[論文レビュー] Rybu: Imperative-style Preprocessor for Verification of Distributed Systems in the Dedan Environment

Wiktor B. Daszczuk, Maciej Bielecki+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2017

Formal Methods in Verification参考文献 18被引用数 11

ひとこと要約

Rybu は、Dedan 環境内における検証を目的とした、高水準で使いやすい分散システムの記述を可能にする命令型スタイルのプリプロセッサである。Rybu は命令型コードを形式的言語 IMDS に変換し、時系列論理の専門知識が不要な普遍的検出式を用いた自動デッドロック検証を可能にすることで、開発者にとって形式的検証の障壁を著しく低減する。

ABSTRACT

Integrated Model of Distributed Systems (IMDS) is developed for specification and verification of distributed systems, and verification against deadlocks. On the basis of IMDS, Dedan verification environment was prepared. Universal deadlock detection formulas allow for automatic verification, without any knowledge of a temporal logic, which simplifies the verification process. However, the input language, following the rules of IMDS, seems to be exotic for many users. For this reason Rybu preprocessor was created. Its purpose is to build large models in imperative-style language, on much higher abstraction level.

研究の動機と目的

• Dedan 検証環境で使用される IMDS 形式的言語の学習曲線の緩和を図ること。
• 開発者がなじみのある命令型プログラミング構文を用いて、複雑な分散システムを記述できるようにすること。
• 時系列論理や形式的技法の専門知識が不要な自動デッドロック検証を実現すること。
• 実際の分散システム開発における形式的検証のアクセス可能性と使いやすさを向上させること。

提案手法

• Dedan が使用する形式的言語 IMDS に命令型コードを変換するプリプロセッサとして Rybu を設計・実装すること。
• ループ、条件分岐、手続きなどの高水準抽象化をサポートし、複雑なシステム動作をモデル化すること。
• Dedan の普遍的デッドロック検出式を活用するため、Dedan 環境と統合すること。
• 元の命令型コードと生成された IMDS モデルとの間で意味論的同等性が保たれることを保証すること。
• 無効または曖昧なモデル生成を防ぐために、構文的検証と変換ルールを用いること。
• 手動での形式化を必要とせず、高水準コードから形式的検証へスムーズに移行できるワークフローを実現すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 命令型スタイルのプリプロセッサは、分散システムにおける高水準なシステム設計と形式的検証の間のギャップを効果的に埋めることができるか？
• RQ2 時系列論理の知識がなくても、形式的検証をどのように開発者にアクセス可能にすることができるか？
• RQ3 Rybu は、命令型コードから IMDS への変換過程で、システムの意味論をどの程度正確に保持できるか？
• RQ4 Rybu は、実世界の分散システム開発における形式的検証の使いやすさとスケーラビリティにどのような影響を与えるか？
• RQ5 開発時間と検証の正確性の観点から、Rybu の抽象化レベルは直接的な IMDS モデリングと比べてどう異なるか？

主な発見

• Rybu は、形式的 IMDS 言語を直接書く必要がなく、意味論的に同等の IMDS モデルに命令型コードを効果的に変換でき、形式的検証を可能にした。
• このプリプロセッサは、低レベルの形式的表現を抽象化することで、形式的検証の認知的負荷を著しく低減した。
• 普遍的検出式のおかげで、Dedan 内でのデッドロック検証は変換後も完全に自動的かつ正確に保たれた。
• このアプローチにより、開発者はなじみのあるプログラミング構文を用いて、複雑な分散システムをモデル化でき、開発効率が向上した。
• このツールチェインは、実世界の分散システム開発ワークフローへの形式的検証の統合の実現可能性と実用性を示した。
• KKIO 2017 での評価により、Rybu が学習曲線を最小限に抑えつつ形式的検証を支援する有用性が確認された。