Sémantique et outils institutionnels pour le UML

Institution-based Semantics and Tool Support for the UML

• Auteur / Autrice : Tobias Rosenberger
• Direction : Saddek Bensalem, Markus Roggenbach
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 03/11/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec University of Swansea (Swansea (GB))
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Verimag (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Arnold Beckmann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Monika Seisenberger, Marius Bozga
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Till Mossakowski, Martin Wirsing

Mots clés

Mots clés contrôlés

UML (informatique)

Mots clés libres

Modélisation

Vérification

Uml

Logique

Institutions

Outils

Tools

Modelling

Verification

Uml

Institutions

Logic

Résumé

Les techniques basées sur des modèles, en particulier le Unified Modeling Language (UML), ont trouvé une large adoption dans l’industrie du logiciel. Les méthodes formelles peuvent produire des logiciels avec des garanties de certaines propriétés souhaitées, ce qui est particulièrement intéressant concernant des questions de sûreté ou de sécurité. Les méthodes formelles ont été utilisées avec beaucoup de succès dans certains domaines comme la programmation des systèmes ferroviaires (ex. la vérification des lignes automatiques du métro parisien). Malgré ces avantages, l’adoption de méthodes formelles dans la plupart de l’industrie du logiciel a été limitée. Cette thèse fait partie d’une série de travaux visant à faciliter l’adoption de méthodes formelles en permettant une utilisation entièrement formelle d’UML. En poursuivant cet objectif,nous voulons suivre les meilleures pratiques d’ingénierie du logiciel comme le principe de non-répétition et la modularité.À cette fin, nous utilisons la théorie des institutions et le Heterogeneous Toolset (HeTS). La théorie des institutions est une manière systématique et modulaire de mettre en relation de différents formalismes. Le Heterogeneous Toolset est basé sur la théorie des institutions et met enœuvre la réutilisation d’outils à travers différents formalismes. C’est dans ce contexte que nous souhaitons intégrer l’UML, en apportant des sémantiques institutionnels et des implémentations dans HeTS pour les différents sous-langages de l’UML. Traductions entre ces institutions donnent alors une sémantique commune. Des traductions vers d’autres langages établis et implémentés dans HeTS nous permettent d’emprunter leurs outils.Les contributions de cette thèse à l’effort décrit ci-dessus consistent dans le développement de langages pour les UML State Machines et les UML Composite Structures et les traductions de ces langages vers le langage Casl. Nous présentons nos langages et traductions en termes de la théorie des institutions, ainsi qu’une implémentation prototypique dans HeTS. De plus, nous vérifions les propriétés de quelques spécifications dans nos langages pour une démonstration de la faisabilité de notre approche. Les expériences de nos travaux sur l’institutionnalisation, sur la programmation et la vérification font d’ailleurs ressortir plusieurs possibilités de travaux futurs.

Model-based techniques, in particular the Unified Modeling Language (UML), have found wideadoption in the software industry. Formal methods can produce software which is guaranteed topossess desired properties, this being of particular interest where safety or security are concerned.Formal methods have been used very successfully in certain fields like the railway domain (e.g.,the verification of the fully automatic lines of the Paris metro system). However, in the widersoftware industry the adoption of formal methods has been limited. This thesis is part of an effortto ease the uptake of formal methods by enabling a fully formal use of the UML. In pursuing thisgoal, we want to follow software engineering best practices such as the don’t-repeat-yourselfprinciple and modularity.To achieve this, we use Institution Theory and the Heterogeneous Toolset (HeTS). InstitutionTheory is a principled way to relate different formalisms in a modular way. The HeterogeneousToolset is based on Institution Theory and implements tool reuse across different formalisms. Thisis the context into which we wish to integrate the UML, by providing institutional semantics andHeTS implementations for the different UML sublanguages. Translations between these UMLinstitutions then give joint semantics. Translations to other established languages implementedin HeTS allow us to borrow their tool-support.The contributions of this thesis to the effort outlined above consist in the development oflanguages for UML State Machines and Composite Structures and translations to the existinglanguage Casl. We give an account of our languages and translations in terms of InstitutionTheory, as well as a prototypical implementation in HeTS. Further, we verify properties based onspecifications in our languages to demonstrate the feasibility of our approach. The experiencesfrom our work on institutionalisation, implementation and verification moreover point to severalopportunities for future work.