Outils certifiés pour les analyses d'ordonnançabilité

Certified Tools for Schedulability Analyses

• Auteur / Autrice : Xiaojie Guo
• Direction : Pascal Fradet, Jean-François Monin, Sophie Quinton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : David Monniaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Navet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Ian Davis, Stephan Merz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ordonnancement (informatique)

Temps réel (informatique)

Mots clés libres

Certification

Systèmes temps réel

Analyse d'ordonnançabilité

Certification

Real-Time systems

Schedulability analysis

Résumé

L’analyse de l’ordonnancabilité vise à garantir le respect des échéances dans les systèmes temps réel durs. Cette propriété est cruciale pour les systèmes utilisés dans les domaines critiques tels que l’avionique et l’automobile, car une échéance manquée peut avoir des conséquences catastrophiques allant jusqu’à la perte de vies humaines. Dans cette thèse, nous utilisons la preuve et la vérification mécanique des démonstrations afin d’assurer la correction des analyses d’ordonnancabilité des systèmes temps réel durs et des outils industriels associés.Les principales contributions de cette thèse sont:(i) Une interface formelle combinant les analyses d’ordonnancabilité prouvées dans la bibliothèque Prosa avec un noyau de sytème d’exploitation concret vérifié formellement (RT-CertiKOS). Ce travail a permis de justifier l’adéquation du modèle abstrait de Prosa à un système réel. Il a montré que les analyses prouvées pour un modèle abstrait et dédié à l’analyse peuvent également être appliquées à un système concret. Ce travail a également fourni à RT-CertiKOS une preuve d’ordonnancabilité modulaire à la pointe de l’état de l’art.(ii) CertiCAN, un certificateur de résultats formellement vérifié pour les analyseurs de réseaux CAN (Controller Area Network). Ce travail a montré que la certification de résultats est un processus flexible et léger qui convient bien aux pratiques de l’industrie. En effet, CertiCAN n’a pas besoin d’avoir accès au code source et n’est pas affecté par les mises à jour logicielles. Nos expérimentations ont montré que CertiCAN est suffisamment efficace pour certifier les résultats produits par l’outil industriel RTaW-Pegase et ceci même pour de grands systèmes.(iii) Gd, un modèle de tâches très général et une analyse du temps de réponse associée se prêtant à sa formalisation en Coq. L’avantage de cette approche est de factoriser et de simplifier l’effort de preuve. Une fois l’analyse du temps de réponse pour Gd formellement vérifiés, prouver la correction d’une analys epour un modèle plus spécifique revient à prouver son instanciation à Gd.

Schedulability analysis aims at guaranteeing the absence of deadline misses in hard real-time systems. This property is crucial for systems used in safety-critical domains such as avionics and automotive because a single deadline miss may have catastrophic consequences such as loss of human lives. In this thesis, we use theorem proving and machine-checked proofs to provide the highest confidence in hard real-time systems schedulability analyses as well as related industrial tools.The main contributions of this thesis are:(i) A formal interface combining the schedulability analyses proven in the Prosalibrary with a formally verified OS kernel (RT-CertiKOS). This work demonstrated the adequacy of Prosa’s abstract model to a real system and showed that analyses proven over an abstract and analysis-convenient model can be also applied to a concrete system. This work also provided RT-CertiKOS with a modular, state-of-the-art schedulability analysis proof.(ii) CertiCAN, a formally verified result certifier for CAN (Controller Area Network) analyzers. This work showed that result certification is a flexible andlight-weight process suitable for industry practice. Indeed, it does not rely onthe source code and is not impacted by software updates. Our experiments show that CertiCAN is efficient enough to certify the results produced by the industrial tool RTaW-Pegase even for large systems.(iii) Gd, a very general task model and its corresponding response time analysisamenable to Coq formalization. The main benefit of this approach is to factorize and reduce the proof effort. After formally verifying a general schedulability analysis for Gd, proving the correctness of an analysis for a more specificmodel boils down to prove its instantiation to Gd.