Formal methods is a subfield of computer science in which mathematics and logic are used to prove properties of programs and/or systems. Two families of methods within formal methods are model checking and deductive verification. One concrete model checking framework is the TLA+ specification language and the model checker TLC which can check properties of TLA+ models through state space exploration. TLC can also be used to check so-called temporal properties, e.g. liveness and safety properties, of C programs, if they are first translated to TLA+ models. Such a translation has previously been automated for a subset of C, but the models produced may be unnecessarily detailed, making checking slow. One suggested solution to this problem is to abstract away irrelevant details of the models. Such abstractions can be expressed for C programs using a specification language called ACSL, and then proven correct with automatic tools for deductive verification. Previous work has shown that using ACSL-based abstractions when converting C programs to TLA+ models can reduce the state space size for the resulting models and also the time required for checking certain properties with TLC. However, the knowledge about the impact of this approach is limited. This thesis therefore aims to extend that knowledge by investigating the use of the approach for different C programs and properties. An experiment is performed in which the approach is evaluated for 4 systematically constructed C programs and 2 different properties that those programs should satisfy. The results show that for the state space size reduction, abstracting away nondeterministic code, i.e. code which may execute in several different ways, led to a much greater reduction than abstracting away deterministic code. For the deterministic code, the reduction was also larger when abstracting away a greater number of C statements as opposed to a smaller number. For the running time of TLC when checking temporal properties, the reduction was also more significant when abstracting away nondeterministic code. The running time for TLC was much higher when checking a liveness property compared to when checking a safety property. / Formella metoder är ett område inom datalogin inom vilket matematik och logik används för att bevisa särskilda egenskaper hos program och/eller system. Två familjer av metoder inom detta område är modellprövning och deduktiv verifiering. Ett konkret ramverk för modellprövning är TLA+ och modellprövaren TLC, som kan pröva egenskaper hos TLA+ -modeller genom att utforska möjliga tillstånd. TLC kan också pröva så kallade temporala egenskaper hos C-program, exempelvis säkerhets- och aktivitetsegenskaper (liveness properties), förutsatt att dessa först översätts till TLA+ -modeller. En mekanism för automatisk sådan översättning har tidigare utvecklats för en delmängd av C, men de resulterande modellerna kan bli onödigt detaljrika, vilket gör prövning långsam. En föreslagen lösning på detta problem är att abstrahera bort irrelevanta detaljer i modellen. Sådana abstraktioner kan för C-program uttryckas med hjälp av ACSL, ett specifikationsspråk för C, och bevisas vara korrekta med hjälp av automatiska verktyg för deduktiv verifiering. Tidigare forskning har visat att ACSL-baserade abstraktioner, när Cprogram omvandlas till TLA+ -modeller, kan minska mängden möjliga modelltillstånd och dessutom tiden det tar att kontrollera vissa temporala egenskaper med TLC. Dock är kunskapen om effekterna av denna metod begränsad. Denna uppsats ämnar därför utöka denna kunskap genom att undersöka användningen av metoden för olika C-program och egenskaper. Ett experiment genomförs i vilket metoden utvärderas på 4 systematiskt konstruerade C-program och 2 egenskaper som dessa förväntas ha. Resultaten visar att avseende minskningen av antalet möjliga programtillstånd, så är abstraktion ifrån ickedeterministisk kod, alltså kod som kan exekveras på flera möjliga sätt, mycket mer effektiv än abstraktion ifrån deterministisk kod. För den deterministiska koden var minskningen också större när antalet Cprogramsatser som abstraherades bort var större jämfört med när antalet var mindre. Vad gäller körningstiderna för TLC när temporala egenskaper kontrollerades var minskningen också större vid abstraktion ifrån ickedeterministisk kod. Körningstiden för TLC var mycket högre vid prövning av en aktivitetsegenskap jämfört med en säkerhetsegenskap.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-344765 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Grundberg, Johan |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2024:8 |
Page generated in 0.003 seconds