Parallélisme à mémoire partagée : la logique de séparation concurrente

Les processeurs multicœurs sont un exemple d'architecture parallèle à mémoire partagée, où plusieurs unités de calcul travaillent simultanément sur une mémoire commune. La programmation de ces architectures est difficile : il faut maîtriser les interférences possibles entre les actions des processus, et éviter les courses critiques (race conditions) entre des écritures et des lectures simultanées.

Quelles logiques de programmes nous permettent de vérifier des programmes parallèles à mémoire partagée ? Pour répondre à cette question, le quatrième cours a introduit la logique de séparation concurrente (Concurrent Separation Logic, CSL), une extension de la logique de séparation avec des règles de raisonnement sur le parallélisme et l'exclusion mutuelle.

La logique de séparation décrit très simplement le calcul parallèle sans partage de ressources, où les processus s'exécutent en parallèle sur des portions disjointes de la mémoire. C'est le cas de nombreux algorithmes récursifs sur les tableaux ou sur les arbres, où les appels récursifs s'effectuent sur des sous-arbres ou sous-tableaux disjoints.

La CSL, comme introduite par O'Hearn en 2004, ajoute des règles de raisonnement sur les sections critiques permettant à plusieurs processus d'accéder à des ressources partagées à condition que ces accès s'effectuent en exclusion mutuelle. Les ressources partagées sont décrites par des formules de logique de séparation qui doivent être invariantes en dehors des sections critiques. Cela permet de décrire non seulement de nombreux idiomes de synchronisation entre processus, mais aussi les transferts de ressources qui s'effectuent implicitement lors de ces synchronisations.

Nous avons défini une CSL pour le petit langage du précédent cours enrichi de constructions décrivant le parallélisme et les instructions atomiques. Nous avons montré comment construire sur ce langage et cette logique des sémaphores binaires, des sections critiques, et des schémas producteur-consommateur. Enfin, nous avons montré la correction sémantique de cette CSL en reprenant une démonstration publiée par Vafeiadis en 2011.