基于TL2软件事务内存机制的并发程序的精化验证

【摘要】随着多核处理器的广泛应用,并发编程成为软件开发的主流方式,但是并发编程给程序员带来了很大的挑战。传统的并发编程主要是用锁机制来保证共享资源的互斥访问,锁机制是一种常用的同步手段。但是粗粒度锁性能较差；而细粒度锁性能较好,但使用过于复杂,容易出错,编写简单高效的代码非常困难,容易导致死锁和优先级倒置等问题。软件事务内存(STM)并发机制将对共享存储复杂的同步访问控制转嫁给底层系统开发者,从而大大减轻高层程序员开发并发程序的负担,但是STM并发机制往往设计得十分精妙,在实现时极易出错。因而它作为系统软件的一部分,形式化验证其实现的正确性对提高并发软件的可靠性和安全性有着重要意义。STM算法在实现策略上有多种不同的选择方式,已有的研究工作表明基于锁的STM算法在性能上具有明显优势。本文以一个经典的基于锁的高性能STM算法TL2为验证目标,首先采用并发程序间的精化关系来刻画基于TL2的底层细粒度代码是某个具体的高层抽象原子事务代码块的正确实现,然后通过基于依赖保证的并发程序模拟技术证明两个程序间具有精化关系,完成基于TL2算法的两个有代表性的具体实例的验证,总结TL2算法满足的不变式,为完成TL2算法的完整验证奠定基础。本文的主要贡献如下：(1)应用基于依赖保证的模拟技术验证了读集和写集相交、只读的两个典型事务的底层实现,即验证基于TL2的底层细粒度实现是对高层抽象原子事务代码的精化。(2)给出了TL2算法中底层细粒度程序执行具体状态和原子事务执行的抽象状态对应关系,并给出了两者对应关系满足的不变式,为完成整个TL2算法的形式化验证奠定了基础。
【作者】赵立飞；
【导师】冯新宇；付明；
【作者基本信息】中国科学技术大学，计算机软件与理论，2014，硕士
【关键词】软件事务内存；程序验证；依赖—保证；模拟技术；精化验证；

【参考文献】
[1]单婷婷.车身参数化轻量化设计与评价方法研究[D].吉林大学,车辆工程,2013,硕士.
[2]徐晓秋.机器视觉球面孔位快速精密测量系统的研究[D].四川大学,2006.
[3]刘念武,龚晓南,俞峰,房凯.内支撑结构基坑的空间效应及影响因素分析[J].岩土力学,2014,08:2293-2298+2306.
[4]邹文静.论确认不侵犯专利权之诉的制度完善[D].青岛大学,诉讼法学,2013,硕士.
[5]杨帆.生态文明视野下的中国城市化发展研究[D].西南财经大学,人口、资源与环境经济学,2013,博士.
[6]李哲.中国远洋风险控制维度研究[D].大连海事大学,工商管理,2014,硕士.
[7]何婷.客货分线运输条件下铁路货运市场营销战略研究[D].北京交通大学,2010.
[8]彭娅珲.马克思恩格斯列宁共同富裕思想及其当代价值[D].宁波大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[9]龚珣.隔夜信息对中国股市的影响研究[D].南京大学,工业工程（专业学位）,2013,硕士.
[10]秦超.CBA球队视频分析人员现状调查研究[D].首都体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[11]刘永.超级电容器用高性能碳基复合材料的研究[D].电子科技大学,2010.
[12]朱红.基于轨道交通模式下的长沙市商业空间重构研究[D].湖南大学,建筑学,2011,硕士.
[13]何邕健.城镇体系发展战略规划研究：理论、方法与实践[D].天津大学,城市规划与设计,2004,硕士.
[14]段璐璐.基于博弈论的港口群内竞争研究[D].浙江大学,2014.
[15]万希晨.氧化铁共修饰的明胶硅氧烷纳米粒载体的构建及其基因转染的实验研究[D].厦门大学,外科学,2014,硕士.
[16]王晓旋.抗争与救赎的孤独书写[D].安徽大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[17]黄青.高中教师专业发展活动状况研究[D].湖南师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[18]刘晨曦.美洲斑潜蝇垂直分布决定因素分析及芦苇格姬小蜂的寄生行为初步研究[D].中国农业大学,农业昆虫与害虫防治,2004,硕士.
[19]王跃东.骨架变量求解算法研究[D].吉林大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[20]张燕宁.内镜下胆管引流术治疗恶性胆道梗阻的对比研究[D].兰州大学,内科学（专业学位）,2013,硕士.
[21]贾礼文.家族企业“差序格局”：一种特殊的组织结构[D].西南大学,社会学,2014,硕士.
[22]王丽秋.讲演语体中虚拟对话研究[D].华东师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[23]高翔.不同构造木框架剪力墙抗侧性能的试验研究[D].扬州大学,防灾减灾工程及防护工程,2011,硕士.
[24]梅柠.基于AHP-熵值法的低碳绿色公路运输发展研究[D].大连海事大学,交通工程,2013,硕士.
[25]石军.欧盟SMP判定评估体系[J].信息网络.2004(04)
[26]同剑飞.基于J2EE和Fire Workflow工作流引擎的物流信息管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[27]代华东.NBIC会聚技术风险及其规避研究[D].中共湖南省委党校,科学技术哲学,2013,硕士.
[28]于晓萍.通勤铁路在多中心大都市区空间结构优化中的作用[J].综合运输,2015,04:41-45.
[29]刘伟.基于DJGPP的GPS接收机设计[D].西安电子科技大学,导航、制导与控制,2011,硕士.
[30]朱榆.同性强奸行为的刑法问题研究[D].贵州民族大学,刑法学,2013,硕士.
[31]刘军.数据挖掘技术在公安警务信息管理系统中的应用[D].上海交通大学,软件工程,2013,硕士.
[32]陈晓莎.基于平衡计分卡的H供电公司绩效管理指标体系研究[D].河北经贸大学,会计,2014,硕士.
[33]侯彦丽.北方PDM系统的研制开发[D].北方工业大学,机械电子工程,2004,硕士.
[34]张纯学.全球鹰无人机的制导与控制装置[J].飞航导弹.2003(09)
[35]宋毅.电子手段在反腐败中的应用研究[D].云南财经大学,公共管理,2013,硕士.
[36]郭雷.基于顾客价值对网络顾客忠诚度的研究[D].扬州大学,企业管理,2012,硕士.
[37]张焕.基于有限位移理论的悬索桥缆索体系分析[D].武汉理工大学,结构工程,2004,硕士.
[38]郭艳红.面向知识管理的高校科研管理信息系统的构建研究[D].大连理工大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[39]章圣闯.基于B/S模式的小型连锁商店管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[40]高文雷.旋转填充床中湿法氧化脱硝的研究[D].北京化工大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[41]邢春贵.异步电动机智能保护系统的研制[D].大连理工大学,机械电子工程,2004,硕士.
[42]吴正明.履带式液压挖掘机行走系统动力学仿真[D].太原科技大学,车辆工程,2013,硕士.
[43]于海龙.铺设环境和冻融循环对GCL力学性能的影响[D].内蒙古农业大学,水工结构工程,2012,硕士.
[44]肖立英,李建华,谭立球.Web日志挖掘技术的研究与应用[J].计算机工程,2002,07:276-277+284.
[45]王文龙.出土战国秦汉算数书所见社会经济史问题探讨[D].吉林大学,中国古代史,2014,硕士.
[46]葛春梅.梨树断陷储层保护适应性研究[D].东北石油大学,地质工程（专业学位）,2013,硕士.
[47]沈勤文.魏晋风度浸曹侯，如椽健笔写风流[D].山东大学,中国古代文学,2013,硕士.
[48]丁洁.“文革”时期党的领导问题新论[D].湖南师范大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[49]邓莉欣.莫言和米兰·昆德拉作品中生命主题比较[D].辽宁大学,比较文学与世界文学,2012,硕士.
[50]邸玲.立体汽车停车位造型设计[D].吉林大学,设计艺术学,2014,硕士.