Compositional Verification of Concurrent and Real-Time Systems

با رشد سریع شبکه و قدرت محاسباتی بالا، تقاضا برای سیستم های نرم افزاری در مقیاس بزرگ و پیچیده به طور چشمگیری افزایش یافته است. بسیاری از سیستم های نرم افزاری از کنترل انسانی سیستم های حیاتی ایمنی مانند سیستم های کنترل پرواز، سیستم های کنترل شاتل فضایی، سیستم های کنترل اویونیک هواپیما، روباتیک، سیستم های نظارت بر بیمار، سیستم های کنترل نیروگاه هسته ای و غیره پشتیبانی می کنند یا جایگزین آن می شوند. خرابی سیستم های حیاتی ایمنی می تواند منجر به فجایع بزرگ و تلفات جانی انسان شود. بنابراین، نرم افزار مورد استفاده برای سیستم های حیاتی ایمنی باید ویژگی های تضمین بالایی را حفظ کند. به منظور انطباق با ویژگی‌های تضمینی بالا، یک سیستم حیاتی ایمنی اغلب منابع را بین چندین عامل محاسباتی فعال به اشتراک می‌گذارد و باید محدودیت‌های زمان واقعی صلب را برآورده کند. با این حال، همزمانی و محدودیت های زمان، توسعه یک سیستم ایمنی حیاتی را بسیار مستعد خطا و دشوارتر می کند. صحت سیستم های نرم افزاری امروزه عمدتاً به کار تست و اشکال زدایی بستگی دارد. تست و اشکال زدایی شامل فرآیند شناسایی، مکان یابی، تجزیه و تحلیل، جداسازی و تصحیح خطاهای مشکوک با استفاده از اطلاعات زمان اجرا یک سیستم است. با این حال، آزمایش و اشکال زدایی برای اثبات درستی یک سیستم حیاتی ایمنی کافی نیست. در مقابل، تجزیه و تحلیل استاتیک توسط فرمالیسم ها برای تعیین دقیق سیستم پشتیبانی می شود. سپس روش های تأیید رسمی برای اثبات درستی منطقی سیستم با توجه به مشخصات اعمال می شود. راستی‌آزمایی رسمی به ما اطمینان بیشتری می‌دهد که سیستم‌های حیاتی ایمنی ویژگی‌های تضمینی مورد نظر را دارند تا از عواقب فاجعه‌بار جلوگیری کنند.

With the rapid growth of networking and high-computing power, the demand for large-scale and complex software systems has increased dramatically. Many of the software systems support or supplant human control of safety-critical systems such as flight control systems, space shuttle control systems, aircraft avionics control systems, robotics, patient monitoring systems, nuclear power plant control systems, and so on. Failure of safety-critical systems could result in great disasters and loss of human life. Therefore, software used for safety­ critical systems should preserve high assurance properties. In order to comply with high assurance properties, a safety-critical system often shares resources between multiple concurrently active computing agents and must meet rigid real-time constraints. However, concurrency and timing constraints make the development of a safety-critical system much more error prone and arduous. The correctness of software systems nowadays depends mainly on the work of testing and debugging. Testing and debugging involve the process of de­ tecting, locating, analyzing, isolating, and correcting suspected faults using the runtime information of a system. However, testing and debugging are not sufficient to prove the correctness of a safety-critical system. In contrast, static analysis is supported by formalisms to specify the system precisely. Formal verification methods are then applied to prove the logical correctness of the system with respect to the specification. Formal verifica­ tion gives us greater confidence that safety-critical systems meet the desired assurance properties in order to avoid disastrous consequences.