Проверка на моделях
Проверка свойств на моделях (model checking) [10] — проверка соответствия ПО требованиям при помощи формализации проверяемых свойств, построения формальных моделей проверяемого ПО (чаще всего в виде автоматов различных видов) и автоматической проверки выполнения этих свойств на построенных моделях. Проверка свойств на моделях позволяет проверять достаточно сложные свойства автоматически, при минимальном участии человека. Однако она оставляет открытым вопрос о том, насколько выявленные свойства модели можно переносить на само ПО.
увеличить изображение
Рис. 5.4. Схема процесса проверки свойств ПО на моделях
Обычно при помощи проверки свойств на моделях анализируют два вида свойств алгоритмов, использованных при построении ПО. Свойства безопасности (safety properties) утверждают, что нечто нежелательное никогда не случится в ходе работы ПО. Свойства живучести (liveness properties) утверждают, наоборот, что нечто желательное при любом развитии событий произойдет в ходе его работы.
Примером свойства первого типа служит отсутствие взаимных блокировок (deadlocks). Взаимная блокировка возникает, если каждый из группы параллельно работающих в проверяемом ПО процессов или потоков ожидает прибытия данных или снятия блокировки ресурса от одного из других, а тот не может продолжить выполнение, ожидая того же от первого или от третьего процесса, и т.д.
Примером свойства живости служит гарантированная доставка сообщения, обеспечиваемая некоторыми протоколами — как бы ни развивались события, если сетевое соединение между машинами будет работать, посланное с одной стороны (процессом на первой машине) сообщение будет доставлено другой стороне (процессу на второй машине).
В классическом подходе к проверке на моделях проверяемые свойства формализуются в виде формул так называемых временных логик. Их общей чертой является наличие операторов "всегда в будущем" и "когда-то в будущем". Заметим, что второй оператор может быть выражен с помощью первого и отрицания — то, что некоторое свойство когда-то будет выполнено, эквивалентно тому, что отрицание этого свойства не будет выполнено всегда.
Свойства безопасности легко записываются в виде " всегда будет выполнено отрицание нежелательного свойства", а свойства живости — в виде "когда-то обязательно будет выполнено желаемое".
Проверяемая программа в классическом подходе моделируется при помощи конечного автомата. Проверка, выполняемая автоматически, состоит в том, что для всех достижимых при работе системы состояний этого автомата проверяется нужное свойство. Если оно оказывается выполненным, выдается сообщение об успешности проверки, если нет — выдается трасса, последовательность выполнения отдельных шагов программы, моделируемых переходами автомата, приводящая из начального состояния в такое, в котором нужное свойство нарушается. Эта трасса используется для анализа происходящего и исправления либо программы, либо модели, если ошибка находится в ней.
Основная проблема этого подхода — огромное, а часто и бесконечное, количество состояний в моделях, достаточно хорошо отражающих поведение реальных программ. Для борьбы с комбинаторным взрывом состояний применяются различные методы оптимизации представления автомата, выделения и поиска состояний, существенных для выполнения проверяемого свойства.
