[论文解读] LTL Model-Checking for Dynamic Pushdown Networks Communicating via Locks

Fu Song, Tayssir Touili|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2016

Formal Methods in Verification参考文献 26被引用 3

一句话总结

本文提出了一种用于带锁的动态下推网络（DPNs）中线性时序逻辑（LTL）性质的可判定模型检测框架，其中进程通过嵌套锁获取实现同步。通过构建一个增强锁使用一致性跟踪的获取结构的产物DPN，作者将带锁扩展的DPNs的LTL模型检测问题约化为标准DPNs的LTL模型检测问题，从而在简单和常规赋值下实现可判定性。

ABSTRACT

A Dynamic Pushdown Network (DPN) is a set of pushdown systems (PDSs) where each process can dynamically create new instances of PDSs. DPNs are a natural model of multi-threaded programs with (possibly recursive) procedure calls and thread creation. Extending DPNs with locks allows processes to synchronize with each other. Thus, DPNs with locks are a well adapted formalism to model multi-threaded programs that synchronize via locks. Therefore, it is important to have model-checking algorithms for DPNs with locks. We consider in this work model-checking for DPNs with locks against single-indexed LTL properties of the form V fi s.t. fi is a LTL formula interpreted over the PDS i. We consider the model-checking problems w.r.t. simple valuations (i.e, whether a configuration satisfies an atomic proposition depends only on its control location and held locks) and w.r.t. regular valuations (i.e., the set of the configurations satisfying an atomic proposition is a regular set of configurations). We show that these model-checking problems are decidable.

研究动机与目标

• 为解决缺乏对具有动态线程创建和基于锁的同步的多线程程序的LTL模型检测支持的问题。
• 将现有DPN的可判定性结果扩展至包含锁，因为锁对于建模真实并发系统至关重要。
• 在保持LTL验证可判定性的前提下，确保锁使用（嵌套式）的正确性。
• 提供一种基于约化的技术，将带锁扩展的DPNs转换为控制状态中编码获取结构的标准化DPNs。
• 支持LTL公式中原子命题的简单和常规赋值。

提出的方法

• 通过将原始L-DPN与跟踪持有锁和锁获取/释放顺序的获取结构相结合，构建产物DPN。
• 定义一致的获取结构，以强制执行嵌套锁使用策略（即，仅能释放最近一次获取的锁）。
• 引入一种变换，将锁使用约束直接编码到DPN的控制状态中，避免使用中间的hedge自动机编码。
• 在产物构建过程中过滤掉不一致的获取结构，以确保仅建模有效的锁使用序列。
• 将L-DPN的LTL模型检测问题约化为先前已解决的标准DPN的单索引LTL模型检测问题。
• 利用先前在DPN模型检测方面的工作来解决所得问题，从而确保可判定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 对于使用嵌套锁获取的带锁扩展DPNs，单索引LTL模型检测是否可判定？
• RQ2 该模型检测问题能否约化为标准DPN模型检测，同时保持正确性和可判定性？
• RQ3 在并发执行过程中，如何利用获取结构来强制执行正确的锁使用模式（例如，嵌套释放）？
• RQ4 该方法在原子命题的简单和常规赋值下是否仍保持可判定性？
• RQ5 在产物构建过程中，是否能有效剪枝不一致或无效的锁使用序列？

主要发现

• 在简单和常规赋值下，带单索引LTL属性的L-DPN的模型检测问题是可判定的。
• 所提出的约化至标准DPN模型检测的方法保持了正确性，并可利用现有可判定性技术。
• 获取结构用于跟踪锁使用并强制执行嵌套锁语义，确保仅考虑有效的执行序列。
• 该方法避免了中间hedge自动机编码，与先前工作相比，实现了更紧凑且高效的DPN构造。
• 在产物构建过程中检测并剪枝了不一致的获取结构（例如，释放图中存在环的结构），从而提高了效率。
• 该方法推广了先前关于L-DPN可达性的工作，并将其扩展至LTL，从而支持在并发递归程序中验证更丰富的行为属性。