[论文解读] 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 23

一句话总结

本文形式化了一种多子句指令序列的机制——即通过受控执行切换，多个指令序列片段共同产生联合行为的片段。它表明，将此类集合等价合成一个单一指令序列并非易事，必须借助服务模型（指令寄存器文件）以保持语义，并通过基本线程代数中的受控递归规范证明联合行为的等价性。

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.

研究动机与目标

• 形式化一种机制，使多个指令序列片段可通过执行切换共同产生联合行为。
• 解决将指令序列片段集合转换为等价单个指令序列的非平凡挑战。
• 表明仅靠线程代数无法捕捉片段执行的所有方面，特别是上下文切换时的动态指令替换。
• 建立基于服务模型的碎片化指令序列程序合成的理论基础。
• 阐明在线程级抽象中建模涉及动态切换和指令替换的复杂执行行为的局限性。

提出的方法

• 引入多子句指令序列作为片段集合，每个片段具有位置索引和程序符号索引，以支持结构化执行。
• 使用基本线程代数建模联合行为，其中线程表示指令序列的顺序执行轨迹。
• 采用指令寄存器文件服务（IRFS）模拟片段之间的执行切换，实现有状态的协调。
• 定义一个转换函数 pgap2pgld，将程序代数表达式转换为 PGLD 符号表示，以及 pgld2pga 实现反向转换。
• 使用受控递归规范和 bisimulation 证明片段集合行为与合成单个序列之间语义等价。
• 应用 tau-转换和粘合操作，将纯线程代数中的线程行为与服务增强的程序代数中的行为关联起来。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何正式协调多个指令序列片段，通过受控执行切换产生联合行为？
• RQ2 为何将指令序列片段集合转换为等价单个指令序列是非平凡的？
• RQ3 线程代数本身能否完整建模多子句指令序列的行为，包括上下文切换时的动态指令替换？
• RQ4 服务（如指令寄存器文件）在实现从片段中忠实合成联合行为方面起什么作用？
• RQ5 如何正式建立片段集合与合成单个序列之间的语义等价性？

主要发现

• 建立了一个正式机制，使多子句指令序列可通过片段间的执行切换联合产生行为。
• 证明将片段集合等价合成单个指令序列是非平凡的，必须使用服务（特别是指令寄存器文件服务）。
• 由于线程代数忽略了上下文切换时的动态指令替换，因此无法完全捕捉片段集合的行为。
• 本文证明，当使用指令寄存器文件服务时，片段集合的行为与合成单个指令序列在语义上是等价的。
• 通过受控递归规范和 bisimulation 正式建立了等价性，表明两个系统均表示唯一解。
• pgap2pgld 和 pgld2pga 的转换过程揭示了程序代数与 PGLD 符号表示之间映射的复杂性，尤其是在处理执行上下文和切换方面。