Modele reactif et reflexif pour meta machines a etats finis

Abstract

Real-time systems play a vital role in our society. The next generation of real-time systems will have to be distributed and flexible. One of the most difficult aspects of their development is the capacity to reach better performance without compromising time constraints and their ability to dynamically adapt to their environments.

A reactive system is a real-time system that can dynamically adapt its behavior in reaction to events produced by an application. Our reactive and reflective model proposes a mechanism that can change its own behavior and dynamically adapt to its environment. This model adds a missing flexibility to traditional reactive systems at runtime.

The implementation of a reactive system is generally supported by a real-time kernel. Most real-time kernels and languages are large, complex, and not very flexible, making them hard to understand, develop, maintain and use. The availability of object-oriented languages and the recently developed microkernel approach provide new methodologies that can be applied in modelling of real-time kernel architectures for distributed processors. These microkernels should have efficient basic mechanisms and should offer subsystems with interchangeable policies at the user level.

In order to fulfill the requirements of flexibility and reusability, a new model for reactive, reflective, and distributed systems is proposed. This model allows the definition of finite meta state machines (MSM) based on an object-oriented design which facilitates their development and reuse. The purpose of this model is to make soft real-time applications simpler and more flexible for reactive cases.

An MSM is a task which reacts to its environment. A reactive system was implemented by one or more MSMs running on different processors. Our research focuses on the development of a model that integrates two fundamental properties: reactivity and reflection. The reactive aspect of the model allows an MSM to be activated in response to events that are internal or external to the system. The reflective aspect allows the user to modify the internal behavior of an MSM and its interface with the external environment. This model is particularly useful for reactive applications where each MSM has the ability to react to events and to dynamically adapt its behavior or impose a behavior onto the system. We achieve this reflective aspect by dynamically replacing the policies at hand in the MSMs and the microkernel.

Our model is applied to soft real-time systems. This model is supported by a language and a microkernel. Our React language ensures flexibility by allowing dynamic modification of the application and the microkernel behavior during compilation and runtime. Our open microkernel OpenKernel provides support to the React language in these types of applications. It offers several subsystems with different policies. Each subsystem specifies a uniform interface supporting the necessary reflective operations that replace policies in response to the needs of the application.

Abstract (AI English translation)

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Les systèmes en temps réel jouent un rôle vital dans notre société. La prochaine génération de systèmes en temps réel devra être distribuée et flexible. L'un des aspects les plus difficiles de leur développement est la capacité à atteindre de meilleures performances sans compromettre les contraintes de temps et leur capacité à s'adapter dynamiquement à leurs environnements.

Un système réactif est un système temps réel qui peut adapter dynamiquement son comportement en réaction aux événements produits par une application. Notre modèle réactif et réflexif propose un mécanisme capable de modifier son propre comportement et de s'adapter dynamiquement à son environnement. Ce modèle ajoute une flexibilité manquante aux systèmes réactifs traditionnels lors de l'exécution.

L'implémentation d'un système réactif est généralement supportée par un noyau temps réel. La plupart des noyaux et des langages temps réel sont volumineux, complexes et peu flexibles, ce qui les rend difficiles à comprendre, à développer, à maintenir et à utiliser. La disponibilité des langages orientés objet et l'approche micro-noyau récemment développée fournissent de nouvelles méthodologies qui peuvent être appliquées dans la modélisation des architectures de noyau en temps réel pour les processeurs distribués. Ces micro-noyaux doivent avoir des mécanismes de base efficaces et doivent offrir des sous-systèmes avec des politiques interchangeables au niveau de l'utilisateur.

Afin de répondre aux exigences de flexibilité et de réutilisabilité, un nouveau modèle de systèmes réactifs, réfléchissants et distribués est proposé. Ce modèle permet la définition de machines à méta-états finies (MSM) basées sur une conception orientée objet qui facilite leur développement et leur réutilisation. Le but de ce modèle est de rendre les applications soft temps réel plus simples et plus flexibles pour les cas réactifs.

Un MSM est une tâche qui réagit à son environnement. Un système réactif a été mis en œuvre par un ou plusieurs MSM fonctionnant sur différents processeurs. Notre recherche porte sur le développement d'un modèle qui intègre deux propriétés fondamentales : la réactivité et la réflexion. L'aspect réactif du modèle permet d'activer un MSM en réponse à des événements internes ou externes au système. L'aspect réflexif permet à l'utilisateur de modifier le comportement interne d'un MSM et son interface avec l'environnement extérieur. Ce modèle est particulièrement utile pour les applications réactives où chaque MSM a la capacité de réagir aux événements et d'adapter dynamiquement son comportement ou d'imposer un comportement au système. Nous obtenons cet aspect réflexif en remplaçant dynamiquement les politiques à portée de main dans les MSM et le micro-noyau.

Notre modèle est appliqué aux systèmes temps-réel souples. Ce modèle est supporté par un langage et un micro-noyau. Notre langage React assure la flexibilité en permettant la modification dynamique de l'application et du comportement du micro-noyau lors de la compilation et de l'exécution. Notre micro-noyau ouvert OpenKernel prend en charge le langage React dans ces types d'applications. Il propose plusieurs sous-systèmes avec des politiques différentes. Chaque sous-système spécifie une interface uniforme prenant en charge les opérations de réflexion nécessaires qui remplacent les politiques en réponse aux besoins de l'application.