formális módszerek alkalmazása

Formális módszerek Formális módszerek alkalmazásaalkalmazása

Varró-Gyapay SzilviaVarró-Gyapay Szilviadr. Pataricza András és dr. Bartha Tamás fóliáidr. Pataricza András és dr. Bartha Tamás fóliái

22007.02.16.007.02.16. Formális módszerek, RévkomáromFormális módszerek, Révkomárom

Kihívás: komplex IT alkalmazásKihívás: komplex IT alkalmazás

Felhasználói specifikáció:Felhasználói specifikáció: egyértelműségegyértelműség érthetőségérthetőség teljesség, ellentmondás-mentességteljesség, ellentmondás-mentesség SZOLGÁLTATÁSBIZTONSÁGSZOLGÁLTATÁSBIZTONSÁG

Implementáció:Implementáció: MINŐSÉG-KÖLTSÉG-IDŐMINŐSÉG-KÖLTSÉG-IDŐ automatizálás/komponens integrációautomatizálás/komponens integráció


MódszerekMódszerek

Feladatok:Feladatok: hibátlan rendszerspecifikációhibátlan rendszerspecifikáció

specifikációhoz eszközök (részben, félformális)specifikációhoz eszközök (részben, félformális)

komponensek együttműködése, időzítésekkomponensek együttműködése, időzítések

Problémák:Problémák: valósághű modellezés (modellméret, állapottér mérete)valósághű modellezés (modellméret, állapottér mérete) időkezelés (IT: hibrid, nemlineáris)időkezelés (IT: hibrid, nemlineáris) környezetmodellezéskörnyezetmodellezés sokféle matematika kell hozzásokféle matematika kell hozzá


Formális módszerekFormális módszerek

Formális szintaktika + szemantikaFormális szintaktika + szemantika formális specifikációs nyelvformális specifikációs nyelv

matematikai eszközrendszer, matematikai precizitásmatematikai eszközrendszer, matematikai precizitás formális szintakszis: strukturális tulajdonságokformális szintakszis: strukturális tulajdonságok formális szemantika: jelölésmód interpretációjaformális szemantika: jelölésmód interpretációja

leíróeszközleíróeszköz

MódszerMódszer a formális modellről ismeretet adó matematikai eljárása formális modellről ismeretet adó matematikai eljárás

TámogatóeszközTámogatóeszköz a leíróeszközt értelmező, a módszert megvalósító SWa leíróeszközt értelmező, a módszert megvalósító SW


Jelen helyzetJelen helyzet

nehéz matematikai jelölésrendszernehéz matematikai jelölésrendszercsak kisméretű problémákra megycsak kisméretű problémákra megyspeciális ismeretek a felhasználótólspeciális ismeretek a felhasználótól


Formális specifikációFormális specifikáció

Matematikai leírásMatematikai leírás célrendszer funkcióicélrendszer funkciói időzítés, teljesítményidőzítés, teljesítmény belső struktúrabelső struktúra környezetkörnyezet

Ellenőrizhetőség (V&V)Ellenőrizhetőség (V&V) konzisztencia, ellentmondás-mentességkonzisztencia, ellentmondás-mentesség teljesség, zártságteljesség, zártság

VégrehajthatóságVégrehajthatóság


EszközökEszközök

Z, VDM: sorrendi hálózatok tervezéseZ, VDM: sorrendi hálózatok tervezése halmazokhalmazok relációkrelációk függvényekfüggvények

CSP, állapottérkép: konkurens rendszerekCSP, állapottérkép: konkurens rendszerek sorozatok, fáksorozatok, fák eseménysorokeseménysorok


AlkalmazásokAlkalmazások

PéldákPéldák CICS az IBM felhasználói rendszere (Z)CICS az IBM felhasználói rendszere (Z) London légiforgalom irányítás (VDM)London légiforgalom irányítás (VDM) USA légi összeütközés elkerülés USA légi összeütközés elkerülés

(állapottérkép)(állapottérkép) további területektovábbi területek

adatbázisok, hardver tervezés, mikro-adatbázisok, hardver tervezés, mikro-elektronika, orvosi műszerek, nukleáris elektronika, orvosi műszerek, nukleáris technika, biztonság, távközlés, közlekedéstechnika, biztonság, távközlés, közlekedés


A fejlesztés életciklus modelljeiA fejlesztés életciklus modelljei

Miért van szükség életciklus modellre?Miért van szükség életciklus modellre? Komplexitás kezeléseKomplexitás kezelése Változások (követelmények, új megoldások) kezeléseVáltozások (követelmények, új megoldások) kezelése Jól definiált fejlesztési fázisokJól definiált fejlesztési fázisok

MérföldkövekMérföldkövek Ellenőrizhetőség, számonkérhetőségEllenőrizhetőség, számonkérhetőség Tervezhetőség (pénz, idő)Tervezhetőség (pénz, idő)

Visszalépés lehetőségeVisszalépés lehetősége Elosztott fejlesztés, integrációElosztott fejlesztés, integráció


Fejlesztési tevékenységekFejlesztési tevékenységek

Követelményanalízis Mi a megoldandó probléma?

KoncepciótervezésMilyen megoldási módszerek/eszközök léteznek?

RendszertervezésHogyan oldható meg afeladat?

Implementáció Hogyan valósítható mega feladat megoldása?

Tesztelés Megoldottuk a problémát?

ÜzembehelyezésA megrendelő megfelelőnek tartjaa kész rendszert?

Üzemeltetés,karbantartás

Továbbfejlesztés szükséges?

ProblémaProbléma

ImplementációImplementáció


IterációIteráció

eddigi modellek eddigi modellek egyverziós egyverziós életciklust írnak leéletciklust írnak le

rendszerfejlesztés rendszerfejlesztés iteratív:iteratív:prototípus prototípus felfedett hibák felfedett hibák új új prototípusprototípus

spirál modellspirál modell


Spirál modellSpirál modell


Tevékenységek a spirál modellbenTevékenységek a spirál modellben

Determine objectiv es,alternatives, & constr aints

Evaluate alter natives,identify & resolv e r isks

Develop & ver ifynext level productPlan next phase

Requirements

Development

Integration

plan

plan

plan

Requirements

Design

validation

validation

SoftwareSystem

Product

Riskanalysis

Riskanalysis

Prototype1Prototype2

Prototype3

Riskanalysis

Concept ofoperation

RequirementsDesign

Code

Unit Test

Integration & TestAcceptance

DetailedDesign

P1

P2

Test

Task P1

Task P2


Ellenőrzési lépések a V modellbenEllenőrzési lépések a V modellben

Felbontás

Idő

Alacsony

Magas

Gondok a V modellel:a felhasználó ugyanazt a képetkapja az életciklusról, mint a fejlesztő

KliensFejlesztő

Követelmény-specifikáció

Rendszerspecifikáció

Architektúra tervezés(Rendszerterv)

Rendszer teszt

Modultervezés(Részletes terv)

Modul teszt

Integrációs teszt

AcceptanceTesting

megelőzi

megelőziellenőrzi

ellenőrzi

ellenőrzi


Részletes V modellRészletes V modell

Követelmény-specifikáció készítés

Rendszerspecifikációkészítés



Architektúratervezés

Rendszerterv

Modultervezés

Részletesrendszerterv

Modulverifikáció

Modulverifikációsterv készítése

Rendszerintegrálás

Rendszerverifikáció

Rendszervalidáció

Modul implementáció ésrendszerkonfiguráció

Modulok

Ellenőrzött modulok

Integrált rendszer

Verifikált rendszer

Integráció verifikációsterv készítése

Rendszerverifikációsterv készítése

Rendszervalidációsterv készítése

visszalépés

visszalépés

visszalépés

visszalépés

visszalépés

visszalépés

vissz

alépé

s


Verifikáció és validáció szerepeVerifikáció és validáció szerepe

VerifikációVerifikáció::jól építjük-e a jól építjük-e a rendszert?rendszert?

ValidációValidáció::jó rendszert jó rendszert építünk-e?építünk-e?

Követelmény-specifikáció készítés

Rendszerspecifikációkészítés



Architektúratervezés

Rendszerterv

Modultervezés

Részletesrendszerterv

Modulverifikáció

Modulverifikációsterv készítése

Rendszerintegrálás

Rendszerverifikáció

Rendszervalidáció

Modul implementáció ésrendszerkonfiguráció

Modulok

Ellenőrzött modulok

Integrált rendszer

Verifikált rendszer

Integráció verifikációsterv készítése

Rendszerverifikációsterv készítése

Rendszervalidációsterv készítése

visszalépés

visszalépés

visszalépés

visszalépés

visszalépés

visszalépés

viss

zalé

pés


VerifikációVerifikáció

modellellenőrzés (véges modell)modellellenőrzés (véges modell) temporális logikatemporális logika automatákautomaták

példák:példák: IEEE FuturebusIEEE Futurebus AT&T ISDN/ISUPAT&T ISDN/ISUP Fujitsu HDCL vezérlőFujitsu HDCL vezérlő földrengés kompenzálásföldrengés kompenzálás


VerifikációVerifikáció

Tételbizonyítás (végtelen állapottér)Tételbizonyítás (végtelen állapottér) matematikai logikamatematikai logika axiómák, következtetésekaxiómák, következtetések levezetések (kézi segítség)levezetések (kézi segítség)

példákpéldák IBM PowerPC, S390IBM PowerPC, S390 Motorola 68020, Intel PentiumMotorola 68020, Intel Pentium


HelyzetképHelyzetkép

tételbizonyítás (végtelen állapottér)tételbizonyítás (végtelen állapottér) matematikai logikamatematikai logika axiómák, következtetésekaxiómák, következtetések levezetések (kézi segítség)levezetések (kézi segítség)

példákpéldák IBM PowerPC, S390IBM PowerPC, S390 Motorola 68020, Intel PentiumMotorola 68020, Intel Pentium


HelyzetértékelésHelyzetértékelés

matematika, algoritmus hatékonyságmatematika, algoritmus hatékonyság időzítési osztályok szűkekidőzítési osztályok szűkekmodellkészítésmodellkészítésnyelvek kifejezésgazdagsága (VHDL)nyelvek kifejezésgazdagsága (VHDL)nyelvek nem pontos definíciója (UML)nyelvek nem pontos definíciója (UML)


Modell választás szempontjaiModell választás szempontjai

A színezett Petri hálókA színezett Petri hálók1.1. grafikus reprezentációval rendelkeznekgrafikus reprezentációval rendelkeznek

áttekinthető és érthető, követi a feladatstruktúrátáttekinthető és érthető, követi a feladatstruktúrát

2.2. kevés, egyszerű működésű építőelemből állnakkevés, egyszerű működésű építőelemből állnak

3.3. jól definiált szemantikával rendelkeznekjól definiált szemantikával rendelkeznek

4.4. leíróereje nagyleíróereje nagy bizonyítottan Turing-ekvivalens algoritmikus rendszert adnakbizonyítottan Turing-ekvivalens algoritmikus rendszert adnak

5.5. explicit kifejezik az állapotot és az eseményeketexplicit kifejezik az állapotot és az eseményeket

6.6. a modellstruktúra együtt van jelen a vezérlési és a modellstruktúra együtt van jelen a vezérlési és szinkronizációs feltételekkelszinkronizációs feltételekkel



A színezett Petri hálókA színezett Petri hálók

6.6. hierarchikusan szervezett, modulárisan épített modellhierarchikusan szervezett, modulárisan épített modell nagy modellek építése, részmodellek integrálásanagy modellek építése, részmodellek integrálása

7.7. támogatják a lokalitásttámogatják a lokalitást kis változtatás a specifikációban kis változtatás a specifikációban kis változtatás a modellben kis változtatás a modellben

8.8. az időfogalom (fizikai, nemcsak logikai idő) kezeléseaz időfogalom (fizikai, nemcsak logikai idő) kezelése formális validáció és teljesítményjellemzők azonos modellbőlformális validáció és teljesítményjellemzők azonos modellből

9.9. komoly szoftvertámogatással rendelkeznekkomoly szoftvertámogatással rendelkeznek Design/CPN, cpnToolsDesign/CPN, cpnTools

10.10. lehetővé teszik az interaktív szimulációtlehetővé teszik az interaktív szimulációt



A színezett Petri hálókA színezett Petri hálók12.12. számos formális (matematikai) analízis módszer ismertszámos formális (matematikai) analízis módszer ismert

Elérhetőségi analízisElérhetőségi analízis az elérhetőségi gráf konstrukciójával az elérhetőségi gráf konstrukciójával elérhetőség, fedhetőség, élőség, holtpontmentesség, korlátosság, elérhetőség, fedhetőség, élőség, holtpontmentesség, korlátosság,

fairség, megfordíthatóságfairség, megfordíthatóság InvariánsInvariáns (minden állapotban igaz és állandó) (minden állapotban igaz és állandó) tulajdonságoktulajdonságok

számítása és értelmezéseszámítása és értelmezése hely (P-, place) invariáns, tüzelési (T-, transition) invariánshely (P-, place) invariáns, tüzelési (T-, transition) invariáns

Redukciós technikákRedukciós technikák (tulajdonságmegtartó transzformációk) (tulajdonságmegtartó transzformációk) StrukturálisStrukturális (kezdőállapot-független) (kezdőállapot-független) tulajdonságoktulajdonságok vizsgálata vizsgálata

strukturális élőség, strukturális korlátosság, vezérelhetőség, strukturális élőség, strukturális korlátosság, vezérelhetőség, konzervativitás, ismételhetőség, konzisztenciakonzervativitás, ismételhetőség, konzisztencia


Sent

Updateand

Send Messages

Receivea

Message

InactivePassiveUnusedActiveWaiting

Acknowledged

Received Performing

Send an Acknowledg-

ment

Receive all Acknowledg-

ments

Mes(s)

Mes(s)

Mes(s)

Mes(s) (s,r)

(s,r)

(s,r)

(s,r)

s

s

r

r r

rs

s

e e

ee

DBM DBM DBM

MES

MES

MES MES

e DBMMES

Elosztott adatbáziskezelő rendszer CP Elosztott adatbáziskezelő rendszer CP háló modelljeháló modellje

formális módszerek alkalmazása

Documents