Practical Executable Specifications for Distributed Systems Dissertaç˜ao para obtenç˜ao do Grau ...

68 Pages·2009·0.43 MB·English

Practical Executable Specifications for Distributed
Systems
Nuno Claudino Pereira Lopes
Disserta¸ca˜o para obtenc¸˜ao do Grau de Mestre em
Engenharia Inform´atica e de Computadores
Ju´ri
Presidente: Doutor Nuno Mamede
Orientador: Doutor Jos´e Carlos Monteiro
Co-Orientador Externo: Doutor Andrey Rybalchenko
Vogal: Doutor David Matos
Outubro 2009

Let us change our traditional attitude to
the construction of programs: Instead of
imagining that our main task is to instruct
a computer what to do, let us concentrate
rather on explaining to human beings what
we want a computer to do.
Donald E. Knuth,
Literate Programming, CSLI, 1992

Resumo
A presente tese descreve o DAHL, um ambiente de programac¸˜ao para o desenvolvimento de sistemas
distribu´ıdos. O DAHL oferece uma linguagem de alto n´ıvel especializada para a implementa¸c˜ao de
sistemas distribu´ıdos, bem como um ambiente de execu¸c˜ao est´avel e de alto desempenho, que consegue
executar programas escritos em DAHL num ambiente de produ¸c˜ao de forma eficiente.
AlinguagemDAHL´edeclarativa,baseadaemregrasl´ogicasetemexecuc¸˜aodesencadeadaporeventos,
o que permite implementa¸c˜oes concisas, embora leg´ıveis, de aplicac¸˜oes distribu´ıdas. A linguagem DAHL
oferece as instru¸c˜oes t´ıpicas de controlo de fluxo, tipos de dados expressivos, bem como um conjunto de
predicados de rede e seguran¸ca embutidos.
O estado da arte das linguagens para implementar sistemas distribu´ıdos inclui o Mace, que´e baseado
em C++ e portanto n˜ao ´e indicado para verfica¸c˜ao formal, e o P2, que ´e baseado em Datalog, uma
linguagem orientada para perguntas a bases de dados, que n˜ao ´e suficientemente expressiva para imple-
mentar aplica¸c˜oes interessantes. Para al´em disso, a implementa¸c˜ao actual do P2 n˜ao ´e suficientemente
eficiente para aplicac¸˜oes que n˜ao sejam puramente limitadas pela rede.
O DAHL combina o desempenho e a expressividade do Mace com a concis˜ao do P2 para criar um
melhor ambiente de desenvolvimento de sistemas distribu´ıdos.
Para demonstrar as potencialidades do DAHL, implement´amos diversas aplicac¸˜oes. Esta tese apre-
senta duas dessas implementac¸˜oes: Chord, uma tabela de dispers˜ao distribu´ıda, que ´e um protocolo de
rede, e o D’ARMC, um verificador de modelos de software distribu´ıdo, que´e um uma aplicac¸˜ao limitada
pelo CPU.

Abstract
This thesis presents DAHL, a programming environment for the development of distributed systems.
DAHL provides a high-level language that is specialized for the implementation of distributed systems,
and a stable and high-performance runtime that can efficiently execute DAHL programs in a production
environment.
The DAHL language is declarative, event-triggered and rule based, which enables concise, albeit
clear, implementations of distributed applications. The DAHL language features the usual control-flow
statements, expressive data types, as well as a set of network and security related built-in predicates.
State-of-the-art languages to implement distributed systems include Mace, which is based on C++
andthuslacksaptitudeforformalverification, andP2, whichisbasedonDatalog, aquerylanguagethat
isnotexpressiveenoughtoimplementinterestingapplications. Moreover,thecurrentP2implementation
is not efficient enough for non-purely network bound applications.
DAHL combines the performance and expressiveness of Mace with the succinctness of P2 to create a
better and practical programming environment for the development of distributed applications.
To demonstrate the power of DAHL, we implemented several applications of different representative
categories. This thesis presents two of them: Chord, a distributed hash table, which is a network driven
protocol, and D’ARMC, a distributed software model checker that is CPU-bound.

Palavras Chave
Keywords
Palavras Chave
Sistemas Distribu´ıdos
Linguagens de Programa¸c˜ao
Programa¸ca˜o em Lo´gica
Verifica¸ca˜o de Modelos
Keywords
Distributed Systems
Programming Languages
Logic Programming
Model Checking