專利名稱：Msvl異步通信系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于系統(tǒng)形式化建模與驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及用形式化的方法對異步并發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模與驗(yàn)證，具體是一種基于MSVL的異步通信系統(tǒng)和方法，可用于分布式系統(tǒng)的建模與驗(yàn)證。
背景技術(shù)：
時序邏輯作為一種系統(tǒng)建模與驗(yàn)證工具已廣泛應(yīng)用于軟件工程、數(shù)字電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。時序邏輯主要有三大分支線性時序邏輯(ITL)，分支時序邏輯(CTL)以及區(qū)間時序邏輯(ITL)。投影時序邏輯(PTL)對ITL進(jìn)行了擴(kuò)展，時序邏輯語言MSVL是PTL的一個可執(zhí)行子集，是一個集建模(Modeling)、仿真(Simulation)和驗(yàn)證(Verification)為一體的時序邏輯程序設(shè)計(jì)語言，它將系統(tǒng)的建模與性質(zhì)的描述統(tǒng)一于同一邏輯框架內(nèi)，通過模型檢測技術(shù)驗(yàn)證系統(tǒng)的性質(zhì)。由于異步并發(fā)系統(tǒng)中各個組件并發(fā)執(zhí)行，并且系統(tǒng)運(yùn)行過程中各個組件之間存在復(fù)雜的交互過程，因此其正確性難以得到保證，MSVL作為一種形式化的工具可以被考慮用于對此類系統(tǒng)進(jìn)行建模與驗(yàn)證，而MSVL缺乏一種有效的異步通信方法，由于異步通信過程復(fù)雜，實(shí)際中還沒有基于MSVL的異步系統(tǒng)方法。在某些時序邏輯語言中已存在異步通信方法，Roger Hale實(shí)現(xiàn)了 Tempura(—種時序邏輯語言)的異步通信方法，該方法基于一個只能容納一個消息的緩沖以及一對通信命令，且通信命令功能較為單一，其建模能力受到一定的限制。ASDL是一種用于Web服務(wù)組合的建模與驗(yàn)證語言，該時序邏輯語言同樣定義了異步通信來實(shí)現(xiàn)不同Web服務(wù)之間的消息傳遞，ASDL中假設(shè)任意兩個Web服務(wù)之間默認(rèn)存在兩個單向通道，且數(shù)量不可擴(kuò)展，同時為了適應(yīng)Web服務(wù)的需求加入了全局時鐘的概念， 并在通信命令中為傳輸?shù)南⒓由蠒r間戳來符合Web服務(wù)組合建模的需求，該語言及其異步通信方法主要是針對Web服務(wù)組合建模與驗(yàn)證而設(shè)計(jì)，因此從通用性上來看存在一定的局限性。本發(fā)明項(xiàng)目組對國內(nèi)外專利文獻(xiàn)和公開發(fā)表的期刊論文檢索，再尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明密切相關(guān)和一樣的報(bào)道或文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
下面對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明本發(fā)明是一種MSVL異步通信系統(tǒng)，用于對異步并發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模和驗(yàn)證，異步并發(fā)系統(tǒng)的各個組件分布在不同位置，并且不同組件之間存在某種通信關(guān)系，其特征在于用 MSVL異步通信系統(tǒng)對異步并發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括有進(jìn)程模塊、通道模塊和通信命令，通過通道模塊連接進(jìn)程模塊，并通過通信命令實(shí)現(xiàn)異步通信過程，進(jìn)程模塊、通道模塊和通信命令都是基于MSVL定義的用MSVL異步通信系統(tǒng)中的進(jìn)程模塊對異步并發(fā)系統(tǒng)組件進(jìn)行建模，設(shè)置有進(jìn)程模塊名、形參和進(jìn)程模塊體，并按名實(shí)行調(diào)用，調(diào)用時用實(shí)參替換形參。進(jìn)程模塊的引入使MSVL程序結(jié)構(gòu)更加清晰，并增加了代碼的重用性，同時，進(jìn)程模塊調(diào)用時可以傳入通道模塊實(shí)參，這種方式使得異步通信的實(shí)現(xiàn)更加靈活。用MSVL異步通信系統(tǒng)中的通道模塊對異步并發(fā)系統(tǒng)組件之間的通信媒介進(jìn)行建模，設(shè)置有通道模塊名和容量大小，通道模塊是一個有容量限制的先進(jìn)先出隊(duì)列，通過通信命令實(shí)現(xiàn)消息的入隊(duì)與出隊(duì)，通道模塊在使用前需定義，定義時根據(jù)系統(tǒng)需要指定容量大小，將已定義的通道模塊作為進(jìn)程模塊調(diào)用的實(shí)參來連接進(jìn)程模塊。通信命令以MSVL語句的形式存在于進(jìn)程模塊體中，MSVL通信命令有兩對，分別適用于存在超時機(jī)制和不存在超時機(jī)制的兩類異步通信過程，其中send(C，X)和receive^， y)適用于不存在超時機(jī)制的異步通信，put (c, χ)和get(c，y)適用于存在超時機(jī)制的異步通信。發(fā)送命令語句send (c，χ)和put (c，χ)執(zhí)行時需傳入通道模塊名c以及被傳輸?shù)南ⅵ肿鳛閰?shù)，以實(shí)現(xiàn)將消息χ傳入通道模塊c的過程，接收命令語句receive (c，y)和 get(c,y)需傳入通道模塊名c以及保存消息的變量y作為參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)從通道模塊c接收消息并保存在變量y的過程。本發(fā)明提出了一種基于MSVL的異步通信系統(tǒng)，使MSVL具備對異步并發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模與驗(yàn)證的能力，并克服了以上幾種異步通信方法存在的缺點(diǎn)。因?yàn)楫惒讲l(fā)系統(tǒng)中各個組件存在復(fù)雜的異步通信過程，而MSVL缺乏有效的異步通信方法，因此無法有效地對異步并發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模與驗(yàn)證，本發(fā)明將異步通信方法引入到MSVL中，以實(shí)現(xiàn)MSVL對異步并發(fā)系統(tǒng)建模與驗(yàn)證，該方法定義了進(jìn)程模塊，通信模塊以及通信命令，通道模塊作為實(shí)參調(diào)用進(jìn)程模塊，進(jìn)程模塊體執(zhí)行通行命令實(shí)現(xiàn)異步通信過程。本發(fā)明還是一種MSVL異步通信方法，其特征在于MSVL異步通信過程按以下流程進(jìn)行步驟1、用MSVL聲明進(jìn)程模塊P1, P2，. . . Pn分別對異步并發(fā)系統(tǒng)的各個組件進(jìn)行建模，對于要進(jìn)行異步通信的進(jìn)程模塊在其進(jìn)程模塊體中需包含相應(yīng)的通信命令語句。步驟2、根據(jù)所建模系統(tǒng)中各個組件之間的連接關(guān)系，用MSVL定義通道模塊C1, C2,...，Cm作為各個組件之間的消息緩沖，其容量分別為k1; k2, . . . , km，然后調(diào)用進(jìn)程模塊 P1, P2, ...pn，并為每個進(jìn)程模塊選定相應(yīng)的通道模塊作為調(diào)用實(shí)參，以便將已定義的通道模塊連接到相應(yīng)的進(jìn)程模塊，每個進(jìn)程模塊中傳入的通道模塊實(shí)參個數(shù)由所建模系統(tǒng)的通信需求確定。步驟3 進(jìn)程模塊執(zhí)行通信命令進(jìn)行消息的傳遞，實(shí)現(xiàn)MSVL對異步并發(fā)系統(tǒng)中異步通信過程的建模。本發(fā)明可以用MSVL定義進(jìn)程模塊對異步并發(fā)系統(tǒng)的各個組件進(jìn)行建模，并根據(jù)系統(tǒng)的通信需要定義通道模塊，定義時可指定通道模塊的容量大小，同時定義兩對通信命令來適應(yīng)不同的異步并發(fā)系統(tǒng)的通信需求。由于異步并發(fā)系統(tǒng)行為復(fù)雜，其正確性難以保證，本發(fā)明可以使MSVL具有對異步并發(fā)系統(tǒng)建模的能力，以便進(jìn)一步對系統(tǒng)的性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，保證系統(tǒng)行為的正確性。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)還在于通過引入進(jìn)程模塊來對異步并發(fā)系統(tǒng)的各個組件進(jìn)行建模，進(jìn)程模塊在調(diào)用執(zhí)行前需進(jìn)行聲明，聲明語句需指明進(jìn)程模塊名、形參和進(jìn)程模塊體， 并按名實(shí)行調(diào)用，調(diào)用時用實(shí)參替換形參，進(jìn)程模塊定義按如下方式進(jìn)行
權(quán)利要求
1.一種MSVL異步通信系統(tǒng)，異步并發(fā)系統(tǒng)的各個組件分布在不同位置，并且不同組件之間存在某種通信關(guān)系，其特征在于用MSVL異步通信系統(tǒng)對異步并發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括有進(jìn)程模塊、通道模塊和通信命令，通過通道模塊連接進(jìn)程模塊，并通過通信命令實(shí)現(xiàn)異步通信過程，進(jìn)程模塊、通道模塊和通信命令都是基于MSVL定義的用MSVL異步通信系統(tǒng)中的進(jìn)程模塊對異步并發(fā)系統(tǒng)組件進(jìn)行建模，設(shè)置有進(jìn)程模塊名、形參和進(jìn)程模塊體，并按名實(shí)行調(diào)用，調(diào)用進(jìn)程模塊時用實(shí)參替換形參；用MSVL異步通信系統(tǒng)中的通道模塊對異步并發(fā)系統(tǒng)組件之間的通信媒介進(jìn)行建模， 設(shè)置有通道模塊名和容量大小，通道模塊是一個有容量限制的先進(jìn)先出隊(duì)列，通過通信命令實(shí)現(xiàn)消息的入隊(duì)與出隊(duì)，通道模塊在使用前需定義，定義時根據(jù)系統(tǒng)需要指定容量大小， 將已定義的通道模塊作為進(jìn)程模塊調(diào)用的實(shí)參來連接進(jìn)程模塊；通信命令以MSVL語句的形式存在于進(jìn)程模塊體中，MSVL通信命令有兩對，其中 send (c，χ)和receive (c，y)適用于不存在超時機(jī)制的異步通信過程，put(c，χ)和get(c， y)適用于存在超時機(jī)制的異步通信過程。
2.—種MSVL異步通信方法，其特征在于包括如下步驟步驟1、用MSVL聲明進(jìn)程模塊P1, P2，. . . Pn分別對異步并發(fā)系統(tǒng)的各個組件進(jìn)行建模， 對于要進(jìn)行異步通信的進(jìn)程模塊在其進(jìn)程模塊體中需包含相應(yīng)的通信命令語句；步驟2、根據(jù)所建模系統(tǒng)中各個組件之間的連接關(guān)系，用MSVL定義通道模塊CnC2,...， Cm作為各個組件之間的消息緩沖，其容量分別為k1; 1 ，...，km，然后調(diào)用進(jìn)程模塊P1, P2, ... Pn,并為每個進(jìn)程模塊選定相應(yīng)的通道模塊作為調(diào)用實(shí)參，以便將已定義的通道模塊連接到相應(yīng)的進(jìn)程模塊，每個進(jìn)程模塊中傳入的通道模塊實(shí)參個數(shù)由所建模系統(tǒng)的通信需求確定；步驟3 進(jìn)程模塊執(zhí)行通信命令進(jìn)行消息傳遞，實(shí)現(xiàn)MSVL對異步并發(fā)系統(tǒng)中異步通信過程的建模。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MSVL異步通信方法，其特征在于MSVL中通道模塊定義成一個有容量限制的先進(jìn)先出隊(duì)列，根據(jù)需要指定通道模塊的容量大小，通道模塊定義按如下方式進(jìn)行chn c(n) =f c =O Amaxc = η其中chn為MSVL中的關(guān)鍵字，chn c (η)指的是定義一個容量為η的通道模塊c，其中 c是一個有限的先進(jìn)先出隊(duì)列，maxc是一個靜態(tài)變量，代表通道模塊c的容量大小為max。。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的MSVL異步通信方法，其特征在于用MSVL定義send(c，χ) 和receive (c，y)來描述不存在超時機(jī)制的異步通信過程，定義put (c，χ)和get(c，y)來描述存在超時機(jī)制的異步通信過程，具體形式按如下所述4. 1、用MSVL定義通信命令send (c，χ)和receive (c，y)來描述不存在超時機(jī)制的異步通信過程，其定義如下send(c, χ) =f await(\isfull(c));c:= c- < χ >receive^y) =f await(\isempty(c))；y := head(c) Ac:= tail(c)send (c，x)命令首先執(zhí)行await ( ！ isfull (c))，如果通道模塊c已滿，即isfull(c) 為true，則下一狀態(tài)重復(fù)執(zhí)行該await語句，直到isfull (c)為false，下一狀態(tài)將消息χ放入通道模塊c的尾部；receive (c，χ)命令首先執(zhí)行await ( ！ isempty (c))，如果通道模塊c為空，即 isempty (c)為true，則下一狀態(tài)重復(fù)執(zhí)行該await語句，直到isempty (c)為false，下一狀態(tài)取出通道模塊c中頭部的消息并賦值給變量y ；·4.2、用MSVL定義通信命令put (c，χ)和get (c, χ)來描述存在超時機(jī)制的異步通信過程，其定義如下put(c, χ) =f if( \isfull(c)) then { c := c· < a; > } else{skip}get(c, y) =f if( \isempty(c)) then { y := head{c) Ac:= tail(c)}else{ skip }put (c，x)命令首先判斷isfull (c)，如果為false，即通道模塊c未滿，則下一狀態(tài)將消息χ存入通道模塊c的尾部，否則執(zhí)行else分支的skip語句，然后結(jié)束命令；get (c,y)命令首先判斷isempty (c)，如果為false，即通道模塊c不為空，則下一狀態(tài)取出通道模塊c頭部的消息并賦值給變量y，否則執(zhí)行skip語句，然后結(jié)束命令。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的MSVL異步通信方法，其特征在于根據(jù)系統(tǒng)組件之間的通信需求，每個進(jìn)程模塊中傳入的通道模塊實(shí)參個數(shù)為0或1或多個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于時序邏輯語言MSVL的異步通信系統(tǒng)和方法，屬于系統(tǒng)形式化建模與驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及用形式化的方法對異步并發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模與驗(yàn)證。MSVL的異步通信系統(tǒng)包括進(jìn)程模塊，通道模塊和通信命令，用進(jìn)程模塊對異步并發(fā)系統(tǒng)中各個組件的行為進(jìn)行建模，用通道模塊對不同組件之間的通信媒介進(jìn)行建模，進(jìn)程模塊執(zhí)行通信命令實(shí)現(xiàn)不同組件之間的異步通信過程。本發(fā)明中進(jìn)程模塊之間的通道個數(shù)可根據(jù)系統(tǒng)的需要連接任意有限多個，通道容量可根據(jù)系統(tǒng)組件之間的通信需求定義所需大小，同時定義了兩套通信命令以適應(yīng)不同的異步通信過程。本發(fā)明可用于分布式系統(tǒng)的建模與驗(yàn)證。
文檔編號H04L29/08GK102339232SQ201110273599
公開日2012年2月1日 申請日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者段振華, 王小兵, 田聰, 莫大鵬 申請人:西安電子科技大學(xué)