Génération automatique d'implémentations optimisées de protocoles

Automatic generation of optimized protocol implementations

• Auteur / Autrice : Claude Castelluccia
• Direction : Walid Dabbous
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Nice
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nice-Sophia Antipolis. Faculté des sciences
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Rigault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Huitema, Aruna Seneviratne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jon Crowcroft, Sacha Krakowiak

Mots clés

Mots clés contrôlés

Esterel (langage de programmation)

Compilation (informatique)

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Mots clés libres

Sciences appliquées

Télécommunications et théorie de l'information

Hipparch

Hippco

Esterel

Résumé

Un compilateur de protocoles est un outil qui génère à partir d'une spécification formelle d'un protocole une implémentation. Les compilateurs de protocoles produisent généralement du code de qualité médiocre en terme de vitesse d'exécution et de taille du code et sont, pour cette raison, peu utilisés. Dans cette thèse, nous montrons qu'en utilisant une approche synchrone et en optimisant le code généré, il est possible de compiler des spécifications formelles en des implémentations très performantes. Nous avons développé un compilateur de protocoles qui utilise ces deux techniques. Ce compilateur prend en entrée une spécification modulaire du protocole écrite dans le langage synchrone Esterel. La spécification est compilée en un automate séquentiel par le compilateur Esterel dans un format intermédiaire (le format Oc). L'automate est alors optimisé et transformé en une implémentation C par notre optimisateur de protocoles, appelé HIPPCO. HIPPCO améliore les performances du code et réduit sa taille en optimisant simultanément la vitesse d'exécution du chemin commun et la taille du chemin rare. Nous évaluons les performances des implémentations de notre compilateur en spécifiant le protocole TCP et en comparant les performances de l'implémentation automatiquement générée avec celle d'une version manuelle dérivée de l'implémentation standard BSD. Les résultats sont très encourageants. Le code généré par HIPPCO exécute moins d'instructions et utilise le cache d'instructions et le pipelining plus efficacement que le code BSD tout en ayant une taille de code raisonnable.

A protocol compiler takes as input an abstract specification of a prototocol and generates an implementation of that protocol. Protocol complilers usually produce inefficient code both in terms of code size. In this dissertation, we show that the combination of two techniques makes it possible to build protocol compilers that generate efficient code. The techniques are i) the use of a compliler that generates from the specification a unique tree-shaped automaton (rather than multiple independent automata), and ii) the use of optimization techniques applied at the automaton level, i. E. On the branches of the trees. We have developed a protocol compiler that uses both these techniques. The compiler takes as input a protocol specification written in the synchronous language Esterel. The specification is compiled into a unique automaton by the Esterel front end compiler. The automaton is then optimized and converted into C code by our protocol optimizer called HIPPCO. HIPPCO improves performance and reduces code size of the uncommon path. We evaluate the gain expected with our approach on a real-life example, namely a working subset of the TCP protocol generated from an Esterel specification. We compare the protocol code generated with our approach to that derived from the standard BSD TCP implementation. The results are very encouraging. HIPPCO-generated code executes less instructions, has better instruction-cache and pipelining performances than the BSD code while maintaining raidonable code size.