SPIN / PROMELA

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SPIN / PROMELA

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Introduction (1)

• SPIN = Simple Promela Interpreter– Analyse de systèmes distribués, notamment des protocoles de

communications,• Modélisation du système en langage PROMELA,• Simulation aléatoire ou interactive du modèle,• Vérification d’invariants / de propriétés LTL sur le modèle.

• PROMELA = Protocol/Processus Meta Language– Langage de spécification de SPIN

• Documentation :

http://spinroot.com/spin/whatispin.html

http://spinroot.com/spin/Man/Manual.html

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Introduction (2)

XSPINFront-End

Promelaparser

PLTL parser and Translator

Verifier generator

Interactive Simulation

Syntax Error reports

Optimized Model-checker

Executable On-the-fly

VerifierCounter-examples

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Promela

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Spécification Promela

• Une spécification Promela peut être composée de :– Variables,

– Canaux de communication,

– Un ou plusieurs processus+ un processus initial « init ».

• Syntaxe proche de celle de C

• Commentaires de la forme : /* …. */

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Types, variables et constantes

• Types de base : bit, bool, byte, short, int

• Exemplesbool sa, ra;int i = 0;

Type Taille Domaine

bit 1 0...1

bool 1 0…1

byte 8 0...255

short 16 -215-1...215-1

int 32 -231-1...231-1

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Types, variables et constantes

• Types énumérés : – Ensemble de constantes symboliques– Un seul type énuméré autorisé par spécification– mtype = {Partiel,Complet,Ack}

mtype st,rt;

• Structures– typedef Mesg {bool b; int data};

-> Structure Mesg avec un booléen et un entier– Mesg m;

m.b = 0;m.data = 5;

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Types, variables et constantes

• Tableaux – int sf[5]; tableau de 5 entiers (0 à 4).

• Canaux– chan ch_bloc = [3] of {int};

canal pouvant contenir 3 messages, chaque message étant un entier.

• Constantes– #define MAX 5;

Constante MAX égale à 5.

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Opérateurs

Type Opérateurs

Arithmétiques +, -, *, /, %, --, ++

Relationnels >, >=, <=, <, ==, !=

Logiques &&, ||, !

Bits &, |, ~, ^, >>, <<

Canaux !, ?

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Processus

• Déclarationproctype nom_proc (paramètres formels) {

/* Déclarations des variables locales et instructions */

}

• Instanciationrun nom_proc (paramètres effectifs)

• Processus initial

init {

/* Déclarations des variables locales et instructions */

}

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Spécification Promela /* Déclaration des constantes *//* Déclaration et initialisation des variables globales */

proctype sender () {/* Déclaration des variables locales et instructions */

}

proctype receiver () {/* Déclarations des variables locales et instructions */

}

init {run sender(); run receiver();

}

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Instructions

• Activables ou bloquées– Si une instruction est activable, elle peut être immédiatement

exécutée.– Si une instruction est bloquée, l’exécution du processus dans

lequel elle apparaît est bloquée jusqu’à ce que l’instruction devienne activable.

• Instructions séparées par ; ou ->

• Pas de distinction entre condition et instruction– (a==b) ; b++ : b n’est incrémenté que si a est égal à b. Sinon, on

dit que l’instruction (a==b) est bloquante. On préférera ici la notation (a==b) -> b++

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Entrelacement (1)

• 1 processus = 1 automatebyte x=2, y=3;proctype A() { x = x + 1}proctype B() {x = x – 1 ; y = y + x}init {run A() ; run B()}

x=2y=3

initx=3y=3

x=x+1

x=2y=3

initx=1y=3

x=x-1 x=1y=4

y=y+x

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Entrelacement (2)

byte x=2, y=3;

proctype A() { x = x + 1}

proctype B() {x = x – 1 ; y = y + x}

init {run A() ; run B()}

x=1y=3

x=2y=5

x=2y=3

init

x=3y=3

x=2y=3

x=1y=4

x=2y=4

x=x+1 x=x-1

y=y+x

x=x-1 x=x+1

x=x+1y=y+x

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Instructions atomiques

• atomic {Instr1; Instr2 … ; Instrn}

• Activable si Instr1 est activable.

• Toutes les instructions sont effectuées en un seul pas : aucune autre instruction ne peut être effectuée entre les instructions de « atomic ».

• L’exécution est suspendue si une des instructions Instr2, …, Instrn est bloquante

-> Attention à bien s’assurer que ces instructions ne sont pas bloquantes !

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Instructions atomiques

byte x=2, y=3;

proctype A() { x = x + 1}

proctype B() { atomic {x = x – 1 ; y = y + x}}

init {run A() ; run B()}

x=1y=3

x=2y=5

x=2y=3

init

x=3y=3

x=2y=3

x=1y=4

x=2y=4

x=x+1 x=x-1

y=y+x

x=x-1 x=x+1

x=x+1y=y+x

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Instruction conditionnelle

• Syntaxe– if

:: instr11 -> instr12 ; … instr1N

:: …:: instrN1 -> instrN2 ; … ; instrNN

:: else -> instructions /* facultatif */fi

• Activable si une des gardes est activable• Si plusieurs gardes activables, choix non-déterministe• Si aucune garde activable et else présent, exécution des

instructions suivant else.

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Boucles

• Syntaxe– do

:: instr11 -> instr12 ; … instr1N

:: …:: instrN1 -> instrN2 ; … ; instrNN

:: else -> instructions /* facultatif */od

• Pour sortir de la boucle, on peut utiliser une instruction break ou goto.

do :: …:: goto doneoddone : printf(…);

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Canaux• Files d’attente (FIFO)• Déclaration :

– chan ch_bloc = [5] of {int}– chan ch_rdv = [0] of {int} : canal synchrone (un message ne peut être envoyé

que s’il est attendu)

• Envoi : ch_bloc!exprexpr est envoyé sur ch_bloc s’il reste de la place dans la file d’attente du canal. Instruction bloquante sinon.

• Réception : – ch_bloc?variable

variable reçoit pour valeur le premier message du canal. Si aucun message sur le canal, instruction bloquante.

– ch_bloc?constanteExécutable si le premier message du canal a une valeur égale à constante. Instruction bloquante sinon.

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Canaux

• Messages de type « tuple »– chan ch = [5] of {bool, int}– Envoi : ch!exprB,exprI ou ch!exprB(exprI)– Réception : ch?varB,varI ou ch?varB(varI)

• Si oubli de paramètres, affectation non déterministe pour les paramètres manquants

• Les paramètres en trop sont perdus (sans avertissements !).

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Canaux

• Quelques fonctions sur les canaux :

– len(ch_bloc) : retourne le nombre de messages contenus dans ch_bloc(peut s’utiliser dans une affectation),

– empty(ch_bloc) / nempty(ch_bloc) : permet de savoir si le canal ch_bloc est vide / non vide,

– full(ch_bloc) / nfull(ch_bloc) : permet de savoir si ch_bloc est rempli / non rempli.

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Récursivité

• Utilisation des canaux

int final_res;

proctype factorielle (int n ; chan p) {

chan res = [1] of {int};

int tmp_res;

if

:: (n<=1) -> p!1;

:: (n>=2) ->

run factorielle (n-1, res);

res?tmp_res;

p!n*tmp_res

fi

}

init {

chan res = [1] of {int};

run factorielle (5,res);

res?final_res;

printf(« resultat : %d\n », final_res)

}