二维抽象的模型检查参数化缓存一致性协议中状态空间的减少

一、模型检查与缓存一致性协议 模型检查是一种自动化的有限状态并发系统验证技术，它使用有限状态机来描述所考虑的系统，并利用时序逻辑来声明系统的性质。在未来的共享内存多核或多处理器系统中，缓存一致性协议的可扩展性是一个关键组成部分。验证参数化的缓存一致性协议的有效性，一直是研究的重点。 二、状态空间爆炸问题 在应用模型检查技术来处理可扩展协议的过程中，状态空间的爆炸是首要的障碍。状态空间爆炸是指系统可能状态的数量随着系统规模的增长而指数级增长，这导致了验证的复杂性急剧增加，以至于无法在实际中完成验证。 三、二维抽象（TDA）方法 为了解决状态空间爆炸问题，文章提出了二维抽象（TDA）的新方法。TDA受到参数化系统设计原理的启发，通过有限状态构建无限系统的抽象模型。TDA的数学原理被提出，并通过理论推理证明TDA是正确且健全的。通过基于MESI参数化缓存一致性协议的例子，展示了如何通过TDA产生一个更小的抽象模型。 四、TDA方法的应用 文章通过将TDA应用于各种知名协议类别的验证，展示了其方法的强大功能。此外，在TH-1A超级计算机系统的开发过程中，使用TDA验证了FT-1000CPU的缓存一致性协议，显示了在减少验证复杂性方面的潜在优势。 五、研究的贡献与展望 本文的研究展示了通过新的抽象方法来减少参数化系统状态空间的有效性。这不仅为未来多核处理器系统中缓存一致性协议的设计和验证提供了理论依据和技术支持，而且对于推动模型检查技术在实际工程应用中的可扩展性具有重要意义。展望未来，随着并行计算需求的不断增长，对高效、精确的验证工具的需求也会持续增长，因此，进一步研究和发展TDA等抽象技术将是一个值得投入的研究方向。