LLVM Transformations for Model Checking

Bc. Vladimír Štill

Master's thesis

Abstract:

Tato práce je zaměřená na využití LLVM transformací jako kroku, který je předřazen verifikaci programů v programovacích jazycích C a C++ s pomocí nástroje pro explicitní model checking DIVINE. Práce demonstruje, že LLVM transformace mohou být použity jak pro rozšíření schopností verifikačního nástroje, tak i pro redukci velikosti stavového prostoru. Co se rozšíření schopností verifikačního nástroje týče, práce se zaměřuje především na verifikaci programů s relaxovanými paměťovými modely, tato část práce navazuje na dříve publikovanou práci. Předchozí přístup je rozšířen o verifikaci větší škály vlastností, o podporu atomických instrukcí, další relaxované paměťové modely a transformace je také optimalizována tak, že verifikace má menší výpočetní nároky. Výsledná transformace je experimentálně vyhodnocena a porovnána s předchozí implementací. V případě redukcí velikosti stavového prostoru práce navrhuje využití optimalizací, které zachovávají verifikovanou vlastnost. Některé takové transformace jsou navrženy a vyhodnoceny a další transformace jsou navrženy k implementaci v budoucnu.

Abstract:

This work focuses on application of LLVM transformations as a preprocessing step for verification of real-world C and C++ programs using the explicit-state model checker DIVINE. We demonstrate that LLVM transformations can be used for extension of verifier capabilities and for reduction of the state space size. In the case of extension of verifier capabitilies, the main focus is on verification under relaxed memory models, this is a continuation of previous published work. We extend the previous transformation to enable verification of wider range of safety properties, support code with atomic instructions, support more relaxed memory models than total store order, and improve state space size of the programs which use this transformation. The final implementation of this transformation is evaluated and compared with the previous implementation. For state space reductions, we propose the concept of optimizations which preserve verified property, evaluate some of these optimizations, and propose additional transformations which can be implemented as future work.

Keywords

Formal Verification, C, C++, LLVM, Model Checking, Parallel, DIVINE, LART, LLVM Transformation, Weak Memory Models, Total Store Order, Implementation

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 1. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 15. 2. 2016
• Supervisor: prof. RNDr. Jiří Barnat, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Jan Strejček, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Informatics / Parallel and Distributed Systems