Master UPMC Sciences et technologies, mention informatique Spécialité Systèmes et Applications

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1 Master UPMC Sciences et technologies, mention informatique Spécialité Systèmes et Applications Réparties Réalisation Assistée d Applications Réparties Projet - écriture d un générateur de code Encadreur : Auteurs : Fabrice KORDON Min XU Farès HASSAK Fabrice DOUCHANT Chen ZANG Abderahmane TOUIL Xuan-Tuong LE

2 Table des matières Introduction 1 1 Architecture des programmes générés Architecture des programmes générés Description de l API fournie Architecture du générateur de code Patron sémantique Patron syntaxique Validation Validation de l arbre sémantique Validation des programmes Java/RMI Conclusion 17 i

3 ii TABLE DES MATIÈRES

4 Introduction Les réseaux de Petri, avec leurs spécifiations initiales, donnent la possibilité de vérification de plusieurs propriétés d un système à construire. Ils offrent également la possibilité d obtenir des propriétés intéressantes pour l implémentation qui n apparaît pas dans la spécification du départ. Par example, le fait qu un réseau peut être partionné en plusieurs machines d états disjointes est utilisé pour construire les implémentations distribuées. L objectif de ce projet est donc d écrire un générateur de programmes Java/RMI à partir d un réseaux de Petri place/transition pré-analysé pour mettre en pratique les concepts vus en cours. Dans la suite du rapport, nous allons analyser dans le premier chapitre l architecture de notre prototype ainsi que les principaux choix qui sont liés à Java/RMI. Après cette analyse, nous allons présenter dans le deuxième chapitre l architecture de notre générateur de programmes et la manière dont nous avons structuré nos règles dans les différents patrons. Le troisième chapitre consacra aux techniques de validation que nous avons apportées au générateur et aux programmes générés. Enfin, nous clôturerons le rapport avec une synthèse ainsi que des remarques conclusives.

5 2 Introduction

6 Chapitre 1 Architecture des programmes générés Notre idée est de générer une partie du code et le code généré sera compilé avec une API fournie qui assure le bon fonctionnement de ce dernier. Dans ce chapitre, on va ainsi décrire le format des programmes générés et ensuite, nous allons présenter notre API. 1.1 Architecture des programmes générés Le but des programmes est d implémenter des automates communicants où les processus se communiquent entre eux. Il existe deux formes de synchronisation : les processus se communiquent via une barrière matérialisée, donc une transition synchrone. les processus se communiquent en accédant à une place de communication représentant le mode asynchrone. Dans tous les cas, on a besoin des communications entre un processus et une transition synchrone ou une place de communication. On a ainsi défini ces trois composants comme des objets RMI. Un processus est constitué d états qui sont représentés par des places locales dans le RdP. Pour chaque processus, on peut avoir plusieurs instances ou threads qui s exécutent en même temps. Celles-ci sont représentées par les jetons dans le RdP. Le programme que nous générons est une forme d initialisation de ces trois composants : les processus, les transitions synchrones et les places communicantes. Nous fournissons derrière une API qui se charge du bon déroulement de ces trois derniers. Ci-dessous est un exemple du code généré du schéma avec une transition asynchrone. On génère le code

7 4 1.1 Architecture des programmes générés Fig. 1.1 Schéma avec une transition synchrone Fig. 1.2 Schéma avec une place de communication de chaque processus et la place communication dans les différents fichiers Java. public class p r o c e s s u s 1 { public static void main ( S t r i n g [ ] args ) { Processus proc ; T r a n s i t i o n L o c a l e t ; try { proc=new ProcessusImpl ( p r o c e s s u s 1 ) ; new PlaceLocale ( P1out,new S t r i n g [ ] { P1 Takes }, new S t r i n g [ ] { }, proc ) ; new PlaceLocale ( P1in,new S t r i n g [ ] { P 1 r e l e a s e }, new S t r i n g [ ] { }, proc ) ; t=new T r a n s i t i o n L o c a l e ( P1 Takes, P1out, P1in, proc ) ; t. addpcin ( mutex, 1 ) ; t=new T r a n s i t i o n L o c a l e ( P 1 r e l e a s e, P1in, P1out, proc ) ; t. addpcout ( mutex, 1 ) ; new Jeton ( P1out, proc ). s t a r t ( ) ;

8 Architecture des programmes générés 5 new Jeton ( P1out, proc ). s t a r t ( ) ; R e g i s t r y r = LocateRegistry. c r e a t e R e g i s t r y ( ) ; r. bind ( p r o c e s s u s 1, proc ) ; } } System. out. p r i n t l n ( \ nprocessus p r o c e s s u s 1 e s t c r e e... ) ;... Le code d une place communicante que nous considérons comme un serveur de ressource : public class Ressource { public static void main ( S t r i n g [ ] args ) { PlaceComm pc ; R e g i s t r y r ; try { r = LocateRegistry. c r e a t e R e g i s t r y ( ) ; pc = new PlaceCommImpl ( mutex, 1 ) ; pc. initplacecomm ( p r o c e s s u s 2, P2 Takes, 1 ) ; pc. initplacecomm ( p r o c e s s u s 1, P1 Takes, 1 ) ; r. bind ( mutex, pc ) ; // l e s e r v e u r e s t p r e t... } } L ensemble de ces fichiers sera compilé avec l API fournie pour produire le code exécutable. Cette API sera décrite dans la suite. 1.2 Description de l API fournie L API correspond à l intelligence du déroulement de l application générée, elle permet le mouvement des jetons dans les processus et les communications inter-processus : places de communication et transitions de synchronisation. Voici comment se déroule une exécution :

9 6 1.2 Description de l API fournie un jeton a un état qui correspond à la place dans laquelle il se trouve. Lorsqu il arrive dans cette place, il essaie de changer d état en passant par une transition valide qui suit la place dans laquelle il est. Si aucune transition n est valide, il attend qu une le soit. C est ainsi que les jetons des processus sont en mouvement. les places de communication offrent des ressources et permettent de faire communiquer les processus : les transitions synchrones offrent le mécanisme de rendez-vous. Notre algorithme permet d implémenter toutes ces propriétés et ce du mieux possible. Dans un premier temps, les jetons s inscrivent aux places et parcourent les transitions pour en trouver une valide. Le parcours des transitions se fait pseudo-aléatoirement afin de ne pas être le même tout le temps, ce qui pourrait alors générer une famine : une même transition serait alors à chaque fois choisie. Pour qu une transition soit valide, la transition parcourt tous ses arcs entrants afin de vérifier qu ils sont valides : que les places réliées ont assez de jeton pour que la transition soit validée. Afin de gérer la possible concurrence de demandes de validations des transitions envers les places locales ou de communication, nous avons mis en place un système de réservation des jetons : une place qui se propose de valider une transition doit réserver les ressources ou les jetons pour cette transition. Cependant, les jetons réservés doivent être libérés si la transition ne peut pas être validée, c est à dire si au moins une place n a pas les jetons nécessaires. Nous avons aussi voulu un système réactif sans attente active. Pour effectuer cela, le système n effectue des traitements uniquement lorsq un évènement arrive : un nouveau jeton dans une place ou de nouvelles ressources dans une places de communication. Si aucun évenement n a lieu, il n est nullement nécessaire de faire de l attente active en parcourant toutes les transitions. Une fois que nous avons défini l architecture des programmes générés et l API en annexe, l étape suivante consiste à construire le générateur de code pour qu il ait accès aux informations nécessaires afin de produire le code exigé ce qui est l objectif du deuxième chapitre.

10 Chapitre 2 Architecture du générateur de code Dans ce chapitre, nous allons présenter l architecture du générateur de code qui est constitué d un patron sémantique et celui syntaxique. Nous détaillerons les règles que nous avons structurées dans ces patrons qui nous permettront de pouvoir générer des programmes Java/RMI spécifiés au premier chapitre. 2.1 Patron sémantique Selon l architecture des programmes générés abordée au premier chapitre, on a décidé d avoir trois entités principaux pour pouvoir contenir les informations du réseaux Petri : les processus : chaque processus est composé d une liste de place, d une liste de transitions locales et une liste de jeton. Chaque jeton correspond à un thread. Pour chaque transition locale, on a besoin d un arc en entrée, un en sortie ainsi qu une liste d arcs de communications en entrée et en sorties. les transitions synchrones : chaque transition synchrone contient naturellement une liste d arcs en entrée et celle en sortie. Ces informations nous permettent de savoir d où viennent les threads et l endroit où ils vont. les places communicantes : contrairement à une transition sychrone, chaque place de communication a seulement besoin de savoir les arcs en sorties. Comme on est en asynchrone, on ne s occupe pas de savoir d où viennent les jetons qui solicitent une place de communication. Ce choix nous a ramenés à construire l arbre sémantique indiqué à la figure 2.1. Pour le construire, nous avons défini un ensemble de règles sémantiques suivantes :

11 8 2.1 Patron sémantique Fig. 2.1 Arbre sémantique

12 Architecture du générateur de code 9 DO THE WORK (none) : construire la racine de l arbre. WORK ON LIST PROCESS (none) : construire la branche regroupant tous les processus. WORK ON ONE PROCESS (BELONG NUMBER : integer) : parcourir un entité BELONG, et construire le sous-arbre qui contient tous les composants d un processus : les places, les transitions locales, les instances et les arcs. WORK ON LIST PLACES (BELONG NUMBER : integer) : construire le sousarbre des places d un processus. WORK ON ONE PLACE (STT PLACE NODE : model entity) : travailler sur une place. WORK ON LIST TRANSITIONS (BELONG NUMBER : integer) : construire le sous-arbre des transitions d un processus. WORK ON ONE TRANSITION (TRANS NODE : model entity) : travailler sur une transition. WORK ON LIST SYNC (none) : construire la branche d arbre regroupant toutes les transitions synchrones. WORK ON ONE SYNC (SYNC NODE : model entity) : construire le sous-arbre d une transition synchrone. WORK ON LIST COMM (none) : construire la brache d arbre regroupant toutes les places de communications. WORK ON ONE COMM (COMM NODE : model entity) : construire le sous-arbre d une place de communication. 2.2 Patron syntaxique L arbre sémantique est formé, le patron syntaxique est seulement un ensemble de règles parcourant cet arbre pour produire le code exigée au premier chapitre. L intelligence de la production de code est située donc au niveau de l arbre sémantique. Dans le patron sémantique, pour chaque constructeur prédéfini identifié, on a fait une règle syntaxique : ANALYSIS RESULT cette règle permet le traitement de tous les objets du réseau de Petri LIST OF PROCESS INTERNAL LIST OF PROCESS ONE PROCESS LIST OF PLACES INTERNAL LIST OF PLACES ONE PLACE LIST OF OUT LA INTERNAL LIST OF OUT LA LIST OF OUT SA INTERNAL LIST OF OUT SA

13 Patron syntaxique LIST OF TRANSITIONS INTERNAL LIST OF TRANSITIONS ONE TRANSITION IN LA OUT LA LIST OF IN CA INTERNAL LIST OF IN CA LIST OF OUT CA INTERNAL LIST OF OUT CA LIST OF TOKENS INTERNAL LIST OF TOKENS Ces règles permettent de parcourir la liste des processus, et créer une nouvelle classe java pour chaque processus rencontré. Les composants de processus sont initialisés dans la méthode main de la classe, on crée un nouvel objet PlaceLocale pour chaque place contenue dans le processus, et un nouvel objet TransitionLocale pour chaque transition. Pour chaque jeton, un objet Jeton qui est un thread est créé et lancé. LIST OF SYNC INTERNAL LIST OF SYNC ONE SYNC LIST OF IN STT INTERNAL LIST OF IN STT LIST OF OUT STT INTERNAL LIST OF OUT STT Ces règles permettent de parcourir la liste des transition synchrones, une nouvelle classe java est créée pour l ensemble des transitions synchrones. LIST OF COMM INTERNAL LIST OF COMM ONE COMM INTERNAL ONE COMM OBJECT NAME OBJECT NAME VALUE OBJECT ARC SYNC OBJECT ARC COMM Ces règles permettent de parcourir la liste des places de communications, une nouvelle classe java est créée pour l ensemble des places de communications. Notre patron syntaxique permet donc de générer dynamiquement un fichier Java par processus, un pour les transitions synchrones et un pour les places de communications.

14 Chapitre 3 Validation Nous restons sur le principe que si l arbre sémantique est mal faite, la génération de code l est aussi c est pourquoi nous voulons valider dans un premier temps l arbre sémantique. Cependant, cette validation n est qu une condition nécessaire et non suffisante d où la validation des programmes Java/RMI. 3.1 Validation de l arbre sémantique Notre technique de validation de l arbre sémantique se fait simplement via un affichage HTML. Le résultat affiché nous permet de rassurer que l arbre est bien formée et les informations utiles y sont. Ci-dessous est le code HTML généré de l exemple anlzed-pn- 1.msm : <html> <body> <p> I l y a 2 processus, l e s v o i c i :</p><ul> < l i> <p>le p r o c e s s u s ( belong ) <b>p r o c e s s u s 1 </b> a <b>2</b> j e t o n s </p> <u> V o i c i s e s Places l o c a l e s : </u><ul><p> I l y a <b> 2</b> p l a c e s l o c a l e s, l e s v o i c i :</p><ul> < l i><p>l a p l a c e : <b>p1out</b> </p> E l l e a une t r a n s i t i o n ( out ) : <ul>< l i><b>p1 Takes</b></ l i> </ ul>...

15 Validation des programmes Java/RMI Fig. 3.1 Schéma du modèle anlzed-pn-1 fourni comme premier jeu de test 3.2 Validation des programmes Java/RMI Pour valider nos programmes Java/RMI générés, nous avons testé sept modèles dont cinq était déjà fourni. Les deux derniers modèles illustrant le concept FIFO et un train sont fournis sur le site SAR en Concernant le modèle de train, on trouve qu il y a l interblocage que l on n a pas eu le temps de résoudre. On croit que ce problème provient du fait qu on a construit un système de l attente passive, c est-à-dire les threads attentent quand il n y a pas assez de ressources dont ils ont besoin, après c est le serveur ressource qui les réveille. Au niveau de conception, c est un bon choix, mais cela augmente aussi la difficulté de codage. Si l on adopte la stratégie d attente active, on peut éviter ce problème, mais par contre ce ne sera pas une bonne conception. Finalement, il faut regarder soigneusement où il faut placer les blocs synchrones dans le code pour éviter cet interblocage. Fig. 3.2 Communication via une place communicante

16 Validation 13 Fig. 3.3 Communication via une transition synchrone Fig. 3.4 Communication via deux transitions synchrones

17 Validation des programmes Java/RMI Fig. 3.5 Communication via six transitions synchrones

18 Validation 15 Fig. 3.6 Communication via une place communicante et une transition synchrone Fig. 3.7 Concept FIFO pour un seul processus avec trois places communicantes

19 Validation des programmes Java/RMI Fig. 3.8 Train de 15 sections

20 Conclusion Ce projet nous a permis d appréhender la génération de code d une autre manière que celle vue dans le module CAR : une approche plus bas niveau en se basant sur des méthodes formelles permettant la vérification de code alors que l approche MDA est au niveau conceptuel, soit un niveau plus informel, se basant sur la modélisation.

21 18 Conclusion

22 Bibliographie [1] F. Kordon & W. El Kaïm, Petri nets and system engineering, first edition 2003, Code Generation, chapter 21, pages [2] MACAO, site officiel 2007, [3] METASCRIBE, site officiel 2006, 19

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