Formális módszerek alkalmazása

1. Formális módszerek alkalmazása Varró-Gyapay Szilvia dr. Pataricza András és dr. Bartha Tamás fóliái

2. Kihívás: komplex IT alkalmazás • Felhasználói specifikáció: • egyértelműség • érthetőség • teljesség, ellentmondás-mentesség • SZOLGÁLTATÁSBIZTONSÁG • Implementáció: • MINŐSÉG-KÖLTSÉG-IDŐ • automatizálás/komponens integráció Formális módszerek, Révkomárom

3. Módszerek • Feladatok: • hibátlan rendszerspecifikáció • specifikációhoz eszközök (részben, félformális) • komponensek együttműködése, időzítések • Problémák: • valósághű modellezés (modellméret, állapottér mérete) • időkezelés (IT: hibrid, nemlineáris) • környezetmodellezés • sokféle matematika kell hozzá Formális módszerek, Révkomárom

4. Formális módszerek • Formális szintaktika + szemantika • formális specifikációs nyelv • matematikai eszközrendszer, matematikai precizitás • formális szintakszis: strukturális tulajdonságok • formális szemantika: jelölésmód interpretációja • leíróeszköz • Módszer • a formális modellről ismeretet adó matematikai eljárás • Támogatóeszköz • a leíróeszközt értelmező, a módszert megvalósító SW Formális módszerek, Révkomárom

5. Jelen helyzet • nehéz matematikai jelölésrendszer • csak kisméretű problémákra megy • speciális ismeretek a felhasználótól Formális módszerek, Révkomárom

6. Formális specifikáció • Matematikai leírás • célrendszer funkciói • időzítés, teljesítmény • belső struktúra • környezet • Ellenőrizhetőség (V&V) • konzisztencia, ellentmondás-mentesség • teljesség, zártság • Végrehajthatóság Formális módszerek, Révkomárom

7. Eszközök • Z, VDM: sorrendi hálózatok tervezése • halmazok • relációk • függvények • CSP, állapottérkép: konkurens rendszerek • sorozatok, fák • eseménysorok Formális módszerek, Révkomárom

8. Alkalmazások • Példák • CICS az IBM felhasználói rendszere (Z) • London légiforgalom irányítás (VDM) • USA légi összeütközés elkerülés (állapottérkép) • további területek • adatbázisok, hardver tervezés, mikro-elektronika, orvosi műszerek, nukleáris technika, biztonság, távközlés, közlekedés Formális módszerek, Révkomárom

9. A fejlesztés életciklus modelljei • Miért van szükség életciklus modellre? • Komplexitás kezelése • Változások (követelmények, új megoldások) kezelése • Jól definiált fejlesztési fázisok • Mérföldkövek • Ellenőrizhetőség, számonkérhetőség • Tervezhetőség (pénz, idő) • Visszalépés lehetősége • Elosztott fejlesztés, integráció Formális módszerek, Révkomárom

10. Fejlesztési tevékenységek Követelményanalízis Mi a megoldandó probléma? Probléma Milyen megoldási módszerek/eszközök léteznek? Koncepciótervezés Hogyan oldható meg afeladat? Implementáció Rendszertervezés Hogyan valósítható mega feladat megoldása? Implementáció Megoldottuk a problémát? Tesztelés A megrendelő megfelelőnek tartjaa kész rendszert? Üzembehelyezés Üzemeltetés, karbantartás Továbbfejlesztés szükséges? Formális módszerek, Révkomárom

11. Iteráció • eddigi modellek egyverziós életciklust írnak le • rendszerfejlesztés iteratív:prototípus  felfedett hibák  új prototípus • spirál modell Formális módszerek, Révkomárom

12. Spirál modell Formális módszerek, Révkomárom

13. Tevékenységek a spirál modellben Task P1 Task P2 Formális módszerek, Révkomárom

14. Ellenőrzési lépések a V modellben Gondok a V modellel: a felhasználó ugyanazt a képetkapja az életciklusról, mint a fejlesztő Felbontás Követelmény-specifikáció Acceptance Testing Alacsony ellenőrzi megelőzi Rendszerspecifikáció Rendszer teszt ellenőrzi megelőzi Architektúra tervezés(Rendszerterv) Integrációs teszt ellenőrzi Kliens Fejlesztő Modultervezés (Részletes terv) Modul teszt Magas Idő Formális módszerek, Révkomárom

15. Részletes V modell Formális módszerek, Révkomárom

16. Verifikáció és validáció szerepe • Verifikáció:jól építjük-e a rendszert? • Validáció:jó rendszert építünk-e? Formális módszerek, Révkomárom

17. Verifikáció • modellellenőrzés (véges modell) • temporális logika • automaták • példák: • IEEE Futurebus • AT&T ISDN/ISUP • Fujitsu HDCL vezérlő • földrengés kompenzálás Formális módszerek, Révkomárom

18. Verifikáció • Tételbizonyítás (végtelen állapottér) • matematikai logika • axiómák, következtetések • levezetések (kézi segítség) • példák • IBM PowerPC, S390 • Motorola 68020, Intel Pentium Formális módszerek, Révkomárom

19. Helyzetkép • tételbizonyítás (végtelen állapottér) • matematikai logika • axiómák, következtetések • levezetések (kézi segítség) • példák • IBM PowerPC, S390 • Motorola 68020, Intel Pentium Formális módszerek, Révkomárom

20. Helyzetértékelés • matematika, algoritmus hatékonyság • időzítési osztályok szűkek • modellkészítés • nyelvek kifejezésgazdagsága (VHDL) • nyelvek nem pontos definíciója (UML) Formális módszerek, Révkomárom

21. Modell választás szempontjai A színezett Petri hálók • grafikus reprezentációval rendelkeznek • áttekinthető és érthető, követi a feladatstruktúrát • kevés, egyszerű működésű építőelemből állnak • jól definiált szemantikával rendelkeznek • leíróereje nagy • bizonyítottan Turing-ekvivalens algoritmikus rendszert adnak • explicit kifejezik az állapotot és az eseményeket • a modellstruktúra együtt van jelen a vezérlési és szinkronizációs feltételekkel Formális módszerek, Révkomárom

22. Modell választás szempontjai A színezett Petri hálók • hierarchikusan szervezett, modulárisan épített modell • nagy modellek építése, részmodellek integrálása • támogatják a lokalitást • kis változtatás a specifikációban  kis változtatás a modellben • az időfogalom (fizikai, nemcsak logikai idő) kezelése • formális validáció és teljesítményjellemzők azonos modellből • komoly szoftvertámogatással rendelkeznek • Design/CPN, cpnTools • lehetővé teszik az interaktív szimulációt Formális módszerek, Révkomárom

23. Modell választás szempontjai A színezett Petri hálók • számos formális (matematikai) analízis módszer ismert • Elérhetőségi analízis az elérhetőségi gráf konstrukciójával • elérhetőség, fedhetőség, élőség, holtpontmentesség, korlátosság, fairség, megfordíthatóság • Invariáns (minden állapotban igaz és állandó) tulajdonságok számítása és értelmezése • hely (P-, place) invariáns, tüzelési (T-, transition) invariáns • Redukciós technikák (tulajdonságmegtartó transzformációk) • Strukturális (kezdőállapot-független) tulajdonságok vizsgálata • strukturális élőség, strukturális korlátosság, vezérelhetőség, konzervativitás, ismételhetőség, konzisztencia Formális módszerek, Révkomárom

24. Elosztott adatbáziskezelő rendszer CP háló modellje Sent Mes(s) (s,r) MES Update and Send Messages Receive a Message s s r r e e (s,r) Mes(s) e DBM MES Waiting Active Unused Passive Inactive Received Performing DBM MES DBM MES DBM (s,r) Mes(s) e e s Receive all Acknowledg-ments s r Send an Acknowledg-ment r Mes(s) (s,r) Acknowledged MES Formális módszerek, Révkomárom