Outils pour la conception formelle des systèmes concurrents Dr. Djamel Eddine SAIDOUNI Maître de conférence & Maître de recherche Laboratoire LIRE Département d’informatique Faculté des sciences de l’ingénieur Université Mentouri de Constantine E-mail : saidounid@hotmail.com Tel : 072629238

Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Plan Systèmes réactifs (SRs) Conception hiérarchique des SRs Vérification formelle des SRs Approche comportementale Approche de test formel Notion de conformité Algorithme MRCP Sémantique du vrai parallélisme Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Systèmes réactifs Un système réactif est un système capable d’interagir avec l’environnement à travers des points d’interaction. Chaque interaction du système change son état. Environnement État 0 État 1 a b c A l’état 0, l’interaction sur a est possible A l’état 1, l’interaction sur a n’est plus possible Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Systèmes réactifs M p c t Exemple : Machine à café r M p c r t G1 p i t c M G2 r p i t c M G3 r Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Systèmes réactifs Du point de vue de l’environnement, G1 et G2 offrent le même comportement. De ce même point de vue, les comportements de G1 et G2 diffèrent avec celui de G3. Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Méthodologie de conception Cahier de charges Spécification S0 Spécification Sn Spécification Sn+1 Implémentation Raffinement Contraintes environnementales Besoins utilisateur Vérification Résultat Contraintes conceptuelles Décisions Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Nature des interactions

Problème du test de la réalisation Spécification formelle finale écrite dans un modèle de spécification (Exp: RdP, LOTOS, ...) Réalisation du système. Accessible uniquement à travers des points d’interaction Ensemble de tests Génération Application Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Méthodologie de conception La trajectoire de conception consiste en un nombre d’étapes de conception d’un même système qui diffèrent par le niveau d’abstraction. On distingue 3 phases : La phase architecturale : formalisation des besoins informels. L’architecture doit être définie en terme de comportement observable (Boite noire). La phase d’implémentation La phase de réalisation : réalisation d’un système dans un environnement réel. Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Outils pour la conception formelle Modèle de spécification formelle : Le modèle de spécification doit posséder une syntaxe et une sémantique permettant d’exprimer le comportement architectural du système de manière naturelle. Un tel modèle doit avoir les caractéristiques suivantes: L’interaction est une notion intrinsèque Composition Distribution Communication Formalisme mathématique Supporter les contraintes conceptuelles Interactions atomiques ou non Les occurrences des interactions sont aléatoires ou obéissent à des lois de probabilité, ... etc Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Outils pour la conception formelle Raffinement de spécifications : On distingue deux méthodes de raffinement de spécifications Raffinement par transformation de parties de la spécification (Méthodologie de conception LOTOSPhere) Approche par de raffinement d’actions : Dans cette approche, toute action (interaction) est vue comme étant l’abstraction d’un processus. Dans ce cas le raffinement consiste en le remplacement de certaines actions de la spécification Sn par leur processus correspondant dans la spécification Sn+1. La sémantique sous-jacente doit supporter ce concept. Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Outils pour la conception formelle Vérification : La validation du système conçu consiste à montrer que son implémentation est conforme à sa spécification. On distingue deux approches : Approche boite blanche : La spécification et l’implémentation sont deux structures entièrement et librement exploitables. Approche boite noire : Appelée traditionnellement test des implémentations. Elle se substitue à la première approche lorsque l’implémentation n’est accessible que via ses points d’interaction avec l’environnement. Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Spécification formelle Modèles de spécification formelle Langages Modèles algébriques Réseaux de Petri Modèles sémantiques du parallélisme Types de sémantiques Types de modèles sémantiques Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Modèles de spécification formelle Algébriques Langages Réseaux de Petri CCS (Milner:79) CSP (Hoar:85) ACP (Bergstra:85) LOTOS (Bolognesi et Brinksma : 87) RT-LOTOS (Courtiat, Camargo et Saidouni:93) ET-LOTOS (Leduc et Dantine : 93) D-LOTOS (Saidouni et Courtiat : 2003) Estelle Maude (Logique de réécriture) Mobile Maude Real Time Maude Places/Transitions Prédicat Colorés Algébriques Bien formés Temporel Temporisé Temporisés stochastiques Temporisés stochastiques bien formés Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Modèles de spécification formelle La diversité des modèles de spécification est une conséquence de: Les écoles : Chaque école défend l’approche qu’elle juge meilleure Les contraintes conceptuelles : Prise en compte des durées d’actions Prise en compte des contraintes temporelles (attente, latence, urgence ... etc.) Prise en compte de lois d’occurrence des événement (processus stochastiques) L’utilisation d’un modèle donné et la prise en compte de contraintes conceptuelles (temps, durée, .. etc.)  L’utilisation d’un modèle sémantique approprié. Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Modèles sémantiques du parallélisme Types de sémantiques : La définition de la sémantique d’un modèle de spécification peut être donnée de quatre manières différentes dont chacune est utile dans une des phases de conception ou d’utilisation du modèle de spécification. Ces types de sémantiques sont : Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Types de sémantiques Sémantique informelle : C’est la première étape pour la définition de la sémantique du modèle de spécification. Cette sémantique exprime, dans un langage naturel, la sémantique de chaque construction (opérateurs, expressions, ...etc.) du modèle de spécification. Exemple : Etant donnés que A et B dénotent deux processus, l’expression A ||| B dénote que les processus A et B sont en parallèles Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Types de sémantiques Sémantique opérationnelle : C’est un ensemble de règles qui décrit de manière formelle l’interprétation pas à pas de toute spécification par la machine. Cette sémantique intéresse plus particulièrement les personnes désireux d’implanter le modèle de spécification (Construction d’un compilateur). Sémantique axiomatique : C’est un ensemble d’équations qui exprime les propriétés des opérateurs du modèle de spécification. Exemple : A ||| (B ||| C) = (A ||| B) ||| C Ce type de sémantique intéresse plus particulièrement les utilisateurs du modèle de spécification. Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Dr. Djamel-Eddine Saïdouni Types de sémantiques Sémantique dénotationnelle : Définie par le choix d’un domaine d’interprétation et la donnée d’une fonction d’interprétation sur ce domaine de l’ensemble des termes appartenant aux modèle de spécification (Expressions de comportement) [[ . ]] Expressions de Comportements Domaine d’interprétation [[S]] S Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni

Modèles sémantiques du parallélisme Modèles de non entrelacement Modèles d’entrelacement Modèles temporisés et stochastiques Arbres de synchronisation Systèmes de transitions étiquetées Arbres de refus Graphes de refus Arbres d’acceptance Automates temporisés Automates temporisés avec des durées d’actions Chaînes de Markove Modèles d’ordre partiel Modèles de vrai parallélisme Arbres causaux Arbres causaux dynamiques STEC Systèmes de transitions asynchrones Structures d’événements Arbres maximaux STEM Octobre 2007 Dr. Djamel-Eddine Saïdouni