Static and Dynamic Analysis of Source Code and Software Visualization using the City Metaphor: contribution to enhance program understanding
Analyse statique et dynamique de code et visualisation des logiciels via la métaphore de la ville: contribution à l'aide à la compréhension des programmes.
Résumé
This work falls within the scope of research pertaining to the analysis and the visualization of software systems, especially for object oriented languages, and more precisely Java. In a nutshell, it can be said the aim of this thesis is to try to answer a fundamental question: what can we do to ease the understanding of software by its designers and developers ? This research work is mainly based on two axes. The first axis consists in analyzing software runtime, not only at method level, but also at basic bloc level, so as to be able to get meaningful and precise information about the runtime. For instance, we can acquire the different types of instances on call sites at runtime. The second axis considers the use of information coming from our dynamic analyzer of software runtime and allowing the visualization of these data. Indeed, this kind of information offers important details about software functioning and provide a way to explain the behavior of software, so as to identify performance, coding and even design and architecture issues. We propose a technique that allows flexible and efficient dynamic analysis of the execution of Java programs. We thus introduce a new technique and tool for gathering information not yet offered by other analyzers. This approach precisely traces the execution of programs with acceptable performance penalty, that is while keeping the traced programs usable. In addition, we propose and experiment an approach based on visualizing relationships within a software city representation. We introduce a new technique for representing relationships in 3D named the "3D Hierarchical Edge Bundles" that is based on an existing 2D technique, the "Hierarchical Edge Bundles". This approach keeps the power of the software city metaphor while adding the representation of the relationships within the software, in a readable way. These works are validated by, among others things, the development of a tracer and analyzer tool called VITRAIL JBInsTrace and a visualization tool called VITRAIL Visualizer. These tools are used on our current researches which consist in studying runtime of object-oriented programs.
Ce travail s'inscrit dans le cadre des recherches menées autour de l'analyse et la visualisation des logiciels, notamment les logiciels à objets, et en particulier Java. Très brièvement, on peut dire que le but de cette thèse revient à tenter de répondre à une question fondamentale: comment faire pour faciliter la compréhension du logiciel par ses développeurs et concepteurs ? Ce travail de recherche est basé en grande partie sur deux axes principaux. Le premier consiste à analyser l'exécution des programmes, non seulement au niveau de la méthode, mais bien au niveau du bloc de base, pour recueillir des données d'exécutions avec un maximum de précision comme par exemple les différents types d'instances sur les sites d'appels. Le second axe considère l'utilisation des informations apportées par notre analyse dynamique de l'exécution pour permettre la visualisation de ces données. En effet, ces informations offrent des détails intéressants sur le fonctionnement du programme et aident à expliquer le comportement du logiciel, aussi bien pour déceler les problèmes de performance que les problèmes de codages. Nous proposons une technique souple et efficace qui effectue une analyse dynamique de l'exécution de programmes Java. Nous introduisons ainsi une nouvelle technique et un nouvel outil permettant de recueillir des informations encore non proposées par d'autres analyseurs. Cette approche trace l'exécution précise des programmes tout en ayant une baisse des performances d'exécution acceptable, laissant le programme final utilisable. De plus, nous proposons et expérimentons une approche basé sur la visualisation des relations au sein d'une représentation du logiciel par une métaphore de ville. Nous introduisons une nouvelle technique de représentation des relations nommée "3D Hierarchical Edge Bundles" qui est basée sur une représentation 2D existante nommée "Hierarchical Edge Bundles". Cette approche conserve la puissance de visualisation du logiciel offerte par la métaphore de la ville tout en ajoutant la représentation des relations, et cela d'une façon lisible. Ces travaux sont validés entre autres par le développement d'un outil d'analyse nommé VITRAIL JBInsTrace et d'un outil de visualisation nommé VITRAIL Visualizer. Ces outils sont la base de nos recherche actuelles sur l'étude de l'exécution des programmes objets.