On the Verification Problems for Concurrent Programs : Decidability and Complexity

• Auteur / Autrice : Mohamed Faouzi Atig
• Direction : Ahmed Bouajjani, Tayssir Touili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automates

Algorithmes

Logiciels -- Vérification

Audit informatique

Résumé

Cette thèse porte sur la vérification des programmes concurrents, en nous intéressant en particulier à l'étude la décidabilité et la complexité des problèmes d'accessibilité. Dans la plus grande partie de cette thèse, nous considérons des programmes concurrents où les processus séquentiels correspondent à des threads pouvant faire des appels de procédures (potentiellement récursives). La difficulté vient de l'interaction entre la récursivité et de la concurrence qui rend le problème de l'accessibilité indécidable en général. Nous étudions alors les conditions sous lesquelles ce problème devient décidable. Ces conditions peuvent être vues comme des contraintes à poser sur l'ordonnancement des actions le long des exécutions du programme analysé. Ainsi, les résultats de décidabilité peuvent être utilisés pour définir des procédures d'analyse sous-approchée permettant de détecter de manière efficace des comportements illicites des programmes. Dans un second temps, nous nous intéressons aux programmes s'exécutant selon un modèle faible de la mémoire partagée (weak memory model). Dans de tels programmes, l'ordre entre les actions d'un même processus est relâché pour des besoins de performance en permettant la permutation entre certains types d'actions. Cela rend alors le conception des programmes concurrents encore plus difficile du fait que la sémantique de la concurrence devient hautement complexe et contre-intuitive. Nos travaux montrent qu'en effet selon le type des relaxations d'ordre entre actions, le problème de l'accessibilité peut être décidable mais hautement complexe dans certains cas, et il peut même être indécidable dans d'autres.

This thesis addresses the verification problems in both, concurrent and recursive Systems as well as concurrent Systems with store buffers. We establish the required theoretical basis for automated analyses: decidability and complexity results for reachability problems. In a first time, we are interested in verifying concurrent programs where each process corresponds to a sequential program with (recursive) procedure calls. The difficulty in analyzing such programs cornes from the interaction between recursion and concurrency which makes the reachability problems undecidable in general. However, in practice programs obey additional constraints that can be exploited to turn the reachability problem decidable. Their study is subject of this thesis. These conditions may be seen as constraints to impose on the order between the actions of the analyzed programs. Moreover, these decidability results can be used to perform an under-approximation analysis to effectively detect bad behaviors of the analyzed programs. In a second time, we study concurrent programs running under weak memory models. In such kind of programs, the order between actions of the same process is relaxed (for performance reasons) by allowing the permutation between certain types of memory operations. This makes reasoning about the behaviors of concurrent programs much more difficult. Moreover, it is not clear how to apply standard reasoning techniques. Our works show that indeed according to the type of relaxation, the reachability problem becomes décidable (but with a highly complexity) in other cases, it even turns out undecidability.