Adaptation en ligne de mécanismes de tolérance aux fautes par une approche à composants ouverts, On-line fault tolerance mechanisms adaptation based on open component models

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Sous la direction de Marc-Olivier Killijian, Jean-Charles Fabre
Thèse soutenue le 27 janvier 2009: INPT
L'adaptation en-ligne du logiciel de tolérance aux fautes permet de renforce la sûreté de fonctionnement du système et prenant en compte son environnement. L’adaptation nécessite de nouvelles techniques de conception. Ces travaux visent à comprendre et maîtriser l'impact des modifications du logiciel de tolérance aux fautes en opération sur les fonctionnalités du système, pour en maîtriser les effets de bords. L’approche proposée introduit une architecture réflexive à composants et une modélisation du logiciel. Un modèle structurel du logiciel permet de calculer et appliquer les modifications du contenu du logiciel. Un modèle comportemental décrit les observations attendues en fonctionnement. Il permet de déterminer les états permettant d’appliquer les modifications, d’amener et de maintenir le système dans ces états. Ces travaux montrent que, grâce aux capacités de manipulation et de contrôle en ligne du logiciel, la modification des mécanismes de tolérance aux fautes peut être réalisée en ligne de manière maîtrisée.
-Adaptation
-Réflexivité
-Modèle à composant
-Tolérance aux fautes
-Modèle comportemental
On-line fault tolerance adaptation aims at enforcing system dependability by taking into account operational conditions and environment. Adapting the system requires new design techniques. This work aims at understanding and mastering the impact of such software modification in operation, especially regarding side effects on functionalities and dependability properties. Our approach relies on a reflective architecture based on components and models of the software that reflects on the one hand the content of the software in terms of state and algorithms (architectural model) and on the other hand the expected correct behaviour (behavioural model). The first one is used to determine the modifications and apply them at runtime, and the second one is used to drive the system in a state in which modifications can be done consistently, and maintain the system in such a state. We show that; thanks to manipulation capabilities and execution control, we can master the modification of fault tolerance software and ensure correctness properties.
-Adaptation
-Reflection
-Component model
-Fault tolerance
-Behavioural modelling
Source: http://www.theses.fr/2009INPT011H/document
Publié le : vendredi 28 octobre 2011
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THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INP-T)
Discipline ou spécialité : Systèmes Informatiques


1Présentée et soutenue par Thomas Pareaud
Le 27 Janvier 2009

Titre :
Adaptation en ligne de mécanismes de tolérance
aux fautes par une approche à composants ouverts

JURY
Daniel Hagimont (Prof. INP-ENSEEIHT / IRIT)
Laurence Duchien (Prof. Univ. Lille / INRIA, Rapporteur)
Michel Raynal (Prof. Univ. Rennes / IRISA, Rapporteur)
François Taïani (MdC. Univ. Lancaster, Grande Bretagne)
Jean-Paul Blanquart (Ingénieur EADS-Astrium, Toulouse)
Marc-Olivier Killijian (CR CNRS, LAAS, Co-Directeur de thèse)
Jean-Charles Fabre (Prof. INP-ENSEEIHT / LAAS, Directeur de thèse)

École doctorale : EDSYS
Unité de recherche : Laas-Cnrs, Groupe TSF
Directeur(s) de Thèse : Jean-Charles Fabre, Marc-Olivier Killijian


1 Cette thèse a été financée par une bourse DGA-CNRS ainsi que le réseau d’excellence européen ReSIST
(Resilience for Survivability in IST).
2 AVANT-PROPOS
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été effectués au Laboratoire d’Analyse et
d’Architecture des Systèmes du Centre National de la Recherche Scientifique (LAAS-CNRS).
Je remercie Messieurs Malik Ghallab et Raja Chatila, qui ont assuré la direction du LAAS-
CNRS depuis mon entrée, pour m’avoir accueilli au sein de ce laboratoire.
Je souhaite grandement remercier la Délégation Générale de l’Armement (DGA) et le Réseau
d’Excellence Européen Resilience for Survivability in IST (ReSIST) pour avoir financé ces
travaux de thèses. Je remercie en particulier Messieurs Sarrazin et Blanc-Talon, responsables
du domaine scientifique « Ingénierie de l’Information » de la Mission pour la Recherche et
l’Innovation Scientifique (DGA/MRIS) qui ont su porter un regard extérieur positif sur ces
travaux.
Je remercie également Monsieur Jean Arlat et Madame Karama Kanoun, Directeurs de
Recherche CNRS, responsables successifs du groupe de recherche Tolérance aux fautes et
Sûreté de Fonctionnement informatique (TSF), pour m’avoir permis de réaliser ces travaux
dans ce groupe, et pour travailler d’arrache pied à fournir un environnement propice au travail
et aux échanges tous deux nécessaires pour effectuer une thèse dans les meilleures conditions.
J’exprime ma très sincère reconnaissance à Messieurs Jean-Charles Fabres, Directeur CNRS
et Professeur à l’Institut National Polytechnique de Toulouse, et Marc-Olivier Killijian,
Chargé de Recherche CNRS, pour m’avoir encadré, soutenu et encouragé tout au long de
cette thèse. Ces travaux sont le fruit de débats et discutions souvent enflammées que nous
avons eu ensemble. Ils ont su canaliser mes ardeurs, me permettant de prendre du recul sur les
travaux présentés ici. Ils ont su rendre inoubliables les années passées en leur compagnie.
Pour tout cela, je les en remercie.
3Je remercie Monsieur Daniel Hagimont, Professeur à l’Institut National Polytechnique de
Toulouse, pour l’honneur qu’il me fait en présidant mon jury de thèse, ainsi que :
 Madame Laurence Duchien, Professeur à l’Université de Lille
 Monsieur Michel Raynal, Professeur à l’Université de Rennes1
 Monsieur François Taïani, Professeur Assistant à l’Université de Lancaster
 Monsieur Jean-Paul Blanquart, Ingénieur à EADS-ASTRIUM et Responsable
d’études avancées en sûreté de fonctionnement et autonomie des systèmes spatiaux
pour l’honneur qu’ils me font en participant à mon jury de thèse. Je remercie particulièrement
Madame Laurence Duchien et Monsieur Michel Raynal qui ont accepté la charge d’être
rapporteurs, et pour leurs encouragements qu’ils m’ont fait.
Je tiens à remercier Thomas Robert (BoB) et Nicolas Salatge pour leur amitié et leur soutien.
Thomas a su partager avec moi de longues et fréquentes pauses café propices aux
formalisations les plus importantes de ces travaux de thèse. Nicolas a su montrer de l’intérêt à
mes travaux, et a su garder ma motivation intacte en dépit des difficultés rencontrées.
Je remercie également l’ensemble des membres du groupe TSF, permanents, doctorants, post-
doctorants et stagiaires pour leur constante disponibilité et leur gentillesse. Je pense tout
particulièrement à Yves Crouzet pour tous les services (informatiques et multimédia) qu’il a
grandement contribués à mettre en place au LAAS-CNRS.
Je souhaite remercier ceux qui sont toujours à mes côtés. Je veux bien entendu parler de ma
famille. Je remercie, ma femme, Lydie, mes parents, et mes beaux-parents, pour être toujours
à mes côtés, pour m’apporter leur soutien, leur confiance.
Enfin, je souhaite remercier toutes les personnes de l’ombre qui contribuent activement à la
vie de laboratoire, et donc à la réussite de tout un chacun. Je veux bien entendu parler des
membres du service informatique, du service du personnel, du service financier, du personnel
de la cantine, et tous les autres services sans lesquels le LAAS-CNRS ne pourrait fonctionner.

4SOMMAIRE
5 6 Introduction Générale............................................................................................................... 9
Chapitre I Sûreté de fonctionnement, tolérance aux fautes et adaptation ..................... 13
I.1 Introduction....................................... 15
I.2 Sûreté de Fonctionnement et Tolérance aux Fautes ....................................................... 16
I.3 Adaptation et Tolérance aux fautes............................... 25
I.4 Principes de l’approche proposée.................................. 35
Chapitre II Réflexivité et Modèles à composant................................................................ 39
II.1 Introduction........................................................................................................................ 41
II.2 Réflexivité et architecture logicielle............................... 42
II.3 Modèle à composant et conception ouverte ..................................................................... 48
II.4 Architecture réflexive pour l’adaptation ...................... 56
II.5 Conclusion .......................................................................................................................... 59
Chapitre III Adaptation du logiciel de tolérance aux fautes .......................................... 61
III.1 Introduction....................................... 63
III.2 Adaptation d’un logiciel distribué................................. 64
III.3 Modèles du logiciel............................................................................................................. 74
III.4 Adaptation en-ligne et contrôle...................................... 87
III.5 Conclusion ..................................................................... 108
Chapitre IV Étude de cas : développement d’un système adaptatif tolérant les fautes... 109
IV.1 Introduction.......................................................................................... 111
IV.2 Conception du logiciel de tolérance aux fautes........... 112
IV.3 Outils d’ingénierie......................................................... 117
IV.4 Mise en œuvre de l’approche ....................................... 123
IV.5 Résultats expérimentaux ................................................................................................. 137
IV.6 Conclusion ..................................................................... 140
Conclusion et perspectives ................................................. 141
Références bibliographiques.............................................. 145
Table des Matières................................................................................................................. 151
Index des Figures .................................. 157
Index des Tables ................................................................. 161

7
8 INTRODUCTION GÉNÉRALE
9 10

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