Vers la compilation vérifiée de Sea of Nodes : propriétés et raisonnement sémantiques

Toward verified compilation of Sea of Nodes : semantic properties and reasoning

• Auteur / Autrice : Yon Fernández de Retana
• Direction : David Pichardie, Delphine Demange
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/07/2018
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compilation (informatique)

Logiciels -- Vérification

Mots clés libres

Vérification

Compilation

Verification

Compilation

Résumé

Les compilateurs optimisants pour les langages de programmation sont devenus des logiciels complexes et donc une source de bugs. Ceci peut être dangereux dans le contexte de systèmes critiques comme l'avionique ou la médecine. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la compilation vérifiée optimisante dont l'objectif est d'assurer l'absence de tels bugs. Plus précisément, nous étudions sémantiquement une représentation intermédiaire SSA (Single Static Assignment) particulière, Sea of Nodes, utilisée notamment dans le compilateur optimisant HotSpot pour Java. La propriété SSA a déjà été étudiée d'un point de vue sémantique sur des représentations simples sous forme de graphe de flot de contrôle, mais le sujet des dépendances entre instructions a seulement été effleuré depuis une perspective formelle. Cette thèse apporte une étude sémantique de transformations de programmes sous forme Sea of Nodes, intégrant la flexibilité en termes de dépendances de données entre instructions. En particulier, élimination de zero-checks redondants, propagation de constantes, retour au bloc de base séquentiel et destruction de SSA sont étudiés. Certains des sujets abordés, dont la formalisation d'une sémantique pour Sea of Nodes, sont accompagnés d'une vérification à l'aide de l'assistant de preuve Coq.

Optimizing compilers for programming languages have become complex software, and they are hence subject to bugs. This can be dangerous in the context of critical systems such as avionics or health care. This thesis is part of research work on verified optimizing compilers, whose objective is to ensure the absence of such bugs. More precisely, we semantically study a particular SSA intermediate representation, Sea of Nodes, which is notably used in the optimizing compiler HotSpot for Java. The SSA property has already been studied from a semantic point of view on simple intermediate representations in control flow graph form, but the subject of dependencies between instructions has just been skimmed from a formal perspective. This thesis brings a semantic study of transformations of programs in Sea of Nodes form, integrating the flexibility regarding data dependencies between instructions. In particular, redundant zero-check elimination, constant propagation, transformation back to sequential basic block, and SSA destruction are studied. Some of the approached topics, including the formalization of a semantics for Sea of Nodes, are accompanied by a verification using the Coq proof assistant.