Implementación Básica de Typestates en Rust

Generalmente la API de un módulo describe las operaciones disponibles, aunque el orden lícito de aplicación de las mismas queda implícito o documentado externamente debido a que los lenguajes de programación generalmente no proveen mecanismos de especificación del protocolo de uso. Typestates permite especificar estados de objetos de un determinado tipo. Cada estado habilita ciertas operaciones y prohíbe otras, permitiendo especificar el protocolo de uso de una API determinada. En este trabajo se presenta un patrón de implementación de typestates en el lenguaje de programación Rust y se analiza su sistema de tipos y mecanismos que permiten la verificación del typestate en tiempo de compilación, mostrando que cumple con las propiedades requeridas por las propuestas de verificación modular descriptas en la bibliografía especializada.XVI Workshop Ingeniería de Software.Red de Universidades con Carreras en Informátic

Implementación Básica de Typestates en Rust

Generalmente la API de un módulo describe las operaciones disponibles, aunque el orden lícito de aplicación de las mismas queda implícito o documentado externamente debido a que los lenguajes de programación generalmente no proveen mecanismos de especificación del protocolo de uso. Typestates permite especificar estados de objetos de un determinado tipo. Cada estado habilita ciertas operaciones y prohíbe otras, permitiendo especificar el protocolo de uso de una API determinada. En este trabajo se presenta un patrón de implementación de typestates en el lenguaje de programación Rust y se analiza su sistema de tipos y mecanismos que permiten la verificación del typestate en tiempo de compilación, mostrando que cumple con las propiedades requeridas por las propuestas de verificación modular descriptas en la bibliografía especializada.XVI Workshop Ingeniería de Software.Red de Universidades con Carreras en Informátic

Implementación Básica de Typestates en Rust

Generalmente la API de un módulo describe las operaciones disponibles, aunque el orden lícito de aplicación de las mismas queda implícito o documentado externamente debido a que los lenguajes de programación generalmente no proveen mecanismos de especificación del protocolo de uso. Typestates permite especificar estados de objetos de un determinado tipo. Cada estado habilita ciertas operaciones y prohíbe otras, permitiendo especificar el protocolo de uso de una API determinada. En este trabajo se presenta un patrón de implementación de typestates en el lenguaje de programación Rust y se analiza su sistema de tipos y mecanismos que permiten la verificación del typestate en tiempo de compilación, mostrando que cumple con las propiedades requeridas por las propuestas de verificación modular descriptas en la bibliografía especializada.XVI Workshop Ingeniería de Software.Red de Universidades con Carreras en Informátic

Verification of Programs with Pointers in SPARK

In the field of deductive software verification, programs with pointers present a major challenge due to pointer aliasing. In this paper, we introduce pointers to SPARK, a well-defined subset of the Ada language , intended for formal verification of mission-critical software. Our solution uses a permission-based static alias analysis method inspired by Rust's borrow-checker and affine types. To validate our approach, we have implemented it in the GNAT Ada compiler and the SPARK toolset. In the paper, we give a formal presentation of the analysis rules for a core version of SPARK and discuss their implementation and scope

Coping with the reality: adding crucial features to a typestate-oriented language

Detecting programming errors and vulnerabilities in software is increasingly important, and building tools that help with this task is an area of investigation, crucial for the industry these days. When programming in an object-oriented language, one naturally defines stateful objects that are non-uniform, i.e., their methods’ availability depends on their internal state. One might represent their intended usage protocol with an automaton or a state machine. Behavioral types allow to statically check if all the code of a program respects the usage protocol of each object. In this thesis we present a tool that extends Java with typestate definitions. These typestates are associated with Java classes and define the behavior of instances of those classes, specifying the sequences of method calls allowed. This tool checks statically that method calls happen in order, following the specified behavior. The tool was implemented in Kotlin as a plugin for the Checker Framework. It is a new implementation of the Mungo tool and supports prevention of null pointer errors, state transitions depending on return values, assurance of protocol completion, droppable states, and association of protocols with classes from the standard Java library or from third-party libraries. Additionally, the tool integrates behavioral types with access permissions, allowing objects to be shared in a controlled way using a language of assertions. This language of assertions supports concepts like packing and unpacking, including unpacking of aliases objects, and transferring of permissions between aliases. To relieve the programmer from manually writing all the necessary assertions, the tool implements an inference algorithm which analyzes the code statically and, given the uses of objects, constructs all the required assertions.A deteção de erros de programação e vulnerabilidades no software é cada vez mais importante, e a criação de ferramentas que ajudem nesta tarefa é uma área de investigação crucial para a indústria atualmente. Ao programar numa linguagem orientada a objetos, definem-se naturalmente objetos com estado que não são uniformes, ou seja, a disponibilidade dos seus métodos depende do seu estado interno. Pode-se representar o protocolo de uso pretendido com um autómato ou uma máquina de estados. Os tipos comportamentais permitem verificar estaticamente se todo o código de um programa respeita o protocolo de uso de cada objeto. Nesta tese apresentamos uma ferramenta que estende o Java com definições de typestates. Esses estão associados às classes Java e definem o comportamento das instâncias dessas classes, especificando as sequências de chamadas de métodos permitidas. Esta ferramenta verifica estaticamente se as chamadas de métodos ocorrem pela ordem correta, seguindo o comportamento especificado. A ferramenta foi implementada em Kotlin como um plugin para o Checker Framework. É uma implementação nova da ferramenta Mungo e suporta a prevenção de erros de ponteiro nulo, transições de estado dependendo de valores de retorno, asseguração da conclusão dos protocolos, objetos que podem ser «largados», e a associação de protocolos com classes da biblioteca padrão do Java ou de terceiros. Além disso, esta integra tipos comportamentais com permissões de acesso, permitindo que objetos possam ser partilhados por meio de uma linguagem de asserções. Esta linguagem de asserções oferece suporte para conceitos como packing e unpacking, incluindo unpacking de objetos partilhados, e transferência de permissões entre variáveis que apontam para o mesmo objeto. Para aliviar o programador de escrever manualmente todas as asserções necessárias, a ferramenta implementa um algoritmo de inferência que analisa o código estaticamente e, consoante os usos dos objetos, constrói todas as asserções necessárias

Aspects of Code Generation and Data Transfer Techniques for Modern Parallel Architectures

Im Bereich der Prozessorarchitekturen hat sich der Fokus neuer Entwicklungen von immer höheren Taktfrequenzen hin zu immer mehr Kernen auf einem Chip verschoben. Eine hohe Kernanzahl ermöglicht es unterschiedlich leistungsfähige Kerne anzubieten, und sogar dedizierte Kerne mit speziellen Befehlssätzen. Die Entwicklung für solch heterogene Plattformen ist herausfordernd und benötigt entsprechende Unterstützung von Entwicklungswerkzeugen, wie beispielsweise Übersetzern. Neben ihrer heterogenen Kernstruktur gibt es eine zweite Dimension, die die Entwicklung für solche Architekturen anspruchsvoll macht: ihre Speicherstruktur. Die Aufrechterhaltung von globaler Cache-Kohärenz erschwert das Erreichen hoher Kernzahlen. Hardwarebasierte Cache-Kohärenz-Protokolle skalieren entweder schlecht, oder sind kompliziert und führen zu Problemen bei Ausführungszeit und Energieeffizienz. Eine radikale Lösung dieses Problems stellt die Abschaffung der globalen Cache-Kohärenz dar. Jedoch ist es schwierig, bestehende Programmiermodelle effizient auf solch eine Hardware-Architektur mit schwachen Garantien abzubilden. Der erste Teil dieser Dissertation beschäftigt sich Datentransfertechniken für nicht-cache-kohärente Architekturen mit gemeinsamem Speicher. Diese Architekturen bieten einen gemeinsamen physikalischen Adressraum, implementieren aber keine hardwarebasierte Kohärenz zwischen allen Caches des Systems. Die logische Partitionierung des gemeinsamen Speichers ermöglicht die sichere Programmierung einer solchen Plattform. Im Allgemeinen erzeugt dies die Notwendigkeit Daten zwischen Speicherpartitionen zu kopieren. Wir untersuchen die Übersetzung für invasive Architekturen, einer Familie von nicht-cache-kohärenten Vielkernarchitekturen. Wir betrachten die effiziente Implementierung von Datentransfers sowohl einfacher als auch komplexer Datenstrukturen auf invasiven Architekturen. Insbesondere schlagen wir eine neuartige Technik zum Kopieren komplexer verzeigerter Datenstrukturen vor, die ohne Serialisierung auskommt. Hierzu verallgemeinern wir den Objekt-Klon-Ansatz mit übersetzergesteuerter automatischer software-basierter Kohärenz, sodass er auch im Kontext nicht-kohärenter Caches funktioniert. Wir präsentieren Implementierungen mehrerer Datentransfertechniken im Rahmen eines existierenden Übersetzers und seines Laufzeitsystems. Wir führen eine ausführliche Auswertung dieser Implementierungen auf einem FPGA-basierten Prototypen einer invasiven Architektur durch. Schließlich schlagen wir vor, Hardwareunterstützung für bereichsbasierte Cache-Operationen hinzuzufügen und beschreiben und bewerten mögliche Implementierungen und deren Kosten. Der zweite Teil dieser Dissertation befasst sich mit der Beschleunigung von Shuffle-Code, der bei der Registerzuteilung auftritt, durch die Verwendung von Permutationsbefehlen. Die Aufgabe der Registerzuteilung während der Programmübersetzung ist die Abbildung von Programmvariablen auf Maschinenregister. Während der Registerzuteilung erzeugt der Übersetzer Shuffle-Code, der aus Kopier- und Tauschbefehlen besteht, um Werte zwischen Registern zu transferieren. Abhängig von der Qualität der Registerzuteilung und der Zahl der verfügbaren Register kann eine große Menge an Shuffle-Code erzeugt werden. Wir schlagen vor, die Ausführung von Shuffle-Code mit Hilfe von neuartigen Permutationsbefehlen zu beschleunigen, die die Inhalte von einigen Registern in einem Taktzyklus beliebig permutieren. Um die Machbarkeit dieser Idee zu demonstrieren, erweitern wir zunächst ein bestehendes RISC-Befehlsformat um Permutationsbefehle. Anschließend beschreiben wir, wie die vorgeschlagenen Permutationsbefehle in einer bestehenden RISC-Architektur implementiert werden können. Dann entwickeln wir zwei Verfahren zur Codeerzeugung, die die Permutationsbefehle ausnutzen, um Shuffle-Code zu beschleunigen: eine schnelle Heuristik und einen auf dynamischer Programmierung basierenden optimalen Ansatz. Wir beweisen Qualitäts- und Korrektheitseingeschaften beider Ansätze und zeigen die Optimalität des zweiten Ansatzes. Im Folgenden implementieren wir beide Codeerzeugungsverfahren in einem Übersetzer und untersuchen sowie vergleichen deren Codequalität ausführlich mit Hilfe standardisierter Benchmarks. Zunächst messen wir die genaue Zahl der dynamisch ausgeführten Befehle, welche wir folgend validieren, indem wir Programmlaufzeiten auf einer FPGA-basierten Prototypimplementierung der um Permutationsbefehle erweiterten RISC-Architektur messen. Schließlich argumentieren wir, dass Permutationsbefehle auf modernen Out-Of-Order-Prozessorarchitekturen, die bereits Registerumbenennung unterstützen, mit wenig Aufwand implementierbar sind

XXV Congreso Argentino de Ciencias de la Computación - CACIC 2019: libro de actas

Trabajos presentados en el XXV Congreso Argentino de Ciencias de la Computación (CACIC), celebrado en la ciudad de Río Cuarto los días 14 al 18 de octubre de 2019 organizado por la Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI) y Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales - Universidad Nacional de Río CuartoRed de Universidades con Carreras en Informátic

XXV Congreso Argentino de Ciencias de la Computación - CACIC 2019: libro de actas

Trabajos presentados en el XXV Congreso Argentino de Ciencias de la Computación (CACIC), celebrado en la ciudad de Río Cuarto los días 14 al 18 de octubre de 2019 organizado por la Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI) y Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales - Universidad Nacional de Río CuartoRed de Universidades con Carreras en Informátic