[논문 리뷰] On distributed monitoring of asynchronous systems

Volker Diekert, Anca Muscholl|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 10.

Advanced Data Processing Techniques참고 문헌 21인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 공유 동작과 위치 함수를 갖는 분산 알파벳을 기반으로 한 비동기 자동차를 사용하여 이방성 시스템의 분산 런타임 모니터링을 위한 프레임워크를 제안하며, 국소적으로 모니터링 가능한 추적 언어의 개념을 도입한다. 이는 Γ-무한 추적에서 가산 개의 국소 안전성 언어의 합집합으로 표현 가능한 성질—특히 Γ-무한 추적에서 결정성과 코-결정성이 모두 성립하는 성질—이 국소적으로 모니터링 가능하다는 것을 증명하며, 전역 관찰 없이 분산 시스템을 검증하기 위한 기초 결과를 수립한다.

ABSTRACT

Distributed systems are notoriously difficult to understand and analyze in order to assert their correction w.r.t. given properties. They often exhibit a huge number of different behaviors, as soon as the active entities (peers, agents, processes, etc) behave in an asynchronous manner. Already the modelization of such systems is a non-trivial task, let alone their formal verification. The purpose of this paper is to discuss the problem of distributed monitoring on a simple model of finite-state distributed automata based on shared actions, called asynchronous automata. Monitoring is a question related to runtime verification: assume that we have to check a property $L$ against an unknown or very complex system $A$, so that classical static analysis is not possible. Therefore instead of model-checking a monitor is used, that checks the property on the underlying system at runtime. We are interested here in monitoring distributed systems modeled as asynchronous automata. It is natural to require that monitors should be of the same kind as the underlying system, so we consider here distributed monitoring. A distributed monitor does not have a global view of the system, therefore we propose the notion of locally monitorable trace language. Our main result shows that if the distributed alphabet of actions is connected and if $L$ is a set of infinite traces such that both $L$ and its complement $L^c$ are countable unions of locally safety languages, then $L$ is locally monitorable. We also show that over infinite traces, recognizable countable unions of locally safety languages are precisely the complements of deterministic languages.

연구 동기 및 목표

• 전역 시스템 관찰 없이도 적용 가능한 비동기 시스템을 위한 분산 모니터링의 개념을 정의하기 위해.
• 전역 모니터링 가능성의 대응 개념으로서 국소적으로 모니터링 가능한 추적 언어의 개념을 체계화하기 위해.
• 성질이 분산적이고 탈중앙화된 방식으로 모니터링될 수 있는 충분한 조건을 규명하기 위해.
• PGδ ∩ PFσ 집합을 사용하여 인식 가능한 언어와 국소적으로 모니터링 가능한 성질의 클래스 사이의 연결을 설정하기 위해.

제안 방법

• 공유 동작과 위치 함수를 기반으로 한 비동기 자동차를 도입하여 프로세스 간 의존 관계를 정의하기 위해.
• 마주르키에비치 추적과 그 접두어를 정의하여 독립성 관계를 갖는 동시 행동을 모델링하기 위해.
• 주요 추적과 주요 열린/닫힌 집합을 도입하여 스코트 위상에서 국소 안전성 성질을 체계화하기 위해.
• 국소적으로 모니터링 가능한 언어를 특징짓기 위해 PGδ ∩ PFσ 클래스(가산 개의 Gδ 집합의 교집합과 가산 개의 Fσ 집합의 합집합의 교집합)를 사용하기 위해.
• 언어 L이 Γ-무한 추적에서 L과 그 여집합이 모두 국소 안전성 언어의 가산 개의 합집합이라면 L은 국소적으로 모니터링 가능하다는 것을 증명하기 위해.
• Γ-무한 추적의 맥락에서, 국소 안전성 언어의 가산 개의 합집합이 인식 가능한 언어이면 정확히 결정성 언어의 여집합과 일치한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전역 시스템 시각이 없는 분산 환경에서 어떤 성질을 모니터링할 수 있는가?
• RQ2 이방성이고 추적 기반인 시스템 맥락에서 국소 안전성은 어떻게 체계화할 수 있는가?
• RQ3 전역 시스템 관찰 없이 추적 언어가 국소적으로 모니터링 가능한 조건은 무엇인가?
• RQ4 결정성/코-결정성 언어와 국소적으로 모니터링 가능한 성질의 클래스 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ5 국소적으로 모니터링 가능한 언어의 클래스는 위상수학적 및 자동차 이론적 도구를 통해 완전히 특징지을 수 있는가?

주요 결과

• Γ-무한 추적에서 언어 L이 L과 그 여집합이 모두 국소 안전성 언어의 가산 개의 합집합이라면 L은 국소적으로 모니터링 가능하다.
• Γ-무한 추적에서 국소적으로 모니터링 가능한 언어의 클래스는 PGδ ∩ PFσ 집합과 정확히 일치한다.
• Γ-무한 추적의 맥락에서, 국소 안전성 언어의 가산 개의 합집합은 정확히 결정성 언어의 여집합이다.
• 결정성 비동기 부치 자동차의 언어는 코-결정성이면 국소적으로 모니터링 가능하다.
• 분산 알파벳의 연결성은 주요 결과에 필수적이지만, 더 넓은 클래스에 대해서는 이 가정의 필수성은 여전히 미해결이다.
• 이 프레임워크는 추적 접두어와 프로세스 현지 상태 기반의 국소적, 탈중앙화된 검사로 모니터링을 축소함으로써 분산 시스템의 자동 검증을 지원한다.