Обещающая компиляция в ARMv8.3

Anton Podkopaev ,Ori Lahav ,В Вафеядис

doi:10.15514/ispras-2017-29(5)-9

Abstract

Concurrent programs have behaviors, which cannot be explained by interleaving execution of their threads on a single processing unit due to optimizations, which are performed by modern compilers and CPUs. How to correctly and completely define a semantics of a programming language, which accounts for the behaviors, is an open research problem. There is an auspicious attempt to solve the problem - promising memory model. To show that the model might be used as a part of an industrial language standard, it is necessary to prove correctness of compilation from the model to memory models of target processor architectures. In this paper, we present a proof of compilation correctness from a subset of promising memory model to an axiomatic ARMv8.3 memory model. The subset contains relaxed memory accesses and release and acquire fences. The proof is based on a novel approach of an execution graph traversal.

Highlights

Concurrent programs have behaviors, which cannot be explained by interleaving execution of their threads on a single processing unit due to optimizations, which are performed by modern compilers and CPUs
How to correctly and completely define a semantics of a programming language, which accounts for the behaviors, is an open research problem
To show that the model might be used as a part of an industrial language standard, it is necessary to prove correctness of compilation from the model to memory models of target processor architectures

Summary

Описание обещающей модели памяти на примерах

В этом разделе мы, аналогично разделу 3, рассмотрим обещающую модель памяти на примере программы LB, а также на двух вариациях этой программы, которые содержат барьеры памяти. Как левый поток обещает сделать запись , соответствующее сообщение добавляется во множество обещаний, еще не выполненных левым потоком, а также в память. Как и в случае модели ARMv8.3, для того, чтобы запретить результат (a = 1, b = 1), в программу могут быть добавлены барьеры памяти. При эффективной компиляции программы из синтаксиса обещающей модели в синтаксис ARMv8 высвобождающий барьер переходит в полный барьер памяти ARMv8, а приобретающий – в барьер по чтению. [x] := 1; Несмотря на то, что после компиляции данная программа не может иметь слабое поведение (a = 1, b = 1), сама программа LB-ACQ в рамках обещающей модели имеет данное поведение. При компиляции высвобождающие барьеры переходят в полные барьеры, которые так же, как и барьеры по чтению, гарантируют отсутствие слабого поведения для соответствующей программы в рамках модели ARMv8.3

Доказательство корректности компиляции

Структура доказательства

Обход ARM-согласованных исполнений

Заключение