Génération automatique d'implémentation distribuée à partir de modèles formels de processus concurrents asynchrones

Automatic Distributed Code Generation from Formal Models of Asynchronous Concurrent Processes

• Auteur / Autrice : Hugues Evrard
• Direction : Gwen Salaün, Frédéric Lang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 10/07/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche de l'université Grenoble Alpes (1992-....) - Laboratoire d'informatique de Grenoble (2007-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guy Leduc
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stephan Merz, Uwe Nestmann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protocoles de réseaux d'ordinateurs

Compilation (informatique)

Traitement réparti

Méthodes formelles (informatique)

Mots clés libres

Systèmes Distribués

Méthodes Formelles

Algèbre de Processus

Compilation

Rendez-Vous Multiple

Distributed Systems

Formal Methods

Process Algebra

Compilation

Multiway Rendezvous

Résumé

LNT est un langage formel de spécification récent, basé sur les algèbres de processus, où plusieurs processus concurrents et asynchrones peuvent interagir par rendez-vous multiple, c'est-à-dire à deux ou plus, avec échange de données. La boite à outils CADP (Construction and Analysis of Distributed Processes) offre plusieurs techniques relatives à l'exploration d'espace d'états, comme le model checking, pour vérifier formellement une spécification LNT. Cette thèse présente une méthode de génération d'implémentation distribuée à partir d'un modèle formel LNT décrivant une composition parallèle de processus. En s'appuyant sur CADP, nous avons mis au point le nouvel outil DLC (Distributed LNT Compiler), capable de générer, à partir d'une spécification LNT, une implémentation distribuée en C qui peut ensuite être déployée sur plusieurs machines distinctes reliées par un réseau. Pour implémenter de manière correcte et efficace les rendez-vous multiples avec échange de données entre processus distants, nous avons élaboré un protocole de synchronisation qui regroupe différentes approches proposées par le passé. Nous avons mis au point une méthode de vérification de ce type de protocole qui, en utilisant LNT et CADP, permet de détecter des boucles infinies ou des interblocages dus au protocole, et de vérifier que le protocole réalise des rendez-vous cohérents par rapport à une spécification donnée. Cette méthode nous a permis d'identifier de possibles interblocages dans un protocole de la littérature, et de vérifier le bon comportement de notre propre protocole. Nous avons aussi développé un mécanisme qui permet, en embarquant au sein d'une implémentation des procédures C librement définies par l'utilisateur, de mettre en place des interactions entre une implémentation générée et d'autres systèmes de son environnement. Enfin, nous avons appliqué DLC au nouvel algorithme de consensus Raft, qui nous sert de cas d'étude, notamment pour mesurer les performances d'une implémentation générée par DLC.

LNT is a recent formal specification language, based on process algebras, where several concurrent asynchronous processes can interact by multiway rendezvous (i.e., involving two or more processes), with data exchange. The CADP (Construction and Analysis of Distributed Processes) toolbox offers several techniques related to state space exploration, like model checking, to formally verify an LNT specification. This thesis introduces a distributed implementation generation method, starting from an LNT formal model of a parallel composition of processes. Taking advantage of CADP, we developed the new DLC (Distributed LNT Compiler) tool, which is able to generate, from an LNT specification, a distributed implementation in C that can be deployed on several distinct machines linked by a network. In order to handle multiway rendezvous with data exchange between distant processes in a correct and efficient manner, we designed a synchronization protocol that gathers different approaches suggested in the past. We set up a verification method for this kind of protocol, which, using LNT and CADP, can detect livelocks or deadlocks due to the protocol, and also check that the protocol leads to valid interactions with respect to a given specification. This method allowed us to identify possible deadlocks in a protocol from the literature, and to verify the good behavior of our own protocol. We also designed a mechanism that enables the final user, by embedding user-defined C procedures into the implementation, to set up interactions between the generated implementation and other systems in the environment. Finally, we used the new consensus algorithm Raft as a case study, in particular to measure the performances of an implementation generated by DLC.