Compositional verification of component-based real-time systems and applications

par Souha Ben Rayana - Tekaya

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Saddek Bensalem et de Dorel Marius Bozga.

Soutenue le 04-11-2016

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Verimag (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Florence Maraninchi.

Le jury était composé de Erika Ábrahám, Natarajan Shankar, Doron A. Peled.

Les rapporteurs étaient Kim Guldstrand Larsen, Ahmed Bouajjani.

mots clés

• Temps réel
• Automates
• Composant
• Vérification
• Invariant
• Compositionnel
• Temps réel (informatique)
• Vérification de modèles (informatique)

Titre traduit

Vérification compositionnelle des systèmes temps-réel à base de composants et applications

Résumé

Dans le cas des systèmes temps-réels, une difficulté majeure pour le développement d’une approche compositionnelle consiste au modèle synchrone du temps où les horloges des différents composants avancent simultanément.Cet aspect est, pourtant, difficile à considérer dans un cadre compositionnel.Nous proposons une méthode basée sur l’approche déductive et consistant à calculer d’une manière purement compositionnelle une sur-approximation de l’ensemble des états atteignables du système à travers un invariant.Ce dernier se compose d’invariants locaux propres aux composants, un invariantd’interaction caractérisant les interactions entre les composants. En plus, afin de considérer le modèle synchrone du temps, nous introduisons des horloges auxiliaires appelées « Horloges d’Histoire ». Elles permettent de générer des invariants supplémentaires permettant de détecter des relations induites par les synchronisations temporelles des différents composants. Appliqué à plusieurs exemples de systèmes, l’invariant s’est avéré souvent suffisamment fort avec une réduction importante de la complexité de vérification.Toutefois, puisque la méthode est basée sur une sur-approximation, des faux contre-exemples peuvent être générés. Nous avons complété la méthode avec un module destiné pour leur analyse.Au delà de son passage à l’échelle, la méthode est étendue pour la vérification uniforme des systèmes paramétrés, où certains composants sont identiques. La validité de la propriété peut être affirmée indépendamment de leur nombre.Cette méthode compositionnelle est implémentée dans l’outil RTD-Finder conçu pour la vérification des systèmes modélisés au langage BIP (Behavior-Interaction-Priority).Les résultats d’expérimentation montrent la réduction de la complexité de vérification en comparaison avec l’approche monolithique, surtout quand l’invariant global est en mesure de détecter la propriété d’intérêt.

mots clés

• Real time
• Automata
• Compoenent
• Verification
• Invariant
• Compositional

Résumé

The compositional Verification aims at breaking down the complexity of the verification task by relying on the separate analysis of the sub-components and inferring global properties of the system from their local properties.In the framework of real-time systems, one main obstacle for developing fully compositional methods is the synchronous model of time.We propose a verification method based on the deductive approach where the setof reachable states of the system is over-approximated by an invariant computedin a fully compositional manner. It comprises local component invariants andan interaction invariant characterizing the interactions between the components.In addition, we introduce auxiliary clocks, called history clocks which allow toautomatically generate new invariants capturing the constraints induced by thetime-synchronizations between the different components. We completed this com-positional invariant generation approach with a counterexample-based invariantenforcement module analyzing iteratively the generated counterexamples.Besides its scalability, the method can be extended to the uniform verification of parameterized timed systems.Our compositional verification method was implemented in the RTD-Finder tool.The experimental results show that the verification time for large systems is drastically reduced in comparison with exploration techniques, especially when the global invariant catches the safety property of interest.