[論文レビュー] Thread extraction for polyadic instruction sequences

J.A. Bergstra, C.A. Middelburg|arXiv (Cornell University)|Feb 12, 2008

Logic, programming, and type systems参考文献 27被引用数 23

ひとこと要約

本稿は、制御された実行切り替えを通じて共同動作を生じる、複数の命令列断片（ポリアディック命令列）のメカニズムを形式化する。合成された単一の命令列がその集合と等価であることは非自明であり、意味論を保持するためにはサービスベースのモデル（命令レジスタファイル）が必要であり、基本スレッド代数におけるガード付き再帰的記述を用いて共同動作の等価性を証明する。

ABSTRACT

In this paper, we study the phenomenon that instruction sequences are split into fragments which somehow produce a joint behaviour. In order to bring this phenomenon better into the picture, we formalize a simple mechanism by which several instruction sequence fragments can produce a joint behaviour. We also show that, even in the case of this simple mechanism, it is a non-trivial matter to explain by means of a translation into a single instruction sequence what takes place on execution of a collection of instruction sequence fragments.

研究の動機と目的

• 複数の命令列断片が実行切り替えを通じて共同動作を生じるメカニズムを形式化すること。
• 複数の命令列断片の集合を、単一の等価な命令列に翻訳する非自明な課題に対処すること。
• スレッド代数だけでは、特にコンテキスト切り替えに伴う動的命令置換を含む、断片ベース実行のすべての側面を捉えることはできないこと。
• サービスベースのモデルを用いて、断片化された命令列からプログラム合成の理論的基盤を確立すること。
• スレッドレベルの抽象化が、動的切り替えと命令置換を伴う複雑な実行動作をモデル化する際の制限を明確にすること。

提案手法

• 各断片に位置インデックスとプログラム表記インデックスを持つ、断片の集合としてポリアディック命令列を導入し、構造的な実行を可能にする。
• スレッドが命令列の順次実行トレースを表す基本スレッド代数を用いて、共同動作をモデル化する。
• 実行切り替えをシミュレートするため、状態保持の可能な協調を可能にする命令レジスタファイルサービス（IRFS）を用いる。
• プログラム代数式をPGLD表記に変換する関数 pgap2pgld を定義し、逆方向の変換を pgld2pga で定義する。
• ガード付き再帰的記述とバイシミュレーションを用いて、断片集合の動作と合成された単一の命令列の間の意味論的等価性を証明する。
• tau変換とグルーピング操作を用いて、純粋なスレッド代数におけるスレッド動作と、サービス拡張型プログラム代数における動作との関係を確立する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数の命令列断片を、制御された実行切り替えを通じて、どのように正式に調整して共同動作を生じさせることができるか？
• RQ2 なぜ、複数の命令列断片の集合を、単一の等価な命令列に翻訳することが非自明なのか？
• RQ3 スレッド代数だけでは、コンテキスト切り替えに伴う動的命令置換を含む、ポリアディック命令列の全動作をモデル化できるか？
• RQ4 サービス（例：命令レジスタファイル）は、断片からの忠実な共同動作の合成を可能にする上で、どのような役割を果たすか？
• RQ5 断片集合と合成された単一の命令列の間の意味論的等価性を、どのように正式に確立できるか？

主な発見

• 実行切り替えによる断片間の切り替えを通じて、ポリアディック命令列が共同動作を生じる正式なメカニズムが確立された。
• 断片集合と等価な単一の命令列を合成することは非自明であり、命令レジスタファイルサービスのようなサービスの使用が不可欠である。
• コンテキスト切り替えに伴う動的命令置換を抽象化から除外するスレッド代数だけでは、断片集合の動作を完全に捉えることはできない。
• 本稿では、命令レジスタファイルサービスを用いることで、断片集合の動作が意味論的に合成された単一の命令列と等価であることを証明した。
• ガード付き再帰的記述とバイシミュレーションを用いて等価性が正式に確立され、両システムが同一の唯一の解を表していることが示された。
• pgap2pgld および pgld2pga の翻訳プロセスは、実行コンテキストと切り替えを扱う際の、プログラム代数とPGLD表記との間のマッピングの複雑さを明らかにした。