modeler aims at helping the developer by providing a semantic framework for the architectural patterns without revealing the formal aspect used for their validation

Le respect de la vie privée par construction est de plus en plus mentionné comme une étape essentielle vers une meilleure protection de la vie privée. Les nouvelles technologies de l'information et de la communication donnent naissance à de nouveaux modèles d'affaires et de services. Ces services reposent souvent sur l'exploitation de données personnelles à des fins de personnalisation. Alors que les exigences de respect de la vie privée sont de plus en plus sous tension, il apparaît que les technologies elles-mêmes devraient être utilisées pour proposer des solutions davantage satisfaisantes. Les technologies améliorant le respect de la vie privée ont fait l'objet de recherches approfondies et diverses techniques ont été développées telles que des anonymiseurs ou des mécanismes de chiffrement évolués. Cependant, le respect de la vie privée par construction va plus loin que les technologies améliorant simplement son respect. En effet, les exigences en terme de protection des données à caractère personnel doivent être prises en compte au plus tôt lors du développement d’un système car elles peuvent avoir un impact important sur l'ensemble de l'architecture de la solution. Cette approche peut donc être résumée comme « prévenir plutôt que guérir ». Des principes généraux ont été proposés pour définir des critères réglementaires de respect de la vie privée. Ils impliquent des notions telles que la minimisation des données, le contrôle par le sujet des données personnelles, la transparence des traitements ou encore la redevabilité. Ces principes ne sont cependant pas suffisamment précis pour être directement traduits en fonctionnalités techniques. De plus, aucune méthode n’a été proposée jusqu’ici pour aider à la conception et à la vérification de systèmes respectueux de la vie privée. Cette thèse propose une démarche de spécification, de conception et de vérification au niveau architectural. Cette démarche aide les concepteurs à explorer l'espace de conception d'un système de manière systématique. Elle est complétée par un cadre formel prenant en compte les exigences de confidentialité et d’intégrité des données. Enfin, un outil d’aide à la conception permet aux concepteurs non-experts de vérifier formellement les architectures. Une étude de cas illustre l’ensemble de la démarche et montre comment ces différentes contributions se complètent pour être utilisées en pratique
Privacy by Design (PbD) is increasingly praised as a key approach to improving privacy protection. New information and communication technologies give rise to new business models and services. These services often rely on the exploitation of personal data for the purpose of customization. While privacy is more and more at risk, the growing view is that technologies themselves should be used to propose more privacy-friendly solutions. Privacy Enhancing Technologies (PETs) have been extensively studied, and many techniques have been proposed such as anonymizers or encryption mechanisms. However, PbD goes beyond the use of PETs. Indeed, the privacy requirements of a system should be taken into account from the early stages of the design because they can have a large impact on the overall architecture of the solution. The PbD approach can be summed up as ``prevent rather than cure''. A number of principles related to the protection of personal data and privacy have been enshrined in law and soft regulations. They involve notions such as data minimization, control of personal data by the subject, transparency of the data processing, or accountability. However, it is not clear how to translate these principles into technical features, and no method exists so far to support the design and verification of privacy compliant systems. This thesis proposes a systematic process to specify, design, and verify system architectures. This process helps designers to explore the design space in a systematic way. It is complemented by a formal framework in which confidentiality and integrity requirements can be expressed. Finally, a computer-aided engineering tool enables non-expert designers to perform formal verifications of the architectures. A case study illustrates the whole approach showing how these contributions complement each other and can be used in practice

Aujourd'hui, un des points cruciaux dans le développement des logiciels critiques est le passage de l'informel au formel. Le but de cette thèse est de définir ici une méthodologie de développement permettant un passage plus intuitif du cahier de charges (spécifications informelles) aux spécifications formelles d'un système, en tenant compte de son comportement dynamique. Cette méthodologie se base sur l'utilisation d'un modèle lisible et expressif. Notre choix s'est donc porté les réseaux de Pétri de haut niveau qui combinent trois qualités importantes : la représentation graphique, le comportement dynamique et l'abstraction des traitements. Elle peut se décomposer en plusieurs phases. D'abord nous tenterons une représentation graphique du cahier des charges par le réseau de Pétri proprement dit. Puis la phase d'interprétation du cahier des charges où nous annoterons le réseau de Pétri obtenu par du langage naturel. La troisième phase, dite de formalisation, transformera les annotations du réseau de Pétri en formules mathématiques (contraintes). Enfin nous terminerons par une phase de traduction automatique du réseau de Pétri en machine abstraite b et nous poursuivrons par une procédure b classique.

Les méthodes formelles légères facilitent l'introduction des outils formels en autorisant une spécification partielle du logiciel. En l'occurrence la granularité des vérifications dépend de la quantité d'information spécifiée. La fusion de ces méthodes semi-formelles (en particulier de la conception par contrat) et du test logiciel conduit à la notion de test basé sur les modèles (MBT). Ainsi, la découverte d'un oracle et la production des données de test peut être automatisée. Dans la génération automatique de tests, il est important de considérer le critère de qualité des tests produits. Cette qualité dépend des différents modes de productions. Le mode offrant la meilleur qualité consiste à analyser finement la spécification à l'aide de techniques de satisfaction de contraintes. Afin d'améliorer la qualité du logiciel, nous proposons dans cette thèse une méthodologie complète reposant sur la conception par contrat et différentes vérifications (dynamique et statique). En particulier, la génération automatique de tests dont l'enjeu est de produire de véritables scénarios de test qui suivent le plus précisément possible les spécifications ainsi qu'une stratégie de test clairement définie. La mise en œuvre des outils repose en grande partie sur un moteur de résolution de contrainte offrant une architecture ouverte. Ainsi l'utilisateur peut intégrer des types complexes qui ne sont pas supportés initialement grâce à la notion de constructeur de type. Nous présentons notamment le support pour deux types complexes: les tableaux bornés et les chaînes de caractères.

Actuellement, les applications interactives sont utilisées dans de nombreux domaines (guichets automatiques, tours de contrôle...), par des publics très différents (enfants, experts, handicapés...) et par un nombre important d'utilisateurs (interfaces de téléphones portables...) ou au contraire très spécifiques (logiciels conçus spécifiquement pour une entreprise). Elles sont de ce fait très diverses. De par la multiplicité des paramètres à prendre en compte, la conception et le développement des applications interactives sont devenus très coûteux. Afin de réduire ces coûts, des recherches sont actuellement menées sur le processus de conception. Cette thèse s'inscrit dans ces travaux. L'un des axes étudiés pour réduire le coût de production des applications interactives est la détection des erreurs le plus en amont possible pendant le processus de conception. Nous proposons de faciliter la vérification et la validation de la dynamique des applications (plus spécifiquement dénommée dialogue) tout au long de la conception, en fonction des spécifications recueillies auprès des futurs utilisateurs, exprimés sous forme de modèles de tâches. Les modèles de dialogue et les modèles de tâches représentent deux points de vue différents et complémentaires pour une même application. Nous proposons une approche de vérification de cohérence entre ces deux modèles tout au long du cycle de vie de l'application. Pour cela, nous avons défini des règles de cohérence entre les modèles que nous vérifions formellement en utilisant une méta-modélisation des formalismes que nous avons choisis après évaluation de leur utilisation pour une conception centrée-utilisateur.

Dans cette thèse nous nous intéressons à intégrer dans la distribution Linux produite par Mandriva une assurance qualité permettant de proposer des garanties de propriétés sur le code exécuté. Le processus de création d’une distribution implique l’utilisation de logiciels de provenances diverses pour proposer un assemblage cohérent et présentant une valeur ajoutée pour l’utilisateur. Ceci engendre une moindre maîtrise potentielle sur le code. Un audit manuel permet de s’assurer que celui-Ci présente de bonnes propriétés, par exemple, en matière de sécurité. Le nombre croissant de composants à intégrer, et la croissance de la quantité de code de chacun amènent à avoir besoin d’outils pour permettre une assurance qualité. Après une étude de la distribution nous choisissons de nous concentrer sur un paquet critique, le noyau Linux : nous proposons un état de l’art des méthodes de vérifications appliquées à ce contexte particulier, et identifions le besoin d’améliorer la compréhension de la structure du code source, la question de l’explosion combinatoire et le manque d’intégration des outils d’analyse de l’état de l’art. Pour répondre à ces besoins nous proposons une représentation du code source sous la forme d’un graphe, et l’utilisons pour aider à la documentation et à la compréhension de l’architecture du code. Des méthodes de détection de communautés sont évaluées sur ce cas pour répondre au besoin de l’explosion combinatoire. Enfin nous proposons une architecture intégrée dans le système de construction de la distribution permettant d’intégrer des outils d’analyse et de vérification de code
In this thesis we are interested in integrating to the Linux distribution produced by Mandriva quality assurance level that allows ensuring user-Defined properties on the source code used. The core work of a distribution and its producer is to create a meaningful aggregate from software available. Those softwares are free and open source, hence it is possible to adapt it to improve end user’s experience. Hence, there is less control over the source code. Manual audit can of course be used to make sure it has good properties. Examples of such properties are often referring to security, but one could think of others. However, more and more software are getting integrated into distributions and each is showing an increase in source code volume: tools are needed to make quality assurance achievable. We start by providing a study of the distribution itself to document the current status. We use it to select some packages that we consider critical, and for which we can improve things with the condition that packages which are similar enough to the rest of the distribution will be considered first. This leads us to concentrating on the Linux kernel: we provide a state of the art overview of code verification applied to this piece of the distribution. We identify a need for a better understanding of the structure of the source code. To address those needs we propose to use a graph as a representation of the source code and use it to help document and understand its structure. Specifically we study applying some state of the art community detection algorithm to help handle the combinatory explosion. We also propose a distribution’s build system-Integrated architecture for executing, collecting and handling the analysis of data produced by verifications tools

Ce chapitre démontre que la modélisation des réseaux de régulation biologiques est grandement facilitée par des méthodes symboliques de vérification formelle comme le model-checking et les preuves en logique de Hoare. Il présente une méthodologie complète de modélisation formelle où les approches logiques classiques du génie logiciel s'adaptent remarquablement efficacement au problème majeur de la modélisation des systèmes complexes: l'identification des paramètres.