[論文レビュー] Compatibility Properties of Synchronously and Asynchronously Communicating Components

Rolf Hennicker, Michel Bidoit|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2016

Distributed systems and fault tolerance被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、I/O遷移系を用いて、コンポーネント指向システムにおける同期的および非同期的整合性の間の形式的関係を確立する。強いつきょう/弱いつきょう整合性が、強いつきょう/弱いつきょう非同期整合性を意味するかは、システムが半二重方式（任意の時点で高々1つのメッセージキューが非空である）であるかに依存する。非半二重方式のシステムでは、弱いつきょう非同期整合性を検証するための決定可能で十分な基準（WAC基準）を導入し、その条件が満たされない場合には反証が可能な完全性条件を提示する。

ABSTRACT

We study interacting components and their compatibility with respect to synchronous and asynchronous composition. The behavior of components is formalized by I/O-transition systems. Synchronous composition is based on simultaneous execution of shared output and input actions of two components while asynchronous composition uses unbounded FIFO-buffers for message transfer. In both contexts we study compatibility notions based on the idea that any output issued by one component should be accepted as an input by the other. We distinguish between strong and weak versions of compatibility, the latter allowing the execution of internal actions before a message is accepted. We consider open systems and study conditions under which (strong/weak) synchronous compatibility is sufficient and necessary to get (strong/weak) asynchronous compatibility. We show that these conditions characterize half-duplex systems. Then we focus on the verification of weak asynchronous compatibility for possibly non half-duplex systems and provide a decidable criterion that ensures weak asynchronous compatibility. We investigate conditions under which this criterion is complete, i.e. if it is not satisfied then the asynchronous system is not weakly asynchronously compatible. Finally, we discuss deadlock-freeness and investigate relationships between deadlock-freeness in the synchronous and in the asynchronous case.

研究の動機と目的

• メッセージ渡し通信を伴うコンポーネント指向システムにおける同期的および非同期的整合性の関係を調査すること。
• 同期的整合性が非同期的整合性を意味する条件、特に半二重方式の性質に焦点を当てること。
• 一般（半二重でない可能性もある）システムにおける弱いつきょう非同期整合性の決定可能で効果的な検証基準を開発すること。
• 同期的および非同期的合成におけるデッドロックフリー性とその整合性との関係を検討すること。
• 同期的整合性チェックを基盤として非同期システムの検証を実用的に行うための手法を提供すること。

提案手法

• コンポーネントが入力/出力行動および内部遷移を実行するI/O遷移系（IOTS）を用いて、コンポーネントの振る舞いを形式化すること。
• 強いつきょう/非同期整合性および弱いつきょう/非同期整合性の定義：強いつきょう整合性は出力の即時の受容を要件とするが、弱いつきょう整合性は入力の前に内部行動を許容する。
• 同期的および非同期的整合性が一致する鍵となる条件として、半二重方式を導入すること。
• 弱いつきょう非同期整合性を検証する決定可能で十分な条件として、WAC基準（Weak Asynchronous Compatibility criterion）を提案すること。
• 条件を満たさない場合に弱いつきょう非同期整合性を反証できる完全性基準を開発すること。
• 既存のツール（例：MIO Workbench）を活用し、同期的整合性チェックを用いて実用的な検証を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強いつきょう（または弱いつきょう）整合性が、強いつきょう（または弱いつきょう）非同期整合性を十分かつ必要とする条件は何か？
• RQ2 半二重方式でないシステムに対しても、弱いつきょう非同期整合性を検証する決定可能な基準を確立できるか？
• RQ3 提案されたWAC基準は、弱いつきょう整合性を持つシステムをどれだけ網羅的に特定できるか。また、条件が満たされない場合に、整合性の反証にどのように利用できるか？
• RQ4 同期的および非同期的合成におけるデッドロックフリー性の関係は何か？
• RQ5 非同期整合性の検証を、決定可能な同期的整合性チェックにどのように還元できるか？

主な発見

• 強いつきょう（または弱いつきょう）整合性が強いつきょう（または弱いつきょう）非同期整合性と等価であるのは、システムが半二重方式を満たす場合に限る。すなわち、任意の時点で高々1つのメッセージキューが非空である。
• WAC基準は、半二重方式でない一般のシステムに対しても、弱いつきょう非同期整合性を検証する決定可能で十分な条件を提供する。
• 条件が満たされない場合に弱いつきょう非同期整合性を反証できる完全性基準が同定され、これにより手法の実用的有用性が向上する。
• 本研究では、非同期整合性の検証が、有限状態のコンポーネントに対して決定可能な同期的整合性チェックに還元できることを示している。
• 結果は、TCP、JMS、MSMQなどのFIFOベース通信を用いる実世界のシステムにも適用可能であり、MIO Workbenchなどの既存の検証ツールに統合可能である。
• 本研究は、半二重方式が強いつきょうおよび弱いつきょう整合性の等価性に対して、十分条件だけでなく必要条件であることも明らかにした。