Développement prouvé de structures de données sans verrou

Provably correct lock­free data structure

• Auteur / Autrice : Loïc Fejoz
• Direction : Stephan Merz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 13/02/2009
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : IAEM Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LORIA
• Jury : Président / Présidente : Claude Godart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stephan Merz, Yamine Ait-Ameur, Christoph Weidenbach, Jean-Paul Bodeveix, Claude Godart, Dominique Méry, Viktor Vafeiadis
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yamine Ait-Ameur, Christoph Weidenbach

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthodes formelles (informatique)

Structures de données (informatique)

Mots clés libres

algorithme sans verrou

preuves

raffinement

Résumé

Le sujet central de cette thèse est le développement d'une méthode dédiée à la preuve de structures de données sans verrou. La motivation première vient du constat que les programmes concurrents sont devenu monnaie courante. Ceci a été possible par l'apparition de nouvelles primitives de synchronisation dans les nouvelles architectures matérielles. La seconde motivation est la quête de logiciel prouvé et donc correct. La sûreté des logiciels est en effet devenue primordiale de par la diffusion des systèmes embarqués et enfouis. La méthode proposée est basée sur le raffinement et dédiée à la conception et la vérification d'algorithme non-bloquant, en particulier ceux sans verrou. La méthode a été formalisée et sa correction prouvée en Isabelle/HOL. Un outil a par ailleurs été développé afin de générer des obligations de preuves à destination des solveurs SMT et des prouveurs de théorèmes du premier ordre. Nous l'avons utilisé afin de vérifier certains de ces algorithmes.

The central topic of this thesis is the proof-based development of lock-free data-structure algorithms. First motivation comes from new computer architectures that come with new synchronisation features. Those features enable concurrent algorithms that do not use locks and are thus more efficient. The second motivation is the search for proved correct program. Nowadays embedded software are used everywhere included in systems where safety is central. We propose a refinement-based method for designing and verifying non-blocking, and in particular lock-free, implementations of data structures. The entire method has been formalised in Isabelle/HOL. An associated prototype tool generates verification conditions that can be solved by SMT solvers or automatic theorem provers for first-order logic, and we have used this approach to verify a number of such algorithms.