Kevoree (Model@Runtime pour le développement continu de systèmes adaptatifs distribués hétérogènes)

La complexité croissante des systèmes d'information modernes a motivé l'apparition de nouveaux paradigmes (objets, composants, services, etc), permettant de mieux appréhender et maîtriser la masse critique de leurs fonctionnalités. Ces systèmes sont construits de façon modulaire et adaptable afin de minimiser les temps d'arrêts dus aux évolutions ou à la maintenance de ceux-ci. Afin de garantir des propriétés non fonctionnelles (par ex. maintien du temps de réponse malgré un nombre croissant de requêtes), ces systèmes sont également amenés à être distribués sur différentes ressources de calcul (grilles). Outre l'apport en puissance de calcul, la distribution peut également intervenir pour distribuer une tâche sur des nœuds aux propriétés spécifiques. C'est le cas dans le cas des terminaux mobiles proches des utilisateurs ou encore des objets et capteurs connectés proches physiquement du contexte de mesure. L'adaptation d'un système et de ses ressources nécessite cependant une connaissance de son état courant afin d'adapter son architecture et sa topologie aux nouveaux besoins. Un nouvel état doit ensuite être propagé à l'ensemble des nœuds de calcul. Le maintien de la cohérence et le partage de cet état est rendu particulièrement difficile à cause des connexions sporadiques inhérentes à la distribution, pouvant amener des sous-systèmes à diverger. En réponse à ces défi scientifiques, cette thèse propose une abstraction de conception et de déploiement pour systèmes distribués dynamiquement adaptables, grâce au principe du Model@Runtime. Cette approche propose la construction d'une couche de réflexion distribuée qui permet la manipulation abstraite de systèmes répartis sur des nœuds hétérogènes. En outre, cette contribution introduit dans la modélisation des systèmes adaptables la notion de cohérence variable, permettant ainsi de capturer la divergence des nœuds de calcul dans leur propre conception. Cette couche de réflexion, désormais cohérente "à terme", permet d'envisager la construction de systèmes adaptatifs hétérogènes, regroupant des nœuds mobiles et embarqués dont la connectivité peut être intermittente. Cette contribution a été concrétisée par un projet nommé ''Kevoree'' dont la validation démontre l'applicabilité de l'approche proposée pour des cas d'usages aussi hétérogènes qu'un réseau de capteurs ou une flotte de terminaux mobiles.The growing complexity of modern IT systems has motivated the development of new paradigms (objects, components, services,...) to better cope with the critical size of their functionalities. Such systems are then built as a modular and dynamically adaptable compositions, allowing them to minimise their down-times while performing evolutions or fixes. In order to ensure non-functional properties (i.e. request latency) such systems are distributed across different computation nodes. Besides the added value in term of computational power (cloud), this distribution can also target nodes with dedicated properties such as mobile nodes and sensors (internet of things), physically close to users for interactions. Adapting a system requires knowledge about its current state in order to adapt its architecture to its evolving needs. A new state must be then disseminated to other nodes to synchronise them. Maintaining its consistency and sharing this state is a difficult task especially in case of sporadic connexions which lead to divergent state between sub-systems. To tackle these scientific problems, this thesis proposes an abstraction to design and deploy distributed adaptive systems following the Model@Runtime paradigm. From this abstraction, the proposed approach allows defining a distributed reflexive layer to manipulate heterogeneous distributed nodes. In particular, this contribution introduces variable consistencies in model definition and divergence in system conception. This reflexive layer, eventually consistent allows the construction of distributed adapted systems even on mobile nodes with intermittent connectivity. This work has been realized in an open source project named Kevoree, and validated on various distributed systems ranging from sensor networks to cloud computing.RENNES1-Bibl. électronique (352382106) / SudocSudocFranceF

Politiques d'adaptation pour la reconfiguration du composant de localisation

International audienceLes approches à base de composants sont intensivement étudiées dans le cadre des systèmes complexes. Ces approches visent à concevoir des systèmes et des applications par assemblage de composants préfabriqués, réutilisables et faciles à maintenir. Afin de répondre à des besoins spécifiques, une des approches est l'utilisation de politiques d'adaptation permettant de reconfigurer dynamiquement le modèle à composants par rapport au contexte de son environnement. Le travail présenté dans cet article repose sur un cadre formel permettant de décrire des politiques d'adaptation appliquées à un composant de localisation. Ce composant, que nous spécifions en Fractal, permet de fournir une position optimale, obtenue à partir de plusieurs positions fournies par plusieurs systèmes de localisation (GPS, Wifi). Nous définissons deux politiques d'adaptation pour ce composant et simulons son fonctionnement sur une extension de Fractal. Suite aux expérimentations, nous proposons une extension des politiques d'adaptation pour prendre en compte de nouveaux aspects non fonctionnels

Modèles, outils et plate-forme d'exécution pour les applications à service dynamiques

L'essor de l'Internet et l'évolution des dispositifs communicants ont permis l'intégration du monde informatique et du monde réel, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux types d'applications, tels que les applications ubiquitaires et pervasives. Ces applications doivent s'exécuter dans des contextes hétérogènes, distribués et ouverts qui sont en constante évolution. Dans de tels contextes, la disponibilité des services et des dispositifs, les préférences et la localisation des utilisateurs peuvent varier à tout moment pendant l'exécution des applications. La variabilité des contextes d'exécution fait que l'exécution d'une application dépend, par exemple, des services disponibles ou des dispositifs accessibles à l'exécution. En conséquence, l'architecture d'une telle application ne peut pas être connue statiquement à la conception, au développement ou au déploiement, ce qui impose de redéfinir ce qu'est une application dynamique : comment la concevoir, la développer, l'exécuter et la gérer à l'exécution. Dans cette thèse, nous proposons une approche dirigée par les modèles pour la conception, le développement et l'exécution d'applications dynamiques. Pour cela, nous avons défini un modèle de composants à services permettant d'introduire des propriétés de dynamisme au sein d'un modèle de composants. Ce modèle permet de définir une application en intention, via un ensemble de propriétés, de contraintes et de préférences de composition. Une application est ainsi spécifiée de façon abstraite ce qui permet de contrôler la composition graduelle de l'application lors de son développement et de son exécution. Notre approche vise à effacer la frontière entre les activités effectuées avant et pendant l'exécution des applications. Pour ce faire, le même modèle et les mêmes mécanismes de composition sont utilisés de la conception jusqu'à l'exécution des applications. A l'exécution, le processus de composition considère, en plus, les services disponibles dans la plate-forme d'exécution permettant la composition opportuniste des applications ; ainsi que la variabilité du contexte d'exécution permettant l'adaptation dynamique des compositions. Nous avons mis en œuvre notre approche via un prototype nommé COMPASS, qui s'appuie sur les plates-formes CADSE pour la réalisation d'environnements logiciels de conception et de développement, et APAM pour la réalisation d'un environnement d'exécution d'applications à services dynamiques.The growth of the Internet and the evolution of communicating devices have allow the integration of the computer world and the real world, paving the way for developing new types of applications such as pervasive and ubiquitous ones. These applications must run in heterogeneous, distributed and open environments that evolve constantly. In such environments, the availability of services and devices, the preferences and location of users may change at any time during the execution of applications. The variability of the execution context makes the execution of an application dependent on the available services and devices. Building applications capable of evolving dynamically to their execution context is a challenging task. In fact, the architecture of such an application cannot be fully known nor statically specified at design, development or deployment times. It is then needed to redefine the concept of dynamic application in order to cover the design, development, execution and management phases, and to enable thus the dynamic construction and evolution of applications. In this dissertation, we propose a model-driven approach for the design, development and execution of dynamic applications. We defined a component service model that considers dynamic properties within a component model. This model allows defining an application by its intention (its goal) through a set of composition properties, constraints and preferences. An application is thus specified in an abstract way, which allows controlling its gradual composition during development and execution times. Our approach aims to blur the boundary between development-time and runtime. Thus, the same model and the same composition mechanisms are used from design to runtime. At runtime, the composition process considers also the services available in the execution platform in order to compose applications opportunistically; and the variability of the execution context in order to adapt compositions dynamically. We implemented our approach through a prototype named COMPASS, which relies on the CADSE platform for building software design and development environments, and on the APAM platform for building an execution environment for dynamic service-based applications.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

COSMOS : composition de noeuds de contexte

National audienceLes applications ubiquitaires évoluent dans une grande diversité de contextes d'utilisation. Or, cette diversité requiert une adaptation continuelle afin de préserver le bon fonctionnement des applications. Dès lors, l'observation du contexte joue un rôle prépondérant. Si les approches actuelles « centrée utilisateur » et « système » ont prouvé leur pertinence dans ce domaine, elles souffrent néanmoins de certaines limitations liées à l'expressivité des compositions des inférences et au passage à l'échelle. Par conséquent, nous proposons de réorganiser les fonctionnalités traditionnelles d'un gestionnaire de contexte de manière systématique en cycles « collecte / interprétation / identification de situations ». Cette approche repose sur la définition du concept de noeuds de contexte composés dans un graphe (hiérarchie avec partage), et l'expression du concept en composant et architecture logicielle pour faciliter la définition et la gestion des politiques de gestion de contexte

Adaptabilité et reconfiguration des systèmes temps-réel embarqués

Les systèmes temps réel peuvent être grands, distribués et avoir un environnement dynamique. Cela exige la mise en place de différents modes de fonctionnement et techniques de fiabilité. Par ailleurs, ces différents changements dynamiques d'architecture et de comportement ont un impact sur les caractéristiques temporelles des systèmes qui nécessitent une étude particulière de la capacité des comportements d'adaptation à garantir les contraintes fixées aux systèmes. Le travail présenté dans cette thèse est focalisé sur la spécification de l'adaptabilité d'un système temps réel et l'étude sur de jeux de configurations prédéfinis de l'impact temporel des actions d'adaptation dynamique. Pour cela, nous présentons une méthodologie outillée basée sur la notion de Mode du profil MARTE. Chaque mode représente un comportement possible du système pour un environnement bien déterminé associé à une configuration logicielle. L'approche développée propose de modéliser le comportement adaptatif à travers la définition du contexte, de la variabilité, des opérations de reconfigurations et de la configuration de base. L'analyse d'ordonnançabilité est ensuite effectuée au niveau du modèle en intégrant l'impact des comportements d'adaptation. Deux paradigmes de modélisation peuvent alors être exploités pour effectuer cette analyse : les requêtes et les flots de données. Cela permet de vérifier que les contraintes temporelles de notre système resteront satisfaites en intégrant les opérations de reconfiguration issues du comportement adaptatif. Enfin, l'approche permet de générer des implantations des comportements adaptatifs à partir des modèles afin d'automatiser l'intégration des mécanismes d'adaptation dans les systèmes temps réel.Real-time systems can be large, distributed and have a dynamic environment. This requires the introduction of various operating modes and reliability techniques. Different operating modes are associated with a different architecture and behavior. Dynamic changes between these modes have an impact on the temporal characteristics of systems which requires an analysis whether the constraints of the system are also fulfilled during adaptations. The work presented in this thesis is focused on specifying the adaptability and the study of the temporal impact of dynamic adaptation actions on a predefined set of configurations. For this purpose, we present a tooled methodology based on the concept of Mode of the MARTE profile. Each mode represents a possible behavior of the system for a well determined environment associated with a software configuration. The influence of these operations on the temporal behavior of the system is done via schedulability analysis. This methodology proposes to model the adaptive behavior through the definition of the context, the variability, the reconfiguration operations and of the base configuration. The schedulability analysis is performed at the model level by incorporating the impact of the behavior of adaptation. Two paradigms of modeling can be exploited to perform this analysis: request/reply and data flow. This allows to verify that the temporal constraints of our system will remain satisfied even with the inclusion of reconfiguration operations executing the adaptive behavior. Finally, the approach allows generating the implementation of adaptive behavior from the model to automate the integration of adaptation mechanisms in real-time systems.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Patrons de conception pour l’intégration graduelle de mécanismes d’adaptation dans les interfaces graphiques

Les interfaces graphiques de logiciels modernes requièrent de plus en plus de s’adapter à diverses situations et divers utilisateurs, rendant leur développement plus complexe. Peu de guides et de solutions à faible coût d’intégration dans un projet existent et sont trop souvent dépendants d’une technologie ou d’une plateforme donnée. Ce mémoire présente une technique pour l’implémentation graduelle de comportements adaptatifs dans les interfaces graphiques par le biais de patrons de conception. Les patrons de conception sont des solutions formalisées répondant à des problèmes récurrents, dans ce cas-ci de structuration d’un logiciel pour l’ajout de l’adaptation. Ces derniers sont présentés dans un format normalisé et une implémentation de référence a été développée sous forme de librairie baptisée AdaptivePy. Un prototype démonstratif est utilisé pour comparer une approche d’implémentation ad hoc à celle utilisant la librairie et donc les patrons. Les gains observés sont au niveau de la séparation des préoccupations, de la cohésion des méthodes, de la localisation des changements pour l’ajout de l’adaptation et de l’extensibilité. Aussi, ce mémoire présente des métriques visant la vérification de l’organisation des composants d’un logiciel structuré par l’application des patrons de conception. Ces métriques sont des indicateurs de la proportion des situations contextuelles du système que supporte un composant. Les métriques et leur calcul sont présentés dans un format basé sur ce- lui de l’ISO/IEC 25023 et une implémentation de référence a également été développée. Une application typique est évaluée grâce aux métriques et des actions correctives sont présentées pour résoudre les problèmes détectés. L’utilité des métriques pour valider une application développée en utilisant la structure induite par les patrons de conception est ainsi mise en évidence. La méthodologie du projet a suivi un processus itératif pour l’élaboration des patrons de conception et la recherche des métriques pour appuyer leur application dans un contexte pratique. Par l’analyse de la littérature pour identifier les concepts communs de l’adaptation et les éléments de mesure dans le domaine de l’adaptation, des solutions plus générales et adaptées à une grande variété de domaines d’application sont proposées. Parmi les contributions du projet sont trois nouveaux patrons de conceptions : Moniteur, Proxy routeur et Composant adaptatif. Aussi, deux métriques spécifiques ont été formalisées : la couverture modélisée de l’espace d’adaptation ainsi que la couverture effective de l’espace d’adaptation. En plus, deux métriques générales supplémentaires sont proposées : la profondeur de l’arbre de substitution et la stabilité de l’adaptation

Évaluation de l'apport des aspects, des sujets et des vues pour la composition et la réutilisation des modèles

National audienceThe reuse, the evolution or the fast adaptation of the code of an application are among the strongest concerns of companies. Model engineering tries to bring a solution putting the model in the center of the software development and by capturing the business know-how initially described in the code of the application. This approach has the advantage to make the description independant of software platforms. Our objective in this paper is to present three different approaches for the composition of models, to evaluate them using the criteria proposed by the AOSD-EUROPE network of excellence in order to extract relevant information. From this evaluation, this paper provides new proposals. The evaluation aims at showing the capacity of each approach to support the composition of both functional and extra-functional concerns

Adaptations dynamiques au contexte en informatique ambiante : propriétés logiques et temporelles

In ubiquitous computing, applications are built as a collaboration of computerized and communicating objects called devices. Because these devices can be mobile or subject to failures, this infrastructure evolves dynamically and unpredictably. Thus, to fit seamlessly into their environment and to provide the functionalities expected by users which are often more sustainable than the environment, applications must dynamically adapt to these changes. Each of these variable phenomena pursues its own dynamic. The challenge offered to adaptation mechanisms is to be able to consider them, with suitable dynamics.For this purpose, we propose an architectural model and an adaptation mechanism. The architectural model is based on four levels organized hierarchically according to their complexity and to the dynamics they can offer. We combine to this architectural model an adaptation mechanism. Based on the separation of concerns principle, our mechanism allows us to consider the variability of the system. Due to the unpredictability of the environment, the sets of adaptations that will be deployed by the upper levels of the architecture may not have been anticipated at design time. Also, thanks to some logical and temporal properties, these adaptations can be composed in non-anticipated way and with appropriate response time. The proposed mechanism, called cascaded aspects, is implemented using Aspects of Assembly and the WComp execution platform.En informatique ambiante, les applications sont construites en faisant interagir entre eux des objets informatisés et communicants appelés dispositifs. Parce que ces dispositifs peuvent être mobiles ou subir des pannes, cette infrastructure évolue dynamiquement et de manière imprévisible. Aussi, pour s’insérer de manière transparente dans leur environnement et fournir les fonctionnalités attendues par les utilisateurs, bien souvent plus pérennes que l’environnement sur lequel elles reposent, les applications doivent s’adapter dynamiquement à ces évolutions. Ces phénomènes variables poursuivant leur propre dynamique, le défi proposé aux mécanismes d’adaptation est d’être capable de les prendre encompte, avec une dynamique adaptée à chacun d’entre eux.Dans cette optique, nous proposons un modèle architectural ainsi qu’un mécanisme d’adaptation. Le modèle architectural repose sur quatre niveaux organisés hiérarchiquement en fonction de leur complexité et de la dynamique qu’ils peuvent offrir. Nous lui associons un mécanisme d’adaptation qui, à partir du principe de séparation des préoccupations permet d’exprimer la variabilité du système. En raison de l’imprévisibilité de l’environnement, les ensembles d’adaptations qui seront déployées par les niveaux supérieurs de l’architecture ne peuvent pas nécessairement être anticipés à la conception. Aussi, grâce à un ensemble de propriétés logiques et temporelles, ces adaptations peuvent être composées de manière non-anticipée dans des temps de réponse adaptés. Le mécanisme d’adaptation proposé, appelé cascade d’aspects, est expérimenté en se basant sur les Aspects d’Assemblages et la plateforme d’exécution WComp

Conception et implémentation de systèmes résilients par une approche à composants

L'évolution des systèmes pendant leur vie opérationnelle est incontournable. Les systèmes sûrs de fonctionnement doivent évoluer pour s'adapter à des changements comme la confrontation à de nouveaux types de fautes ou la perte de ressources. L'ajout de cette dimension évolutive à la fiabilité conduit à la notion de résilience informatique. Parmi les différents aspects de la résilience, nous nous concentrons sur l'adaptativité. La sûreté de fonctionnement informatique est basée sur plusieurs moyens, dont la tolérance aux fautes à l'exécution, où l'on attache des mécanismes spécifiques (Fault Tolerance Mechanisms, FTMs) à l'application. A ce titre, l'adaptation des FTMs à l'exécution s'avère un défi pour développer des systèmes résilients. Dans la plupart des travaux de recherche existants, l'adaptation des FTMs à l'exécution est réalisée de manière préprogrammée ou se limite à faire varier quelques paramètres. Tous les FTMs envisageables doivent être connus dès le design du système et déployés et attachés à l'application dès le début. Pourtant, les changements ont des origines variées et, donc, vouloir équiper un système pour le pire scénario est impossible. Selon les observations pendant la vie opérationnelle, de nouveaux FTMs peuvent être développés hors-ligne, mais intégrés pendant l'exécution. On dénote cette capacité comme adaptation agile, par opposition à l'adaptation préprogrammée. Dans cette thèse, nous présentons une approche pour développer des systèmes sûrs de fonctionnement flexibles dont les FTMs peuvent s'adapter à l'exécution de manière agile par des modifications à grain fin pour minimiser l'impact sur l'architecture initiale. D'abord, nous proposons une classification d'un ensemble de FTMs existants basée sur des critères comme le modèle de faute, les caractéristiques de l'application et les ressources nécessaires. Ensuite, nous analysons ces FTMs et extrayons un schéma d'exécution générique identifiant leurs parties communes et leurs points de variabilité. Après, nous démontrons les bénéfices apportés par les outils et les concepts issus du domaine du génie logiciel, comme les intergiciels réflexifs à base de composants, pour développer une librairie de FTMs adaptatifs à grain fin. Nous évaluons l'agilité de l'approche et illustrons son utilité à travers deux exemples d'intégration : premièrement, dans un processus de développement dirigé par le design pour les systèmes ubiquitaires et, deuxièmement, dans un environnement pour le développement d'applications pour des réseaux de capteurs. ABSTRACT : Evolution during service life is mandatory, particularly for long-lived systems. Dependable systems, which continuously deliver trustworthy services, must evolve to accommodate changes e.g., new fault tolerance requirements or variations in available resources. The addition of this evolutionary dimension to dependability leads to the notion of resilient computing. Among the various aspects of resilience, we focus on adaptivity. Dependability relies on fault tolerant computing at runtime, applications being augmented with fault tolerance mechanisms (FTMs). As such, on-line adaptation of FTMs is a key challenge towards resilience. In related work, on-line adaption of FTMs is most often performed in a preprogrammed manner or consists in tuning some parameters. Besides, FTMs are replaced monolithically. All the envisaged FTMs must be known at design time and deployed from the beginning. However, dynamics occurs along multiple dimensions and developing a system for the worst-case scenario is impossible. According to runtime observations, new FTMs can be developed off-line but integrated on-line. We denote this ability as agile adaption, as opposed to the preprogrammed one. In this thesis, we present an approach for developing flexible fault-tolerant systems in which FTMs can be adapted at runtime in an agile manner through fine-grained modifications for minimizing impact on the initial architecture. We first propose a classification of a set of existing FTMs based on criteria such as fault model, application characteristics and necessary resources. Next, we analyze these FTMs and extract a generic execution scheme which pinpoints the common parts and the variable features between them. Then, we demonstrate the use of state-of-the-art tools and concepts from the field of software engineering, such as component-based software engineering and reflective component-based middleware, for developing a library of fine-grained adaptive FTMs. We evaluate the agility of the approach and illustrate its usability throughout two examples of integration of the library: first, in a design-driven development process for applications in pervasive computing and, second, in a toolkit for developing applications for WSNs

Adaptation des composants centrée sur l'utilisation

Avec la notion de composant logiciel, la démarche de conception d'applications informatiques a vu apparaître une alternative intéressante à l'approche classique, où le développement est mené selon une approche centralisée. L'idée est en effet de permettre la construction d'applications adaptées aux besoins spécifiques de chaque utilisateur par assemblage de composants préexistants. Néanmoins, le choix de composants prédéfinis, sur étagère, pose le problème de leur adéquation à une utilisation spécifique. Dans ce contexte, la possibilité d'adapter les composants semble cruciale, si l'on souhaite rendre réellement effective l'approche de développement par assemblage de composants. Cette thèse introduit une nouvelle approche de l'adaptation de composants logiciels qui consiste à adapter le composant à ses contextes d'utilisation en se basant sur le point de vue de l'utilisateur. Nous décrivons le profil d'utilisation sous la forme d'un ensemble de triplets dont chacun spécifie les propriétés souhaitées, les réactions correspondantes à traiter dans le cas où une condition n'est pas vérifiée et les échéanciers d'évaluation des propriétés. Nous proposons aussi un service de supervision de composant (SSC) qui repose sur la surveillance de l'état des composants pour obtenir des clichés qui reflètent l'état actuel du composant et les changements récents. Nous définissons également le service de sûreté de service (SSS) qui intercepte les requêtes clientes et qui les délègue vers le composant le plus convenable, tout en gérant l'exécution du composant en fonction du profil d'usage. ABSTRACT : The concept of software component, provides an interesting alternative to the traditional way of designing data-processing applications, where the development is undertaken according to a centralized approach. The idea is indeed to allow the construction of applications adapted to the specific needs for each user by assembling preexistent components. Nevertheless, the choice of off-the-shelf components, raises the problem of their adequacy to a specific use. In this context, the ability to adapt components appears to be crucial, if one wishes to make really effective the approach of development by assembling components. This thesis introduces a new approach of the adaptation of software components which consists in adapting the component to its contexts of use centered on the point of view of the user. We describe a user profile as a set of triples, where each triple specifies the desired properties, the reactions to be run if a condition is not checked and the schedule of evaluation of properties. We propose also a service of supervision of component (SSC) which is based on the monitoring of the state of the components to obtain snapshots which reflect the current state of the component and the recent changes. We also define the service of safety of service (SSS) which intercepts the user requests and delegates them towards the most suitable component, while managing the execution of the component according to the profile of use