Publicação

Static verification of data races in openMP

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Com o uso de linguagens paralelas nascem alguns problemas como data race , uma argura para os programadores durante o seu trabalho. Data race são quando dois ou mais threads em um único processo acedem a mesma posic¸ ão de memória ao mesmo tempo, sendo que um ou mais acessos são para a escrita/leitura, sem sincronização adequada. A nossa ferramenta (SVDR: Static Verification of Data race in OpenMP) foi desenvolvida com o propósito de verificar a ausência de data races em OpenMP (uma linguagem de programac¸ ão paralela). Empregamos a verificação estática com intençãoo de encontrar data races sem necessariamente executar o programa, possibilitando dessa forma ao utilizador, encontrar o problema antes de receber o resultado do mesmo. Para melhor compreensão de como funciona a ferramenta, é pertinente apresentar de forma concisa, as linguagens de programac¸ ˜ao aqui abordadas: OpenMP e Boogie. OpenMP (Aberto Multi-Processing) 2.1 ´e um API usado na programação (C, Fortran, C++) em multiprocessadores com memória partilhada em multiplataformas e funciona em quase todos Sistemas operativos e arquitecturas. Boogie [2, 17] ´e uma linguagem de verificação intermédia, projectada como uma camada sobre a qual é possível construir outros verificadores para outras línguaguens. Uma vez aclaradas as definições, é mais fácil contextualizar e compreender como a ferramenta funciona. Como já foi referido previamente, o objectivo da ferramenta é traduzir código OpenMP em código Boogie com o propósito de verificar se existe ou não data race no ficheiro de entrada. Assim sendo, é possível aferir que existem duas etapas para o processo de verificação: a primeira é a tradução de OpenMP em Boogie, e a segunda é a verificação de data race no ficheiro de entrada - que é do tipo bpl, ou seja, código Boogie. A primeira fase não é tratado pela ferramenta, de modo que é necessária uma tradução manual do código OpenMP para o código Boogie. A segunda fase é a ferramenta que foi implementada, SVDR. O SVDR funciona da seguinte forma: recebe como entrada um ficheiro bpl (um OpenMP traduzido em código Boogie) e retorna como resultado um ficheiro bpl com o algoritmo necessário para verificar se há ou não um data race no ficheiro de entrada. O algoritmo criado é baseado no uso de não determinismo, invariantes e assertions. Este funciona do seguinte modo, para verificar a existência de data race num ciclo While, o que se faz é guardar numa variável global, que designamos de current off, o valor actual do índice do array (independentemente de se tratar de uma leitura ou uma escrita, o processo é o mesmo), e atribuir a outra variável global, que denominamos de current,o valor de true. Após guardados os referidos valores, o que se faz a seguir, é a incrementação do ciclo, atribuímos os valores do current e do current off a duas novas variáveis globais previous e previous off. Estas atribuições são feitas para evitar que se aceda duas vezes seguidas a mesma posição, porque isso poderia conduzir a data race. Tanto as atribuições de current como de previous, são feitas dentro de if não determinísticos. Não determinismo é por definição “Uma propriedade da computação na qual pode ter um ou mais resultados”, mas neste caso especifico significa que não é possível saber se entra ou não no if. A razão para o seu uso, é apenas a não necessidade, neste caso, de se guardar todos os valores do currrent, e mudar todos os valores do previous (até porque se tivermos em consideração todas as possibilidade de execução do programa, haverá sempre uma para cada tarefa). Depois de guardados os valores é necessário validá-los de alguma forma, até porque senão, seriam apenas if num programa, ou seja, não teriam nenhum efeito especifico. A modo utilizado para verificar, é empregando assercoes, ou seja, criamos um assert na qual se afirma que caso o previous seja verdadeiro, então o previous off será sempre diferente do índex actual do vector. Caso isto seja verdade, ou seja, caso se ocorra no programa a veracidade dessa afirmação, então não existem data race, caso contrário, existem. Mas para que esse assert seja sempre verdade, durante o programa, é indispensável a criação de uma invariant para suportar a sua veracidade. No nosso caso, as invariantes são testadas usando Houdini 2.2. São criadas bases de invariantes pela ferramenta, que posteriormente ao realizar-se a verificação do ficheiro com o algoritmo no Verificador Boogie, adiciona um atributo relativo ao Houdini. Por fim, para saber se existe ou não data race no código, utilizamos o Verificador Boogie para atestar o programa com o algoritmo. Como conclusão, o que se pode dizer é que a ferramenta apresentou resultados bastante satisfatórios, e que em todos os exemplos apresentados e testados, o efeito foi o esperado. Apesar de algumas limitações, a ferramenta cumpre com o que foi descrito anteriormente Verifica estaticamente a existência de data race na linguagem OpenMP.
Autores principais:	Silva, Kátya Thaís Martins da
Assunto:	Boogie Data race OpenMP Paralelismo Verificação Teses de mestrado - 2014
Ano:	2014
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	Com o uso de linguagens paralelas nascem alguns problemas como data race , uma argura para os programadores durante o seu trabalho. Data race são quando dois ou mais threads em um único processo acedem a mesma posic¸ ão de memória ao mesmo tempo, sendo que um ou mais acessos são para a escrita/leitura, sem sincronização adequada. A nossa ferramenta (SVDR: Static Verification of Data race in OpenMP) foi desenvolvida com o propósito de verificar a ausência de data races em OpenMP (uma linguagem de programac¸ ão paralela). Empregamos a verificação estática com intençãoo de encontrar data races sem necessariamente executar o programa, possibilitando dessa forma ao utilizador, encontrar o problema antes de receber o resultado do mesmo. Para melhor compreensão de como funciona a ferramenta, é pertinente apresentar de forma concisa, as linguagens de programac¸ ˜ao aqui abordadas: OpenMP e Boogie. OpenMP (Aberto Multi-Processing) 2.1 ´e um API usado na programação (C, Fortran, C++) em multiprocessadores com memória partilhada em multiplataformas e funciona em quase todos Sistemas operativos e arquitecturas. Boogie [2, 17] ´e uma linguagem de verificação intermédia, projectada como uma camada sobre a qual é possível construir outros verificadores para outras línguaguens. Uma vez aclaradas as definições, é mais fácil contextualizar e compreender como a ferramenta funciona. Como já foi referido previamente, o objectivo da ferramenta é traduzir código OpenMP em código Boogie com o propósito de verificar se existe ou não data race no ficheiro de entrada. Assim sendo, é possível aferir que existem duas etapas para o processo de verificação: a primeira é a tradução de OpenMP em Boogie, e a segunda é a verificação de data race no ficheiro de entrada - que é do tipo bpl, ou seja, código Boogie. A primeira fase não é tratado pela ferramenta, de modo que é necessária uma tradução manual do código OpenMP para o código Boogie. A segunda fase é a ferramenta que foi implementada, SVDR. O SVDR funciona da seguinte forma: recebe como entrada um ficheiro bpl (um OpenMP traduzido em código Boogie) e retorna como resultado um ficheiro bpl com o algoritmo necessário para verificar se há ou não um data race no ficheiro de entrada. O algoritmo criado é baseado no uso de não determinismo, invariantes e assertions. Este funciona do seguinte modo, para verificar a existência de data race num ciclo While, o que se faz é guardar numa variável global, que designamos de current off, o valor actual do índice do array (independentemente de se tratar de uma leitura ou uma escrita, o processo é o mesmo), e atribuir a outra variável global, que denominamos de current,o valor de true. Após guardados os referidos valores, o que se faz a seguir, é a incrementação do ciclo, atribuímos os valores do current e do current off a duas novas variáveis globais previous e previous off. Estas atribuições são feitas para evitar que se aceda duas vezes seguidas a mesma posição, porque isso poderia conduzir a data race. Tanto as atribuições de current como de previous, são feitas dentro de if não determinísticos. Não determinismo é por definição “Uma propriedade da computação na qual pode ter um ou mais resultados”, mas neste caso especifico significa que não é possível saber se entra ou não no if. A razão para o seu uso, é apenas a não necessidade, neste caso, de se guardar todos os valores do currrent, e mudar todos os valores do previous (até porque se tivermos em consideração todas as possibilidade de execução do programa, haverá sempre uma para cada tarefa). Depois de guardados os valores é necessário validá-los de alguma forma, até porque senão, seriam apenas if num programa, ou seja, não teriam nenhum efeito especifico. A modo utilizado para verificar, é empregando assercoes, ou seja, criamos um assert na qual se afirma que caso o previous seja verdadeiro, então o previous off será sempre diferente do índex actual do vector. Caso isto seja verdade, ou seja, caso se ocorra no programa a veracidade dessa afirmação, então não existem data race, caso contrário, existem. Mas para que esse assert seja sempre verdade, durante o programa, é indispensável a criação de uma invariant para suportar a sua veracidade. No nosso caso, as invariantes são testadas usando Houdini 2.2. São criadas bases de invariantes pela ferramenta, que posteriormente ao realizar-se a verificação do ficheiro com o algoritmo no Verificador Boogie, adiciona um atributo relativo ao Houdini. Por fim, para saber se existe ou não data race no código, utilizamos o Verificador Boogie para atestar o programa com o algoritmo. Como conclusão, o que se pode dizer é que a ferramenta apresentou resultados bastante satisfatórios, e que em todos os exemplos apresentados e testados, o efeito foi o esperado. Apesar de algumas limitações, a ferramenta cumpre com o que foi descrito anteriormente Verifica estaticamente a existência de data race na linguagem OpenMP.