[논문 리뷰] Compatibility Properties of Synchronously and Asynchronously Communicating Components

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

Distributed systems and fault tolerance인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 I/O 전이 시스템을 사용하여 구성요소 기반 시스템에서 동기적 및 이방향 호환성 간의 형식적 관계를 수립한다. 강한/약한 동기적 호환성이 강한/약한 이방향 호환성을 유도함과 동시에 그 역도 성립하는 것은 시스템이 반복적(즉, 동시에 최대 한 개의 메시지 큐만 비어 있지 않은)일 때에만 성립함을 보여준다. 반복적 시스템이 아닌 경우, 약한 이방향 호환성의 검증을 위한 결정 가능하고 충분한 기준(즉, WAC 기준)을 제안하며, 위반될 경우 호환성의 부정을 가능하게 하는 완전성 조건을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 메시지 전달 통신을 사용하는 구성요소 기반 시스템에서 동기적 및 이방향 호환성 간의 관계를 조사한다.
• 특히 반복적 성질에 중점을 두어, 동기적 호환성이 이방향 호환성으로 이어지는 조건을 규명한다.
• 일반적인(반복적이지 않은 가능성이 있는) 시스템에서 약한 이방향 호환성에 대한 결정 가능하고 효과적인 검증 기준을 개발한다.
• 동기적 및 이방향 조합에서의 데드락 없음 성질과 그 호환성과의 관계를 검토한다.
• 동기적 호환성 검사를 기반으로 하여 이방향 시스템의 검증을 실용적으로 수행할 수 있는 방법론을 제공한다.

제안 방법

• 구성요소의 행동을 I/O 전이 시스템(IOTSes)을 사용하여 형식화한다. 여기서 구성요소는 입력/출력 동작과 내부 전이를 수행한다.
• 강한 및 약한 동기적 및 이방향 호환성의 정의를 제시한다: 강한 호환성은 출력을 즉각 수락해야 하며, 약한 호환성은 입력 이전에 내부 동작을 허용한다.
• 반복적 성질을 동기적 및 이방향 호환성이 일치하는 데 핵심 조건으로 도입한다.
• 약한 이방향 호환성의 검증을 위한 결정 가능하고 충분한 조건으로 WAC 기준(Weak Asynchronous Compatibility criterion)을 제안한다.
• 조건을 만족하지 못할 경우 약한 이방향 호환성을 반증할 수 있는 완전성 기준을 개발한다.
• 기존의 도구(예: MIO Workbench)를 활용하여 동기적 호환성 검사를 수행함으로써, 이방향 시스템의 실용적 검증을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한(또는 약한) 동기적 호환성이 강한(또는 약한) 이방향 호환성에 충분하고 필수적인 조건는 무엇인가?
• RQ2 반복적이지 않은 시스템에서도 약한 이방향 호환성을 검증할 수 있는 결정 가능 기준을 설정할 수 있는가?
• RQ3 제안된 WAC 기준은 약한 호환성을 갖는 시스템을 얼마나 잘 식별할 수 있으며, 언제 호환성의 부정에 사용될 수 있는가?
• RQ4 동기적 조합과 이방향 조합 간의 데드락 없음 성질 간의 관계는 어떠한가?
• RQ5 어떻게 이방향 호환성의 검증을 결정 가능한 동기적 호환성 검사로 환원할 수 있는가?

주요 결과

• 강한(또는 약한) 동기적 호환성이 강한(또는 약한) 이방향 호환성과 동치임은 시스템이 반복적 성질을 만족할 때에만 성립한다. 즉, 동시에 최대 한 개의 메시지 큐만 비어 있지 않은 경우이다.
• WAC 기준은 반복적이지 않은 일반 시스템에서도 약한 이방향 호환성의 검증을 위한 결정 가능하고 충분한 조건을 제공한다.
• 조건이 위반될 경우 약한 이방향 호환성을 반증할 수 있는 완전성 기준이 확인되어, 이 방법의 실용적 유용성이 향상된다.
• 논문은 이방향 호환성의 검증이 유한 상태 구성요소에 대해 결정 가능한 동기적 호환성 검사로 환원될 수 있음을 보여준다.
• 결과는 TCP, JMS, MSMQ와 같은 FIFO 기반 통신을 사용하는 실제 시스템에 적용 가능하며, MIO Workbench와 같은 기존 검증 도구에 통합될 수 있다.
• 연구는 반복적 성질이 강한 및 약한 경우에 동기적 및 이방향 호환성의 동치성에 대해 충분할 뿐 아니라 필수적임을 드러낸다.