Terepeta, Michal Tomasz

Afhandlingen fokuserer på formelle teknikker, baseret på statiske program analyse, model tjek og abstrakt fortolkning. Disse teknikker kan bruges til at vurdere software, verificere visse egenskaber ved software, og finde potentielle fejl. Først undersøger vi en algebraisk tilgang til statisk analyse og udforsker dens forbindelser til abstrakt fortolkning. Vi introducerer begrebet flow algebra, der er en algebraisk struktur svarende til semiringe, men som er mere beslægtet med de klassiske monotone frameworks. Vi viser hvordan man kan generalisere Galois-forbindelser til flow algebraer og diskuterer hvornår en flow algebra er en over-approksimation af (eller er induceret fra) en anden flow algebra. Dernæst viser vi, hvordan flow algebraer kan anvendes i kommunikerende eller vægtede push-down systemer. For at opnå dette, viser vi, at det er muligt at slække på nogle af de krav pålagt af den oprindelige formulering af disse teknikker uden at det går ud over de ønskede sundheds og fuldstændigheds resultater.Desuden præsenterer vi en ny anvendelse af push-down systemer i forbindelse med et aspekt-orienteret proces sprog. Tilføjelsen af aspekt-orienterede kendetegn gør det muligt for de processer at fremvise en rekursiv struktur. Vi viser, hvordan man kan modellere og analysere et sådant sprog. Vi også indfører et abstrakt domæne, som symbolsk repræsenterer de beskeder der sendes mellem de samtidigt udførende processer. Det benyttes til at huske præfikser eller suffikser af kommunikations forløb, og inkluderer også betingelser som påtrykkes af beskeder der udveksles. Da problemets kompleksitet er eksponentiel, har vi også præsenteret en kompakt datastruktur med samt effektive algoritmer til semiring operationer. Ydermere diskuterer vi en forbedring af Pre* og Post* algoritmerne for pushdown systemer, som gør det muligt direkte at bruge program repræsentationer som for eksempel program grafer. Vi præsenterer en modulær bibliotek som implementerer disse algoritmer; dermed opnås stor fleksibilitet med hensyn til forskellige metoder til læsning af constraint systemer. Endelig beskriver vi en eksperimentel metode til læsning af constraint systemer baseret på Newtons metode. Den gør det muligt at læse ligningssystemer over abstrakte domæner, som tidligere løsningsteknikker, f.eks Kleene iteration, ikke kunne magte. Vi præsenterer en sådant domæne og giver en foreløbig evaluering af vores implementation.Sluttelig mener vi, at afhandlingen præsenterer en mængde af bidrag som er interessante både fra teoretisk og et praktisk synspunkt.This thesis focuses on formal techniques based on static program analysis, model checking and abstract interpretation that offer means for reasoning about software, verification of its properties and discovering potential bugs.First, we investigate an algebraic approach to static analysis and explore its connections to abstract interpretation framework. We introduce the notion of a flow algebra, which is an algebraic structure similar to semirings, but closer to the classical monotone frameworks. We also generalize Galois connections to flow algebras and discuss when a flow algebra is an upper-approximation of (or induced from) another flow algebra.Furthermore, we show how flow algebras can be used in communicating or weighted pushdown systems. To achieve that, we show that it is possible to relax some of the requirements imposed by original formulation of those techniques without compromising the soundness or completeness results.Moreover, we present a new application of pushdown systems in the context of an aspect-oriented process calculus. The addition of aspect-oriented features makes it possible for a process to exhibit a recursive structure. We show how one can faithfully model and analyze such a language.We also introduce an abstract domain that symbolically represents the messages sent between the concurrently executing processes. It stores prefixes or suffixes of communication traces including various constraints imposed on the messages. Since the problem has exponential complexity, we also present a compact data structure as well as efficient algorithms for the semiring operations.Apart from that, we discuss an improvement to Pre* and Post* algorithms for pushdown systems, making it possible to directly use program representations such as program graphs. We present a modular library implementing those algorithms, which also provides a lot of flexibility with respect to, e.g., various constraints solvers.Finally, we describe one such experimental solver based on Newton’s method. It allows solving equation systems over abstract domains that were not accommodated by other solving techniques, e.g., Kleene iteration. We present such a domain and provide a preliminary evaluation of our implementation.To conclude, we believe the thesis presents a number of contributions interesting both from the theoretical point of view as well as from an implementation one.<br/

Online Research Database In Technology

An algebraic approach to analysis of recursive and concurrent programs

http://orbit.dtu.dk/ws/files/68434163/phd307_Terepeta_M.pdf

An algebraic approach to analysis of recursive and concurrent programs

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Online Research Database In Technology