Vérification relationnelle pour des programmes avec des données entières

par Filip Konecny

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Yassine Lakhnech et de Radu Iosif.

Soutenue le 29-10-2012

à Grenoble en cotutelle avec Masarykova univerzita (Brno, République tchèque) , dans le cadre de École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble) , en partenariat avec VERIMAG (équipe de recherche) .

Le président du jury était Milan Ceska.

Le jury était composé de Parosh aziz Abdulla, Mojmir Kretinsky, David Monniaux.

Les rapporteurs étaient Ahmed Bouajjani, Petr Jancar.


  • Résumé

    Les travaux présentés dans cette thèse sont lies aux problèmes de vérification de l'atteignabilité et de la terminaison de programmes qui manipulent des données entières non-bornées. On décrit une nouvelle méthode de vérification basée sur une technique d'accélération de boucle, qui calcule, de manière exacte, la clôture transitive d'une relation arithmétique. D'abord, on introduit un algorithme d'accélération de boucle qui peut calculer, en quelques secondes, des clôtures transitives pour des relations de l'ordre d'une centaine de variables. Ensuite, on présente une méthode d'analyse de l'atteignabilité, qui manipule des relations entre les variables entières d'un programme, et applique l'accélération pour le calcul des relations entrée-sortie des procédures, de façon modulaire. Une approche alternative pour l'analyse de l'atteignabilité, présentée également dans cette thèse, intègre l'accélération avec l'abstraction par prédicats, afin de traiter le problème de divergence de cette dernière. Ces deux méthodes ont été évaluées de manière pratique, sur un nombre important d'exemples, qui étaient, jusqu'a présent, hors de la portée des outils d'analyse existants. Dernièrement, on a étudié le problème de la terminaison pour certaines classes de boucles de programme, et on a montré la décidabilité pour les relations étudiées. Pour ces classes de relations arithmétiques, on présente un algorithme qui s'exécute en temps au plus polynomial, et qui calcule l'ensemble d'états qui peuvent générer une exécution infinie. Ensuite on a intégré cet algorithme dans une méthode d'analyse de la terminaison pour des programmes qui manipulent des données entières.

  • Titre traduit

    Relational Verification of Programs with Integer Data


  • Résumé

    This work presents novel methods for verification of reachability and termination properties of programs that manipulate unbounded integer data. Most of these methods are based on acceleration techniques which compute transitive closures of program loops. We first present an algorithm that accelerates several classes of integer relations and show that the new method performs up to four orders of magnitude better than the previous ones. On the theoretical side, our framework provides a common solution to the acceleration problem by proving that the considered classes of relations are periodic. Subsequently, we introduce a semi-algorithmic reachability analysis technique that tracks relations between variables of integer programs and applies the proposed acceleration algorithm to compute summaries of procedures in a modular way. Next, we present an alternative approach to reachability analysis that integrates predicate abstraction with our acceleration techniques to increase the likelihood of convergence of the algorithm. We evaluate these algorithms and show that they can handle a number of complex integer programs where previous approaches failed. Finally, we study the termination problem for several classes of program loops and show that it is decidable. Moreover, for some of these classes, we design a polynomial time algorithm that computes the exact set of program configurations from which non-terminating runs exist. We further integrate this algorithm into a semi-algorithmic method that analyzes termination of integer programs, and show that the resulting technique can verify termination properties of several non-trivial integer programs.


  • Résumé

    Tato pr´ace pˇredstavuje nov´e metody pro verifikaci program°u pracuj´ıc´ıch s neomezen´ymiceloˇc´ıslen´ymi promˇenn´ymi, konkr´etnˇe metody pro anal´yzu dosaˇzitelnosti a koneˇcnosti.Vˇetˇsina tˇechto metod je zaloˇzena na akceleraˇcn´ıch technik´ach, kter´e poˇc´ıtaj´ı tranzitivn´ıuz´avˇery cykl°u programu.V pr´aci je nejprve pˇredstaven algoritmus pro akceleraci nˇekolika tˇr´ıd celoˇc´ıseln´ychrelac´ı. Tento algoritmus je aˇz o ˇctyˇri ˇr´ady rychlejˇs´ı neˇz existuj´ıc´ı techniky. Z teoretick´ehohlediska pr´ace dokazuje, ˇze uvaˇzovan´e tˇr´ıdy relac´ı jsou periodick´e a poskytuje tud´ıˇzjednotn´e ˇreˇsen´ı prol´emu akcelerace.Pr´ace d´ale pˇredstavuje semi-algoritmus pro anal´yzu dosaˇzitelnosti celoˇc´ıseln´ych program°u, kter´y sleduje relace mezi promˇenn´ymi programu a aplikuje akceleraˇcn´ı technikyza ´uˇcelem modul´arn´ıho v´ypoˇctu souhrn°u procedur. D´ale je v pr´aci navrˇzen alternativn´ıalgoritmus pro anal´yzu dosaˇzitelnosti, kter´y integruje predik´atovou abstrakci s accelerac´ıs c´ılem zv´yˇsit pravdˇepodobnost konvergence v´ypoˇctu. Proveden´e experimenty ukazuj´ı, ˇzeoba algoritmy lze ´uspˇeˇsnˇe aplikovat k verifikaci program°u, na kter´ych pˇredchoz´ı metodyselh´avaly.Pr´ace se rovnˇeˇz zab´yv´a probl´emem koneˇcnosti bˇehu program°u a dokazuje, ˇze tentoprobl´em je rozhodnuteln´y pro nˇekolik tˇr´ıd celoˇc´ıseln´ych relac´ı. Pro nˇekter´e z tˇechto tˇr´ıdrelac´ı je v pr´aci navrˇzen algoritmus, kter´y v polynomi´aln´ım ˇcase vypoˇc´ıt´a mnoˇzinu vˇsechkonfigurac´ı programu, z nichˇz existuje nekoneˇcn´y bˇeh. Tento algoritmus je integrov´ando metody, kter´a analyzuje koneˇcnost bˇeh°u celoˇc´ıseln´ych program°u. Efektivnost t´etometody je demonstrov´ana na nˇekolika netrivi´aln´ıch celoˇc´ıseln´ych programech.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Service Interétablissement de Documentation. LLSH Collections numériques.
  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Chambéry-Annecy). Service commun de la documentation et des bibliothèques universitaires. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation. STM. Collections numériques.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.