Một số phương pháp mô hình hoá và kiểm chứng hình thức cho các hệ thống thời gian thực hướng thành phần luận án TS máy tính 94801

Luªn án đã đ· xu§t sü c£i ti¸n mô hình cho thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc, và đã đ· xu§t thº thùctương tác tương tranh thíi gian và thº thùc tương tác tương tranh thíi gianvîi ràng b

Đ„I HÅC QUÈC GIA HÀ NËI TRƯÍNG Đ„I HÅC CÔNG NGH›

Nguy¹n Trành Đông

MËT SÈ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA

VÀ KIšM CHÙNG HÌNH THÙC CHO CÁC H› THÈNG THÍI GIAN THÜC HƯÎNG THÀNH PH†N

LUŠN ÁN TI˜N SĨ NGÀNH CÔNG NGH› THÔNG TIN

Hà Nëi - 2018

Đ„I HÅC QUÈC GIA HÀ NËI TRƯÍNG Đ„I HÅC CÔNG NGH›

Nguy¹n Trành Đông

MËT SÈ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA

VÀ KIšM CHÙNG HÌNH THÙC CHO CÁC H› THÈNG THÍI GIAN THÜC HƯÎNG THÀNH PH†N

Chuyên ngành: Kĩ thuªt Ph¦n m·m

LUŠN ÁN TI˜N SĨ NGÀNH CÔNG NGH› THÔNG TIN

NGƯÍI HƯÎNG DˆN KHOA HÅC:

Hà Nëi - 2018

Möc löc

Trang

Möc löc i

Danh möc hình v³ v

Danh möc b£ng

vii Phö löc

viii Tóm t-t

xv Chương 1 Giîi thi»u

1 1.1 Đ°t v§n đ· 1

1.2 Các đóng góp chính cõa luªn án 3

1.3 Bè cöc cõa luªn án 5

Chương 2 Ki¸n thùc n·n t£ng 6

2.1 Phát triºn ph¦n m·m düa trên thành ph¦n 6

2.1.1 Kÿ ngh» ph¦n m·m düa trên thành ph¦n 6

2.1.2 Tính đúng đ-n bði cách xây düng

10 2.1.3 Ki¸n trúc h» thèng phát triºn ph¦n m·m düa trên thành ph¦n 11

2.2 Các phương pháp mô hình hóa h» thèng thíi gian thüc 12

2.2.2 Ôtômát trång sè

19i

2.2.3 Ôtômát kho£ng 20

2.3 Bài toán kiºm chùng h» thèng thíi gian thüc 23

2.3.1 Đ°c t£ và mô hình hóa h» thèng 24

2.3.2 Đ°c t£ tính ch§t cõa h» thèng

24 2.3.3 Bài toán kiºm tra tính réng

25 2.4 Têng k¸t chương 25

Chương 3 Mô hình thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc và thº thùc tương tác 27

3.1 Giîi thi»u 27

3.2 Các nghiên cùu liên quan

30 3.3 Mô hình thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc 32

3.3.1 Mô hình thành ph¦n ph¦n m·m 32

3.3.2 So sánh các mô hình thành ph¦n ph¦n m·m

34 3.4 Thº thùc tương tác tương tranh ràng buëc thíi gian 35

3.4.1 Thº thùc tương tác 35

3.4.2 Phép chi¸u 41

3.4.3 Thuªt toán kiºm chùng tính c-m đưñc 42

3.5 Thº thùc tương tác thíi gian thüc ràng buëc tài nguyên 53

3.5.1 Thº thùc thíi gian - tài nguyên 53

3.5.2 Mô hình hóa và sü tuân thõ thº thùc thíi gian - tài nguyên 58

3.6 Têng k¸t chương 66

Chương 4 Đ°c t£ và mô hình hóa giao di»n thíi gian thüc 68

4.1 Giîi thi»u 68

ii

4.3 Giao di»n thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc 72

4.4 Ghép giao di»n thành ph¦n 78

4.5 Sü làm màn giao di»n thành ph¦n

83 4.6 Mô hình hóa hành vi cõa giao di»n 87

4.7 Têng k¸t chương 91

Chương 5 Đ°c t£ và kiºm chùng b¬ng hñp đçng thíi gian thüc vîi ràng buëc tài nguyên 93

5.1 Giîi thi»u 93

5.2 Các nghiên cùu liên quan

95 5.3 Hñp đçng thíi gian 96

5.3.1 Thi¸t k¸ thíi gian 97

5.3.2 Hñp đçng

99 5.3.3 Ghép hñp đçng

100 5.3.4 H» thèng 104

5.4 Hñp đçng thíi gian-tài nguyên 106

5.4.1 Thi¸t k¸ thíi gian - tài nguyên 107

5.4.2 Hñp đçng thíi gian - tài nguyên

110 5.4.3 H» thèng thíi gian - tài nguyên

115 5.4.4 Ngôn ngú đ°c t£ thíi gian thüc m¨u

117 5.5 Têng k¸t chương

128

Tài li»u tham kh£o

135

Danh möc hình v³

1.1 Các đóng góp chính cõa luªn án 4

2.1 Minh håa giao di»n thành ph¦n ph¦n m·m 8

2.2 Minh håa phép ghép song song (a) và phép ghép nèi ti¸p (b) 9

2.3 Minh håa ki¸n trúc chung h» thèng CB-RTS 11

2.4 Minh håa máy bán hàng b¬ng ôtômát húu h¤n 15

2.5 Minh håa phép giao hai kho£ng (a) và phép ghép nèi ti¸p hai kho£ng (b) 22

3.1 Minh håa mô hình thành ph¦n ph¦n m·m 33

3.2 Minh håa h» thèng đi·u ti¸t không khí và nhi»t đë 36

3.3 Minh håa chuéi hành đëng ω trên tröc thíi gian 39

3.4 Sü dàch chuyºn trong A và A0 : a, b ∈ Σ i , c < Σ i 46

4.1 Minh håa sü thüc thi theo thíi gian cõa giao di»n 74

4.2 Minh håa phép song song (a) phép nèi ti¸p (b) 80

4.3 Minh håa ôtômát kho£ng giao di»n và môi trưíng 89

5.1 Minh håa văn ph¤m cõa các đành danh 117

5.2 Minh håa văn ph¤m cõa sè nguyên 117

5.3 Minh håa văn ph¤m cõa các thuëc tính 118 5.4 Minh håa văn ph¤m cõa thành ph¦n tài nguyên trong thành ph¦n ph¦n m·m 118

v

5.5 Minh håa văn ph¤m cõa tài nguyên h» thèng 118

5.6 Minh håa văn ph¤m cõa kho£ng thíi gian 118

5.7 Minh håa văn ph¤m cõa các kh¯ng đành 118

5.8 Minh håa văn ph¤m cõa các b§t bi¸n 119

5.9 Minh håa văn ph¤m cõa các b§t bi¸n tài nguyên 119

5.10 Minh håa văn ph¤m cõa các biºu thùc đơn gi£n 119

5.11 Minh håa văn ph¤m cõa các biºu thùc trong đ°c t£ h» thèng 119

5.12 Minh håa văn ph¤m cõa các thành ph¦n cơ b£n 120

5.13 Minh håa văn ph¤m cho đ°c t£ phương thùc 120

5.14 Minh håa văn ph¤m cõa thành ph¦n ph¦n m·m 122

5.15 Minh håa văn ph¤m cõa phương thùc trong ph¦n mã nguçn 123

5.16 Minh håa văn ph¤m cõa thành ph¦n ph¦n m·m chõ đëng 126

5.17 Minh håa văn ph¤m cõa h» thèng 127

Danh möc b£ng

3.1 B£ng so sánh các mô hình thành ph¦n ph¦n m·m hi»n t¤i 35

3.2 Các toán tû tăng gi£m các thành ph¦n tài nguyên 56

vii

LÍI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cùu do tôi thüc hi»n dưîi sühưîng d¨n cõa TS Đ°ng Văn Hưng và PGS TS Trương Anh Hoàng t¤i Bëmôn Công ngh» Ph¦n m·m, Khoa Công ngh» Thông tin, Trưíng Фi håcCông ngh», Фi håc Quèc gia Hà Nëi Các sè li»u và k¸t qu£ trình bày trongluªn án là trung thüc, chưa đưñc công bè bði b§t kỳ tác gi£ nào hay ð b§t kỳcông trình nào khác

Hà Nëi, ngày 16 tháng 8 năm 2018

Tác gi£

Nguy¹n Trành Đông

LÍI CƒM ƠN

Luªn án này đưñc thüc hi»n t¤i Trưíng Фi håc Công ngh», Фi håcQuèc gia Hà Nëi dưîi sü hưîng d¨n khoa håc cõa TS Đ°ng Văn Hưng vàPGS TS Trương Anh Hoàng Tôi xin bày tä lòng bi¸t ơn sâu s-c tîi các th¦y

đã quan tâm, hưîng d¨n tø các kÿ năng cơ b£n đ¸n đành hưîng khoa håc,t¤o đi·u ki»n thuªn lñi trong suèt quá trình nghiên cùu t¤i Trưíng

Tôi cũng xin c£m ơn tîi các th¦y cô trong Bë môn Công ngh» Ph¦n m·m.Trong quá trình håc tªp và nghiên cùu t¤i Trưíng, các k¸t qu£ khoa håc trongluªn án đã nhªn đưñc sü giúp đï nhi»t tình và sü đëng viên kàp thíi cõa các th¦y

cô, các nhà khoa håc Tôi xin trân trång c£m ơn lãnh đ¤o Trưíng Фi håc Côngngh», Фi håc Quèc Gia Hà Nëi đã t¤o nhúng đi·u ki»n tèt nh§t đº tôi có đưñcmôi trưíng nghiên cùu và hoàn thành chương trình nghiên cùu cõa mình Xinchân thành cám ơn khoa Công ngh» Thông tin, phòng Đào t¤o và các phòngban v· sü hé trñ và cëng tác hi»u qu£ trong quá trình làm vi»c

Tôi xin gûi líi c£m ơn tîi Ban Lãnh đ¤o Trưíng Фi håc Dân lªp H£iPhòng, khoa Công ngh» Thông tin và các đçng nghi»p đã t¤o nhi·u thuªn lñi

hé trñ cho tôi có đõ đi·u ki»n thüc hi»n đ· tài nghiên cùu Tôi cũng xin trântrång c£m ơn các nhà khoa håc, tác gi£ các công trình công bè đưñc tríchd¨n trong luªn án vì đã cung c§p nguçn tư li»u quý báu, nhúng ki¸n thùc liênquan trong quá trình nghiên cùu hoàn thành luªn án

Cuèi cùng, tôi bày tä lòng bi¸t ơn tîi bè mµ, vñ, các con, các anh chà

em trong gia đình và nhúng ngưíi b¤n thân thi¸t đã liên töc đëng viên đº duytrì nghà lüc, sü c£m thông, chia s´ v· thíi gian, sùc khäe và các khía c¤nhcõa cuëc sèng trong suèt quá trình hoàn thành luªn án

Hà Nëi, ngày 16 tháng 8 năm 2018

Nguy¹n Trành Đông

ix

Danh möc tø vi¸t t-t

BIP Behaviour Interaction Priority Tên cõa mët công cö

CB-RTS Component-Based Real-time H» thèng thíi gian thüc düa

CORBA Common Object Request Bro- Ki¸n trúc trung gian yêu c¦u

COM Component Object Model Mô hình đèi tưñng thành ph¦nCTL Computation Tree Logic Logic cây tính toán

DCOM Distributed Component Ob- Mô hình đèi tưñng thành ph¦n

DTS Distributed Transition System H» thèng dàch chuyºn phân tán

An Environment for Composi- Môi trưíng cho phân tích vàECDAR tional Design and Analysis of thi¸t k¸ thành ph¦n cho h»

Real Time Systems thèng thíi gian thücJML Java Modelling Language Ngôn ngú mô hình hóa JavaLTL Linear Temporal Logic Logic thíi gian tuy¸n tính

MITL Metric Interval Temporal Logic Logic thíi kho£ng tuy¸n tính

Markov Reward Model Tên công cö kiºm chùng mô

PECOS Pervasive Component Systems

Các h» thèng thành ph¦n ph¦nm·m phê bi¸n

x

Tø vi¸t t-t Tø gèc Gi£i thích nghĩa

PRISM Probabilistic Model Checker Bë kiºm chùng mô hình xác

su§t

rCOS A refinement calculus for ob- Sü tinh gi£m tính toán cho các

SysML System Modeling Language Ngôn ngú mô hình hóa h»

thèng

A Tool for Modeling and Công cö cho sü thüc thi và môTIMES Implementation of Embedded hình hóa cõa h» thèng nhúng

Systems

UPPAAL Uppsala University and Aal- Công cö kiºm chùng thíi gian

borg University thüc do hai trưíng đ¤i håc

cùng phát triºnUPPAAL Uppaal - Statistical Model Công cö kiºm chùng mô hình

TCTL Timed Computational Tree Logic cây tính toán thíi gian

LogicUTP Unifying Theories of Program- Lý thuy¸t hñp nh§t ngôn ngú

Tên cõa mët công cö do nhóm

phát triºnWCET Worst-case Execution Time Thíi gian thüc thi lîn nh§t

Danh möc các ký hi»u

ν Phép gán các giá trà đçng hç (clock interpretation) 17

2{ Tªp powerset cõa tªp đçng hç trong ôtômát thíi gian 17

g Thº thùc tương tác thíi gian thüc có ràng buëc tài nguyên 52

Tªp các và trí ch§p thuªn (đ¸n) đưñc trong ôtômát thíi gian 17

~ Tªp đçng hç đưñc thi¸t lªp l¤i giá trà sau méi bưîc chuyºn cõa ôtômát

Ω Tªp các hành đëng trong thành ph¦n ph¦n m·m, Ω = Si k=1 Σi 37

ω − automata Ôtômát đoán nhªn ngôn ngú ω − language 16

τ Chuéi thíi gian, mët dãy sè thüc tăng d¦n, τ ∈ R≥0 17fract(r) Ph¦n thªp phân sè thüc r, fract(r) = r − brc 42

d Thíi gian trôi qua 17

f ract(ν(x)) Ph¦n thªp phân cõa giá trà các đçng hç 19

K x Giá trà lîn nh§t cõa vùng đçng hç trong ôtômát thíi gian 42

L Tªp các và trí trong ôtômát thíi gian ho°c trong ôtômát trång sè 17

r1, , r n Các thành ph¦n tài nguyên, n ∈ N 20

F(X ∪ Y ) Tªp các công thùc lôgíc và tø c§p 1 trên X ∪ Y 69

TÓM T•T

Nghiên cùu nhúng kÿ thuªt đº áp döng trong mô hình hóa, đ°c t£ vàkiºm chùng h» thèng thíi gian thüc düa trên thành ph¦n đóng mët vai tròquan trång trong lĩnh vüc công ngh» ph¦n m·m Luªn án đã đ· xu§t sü c£i ti¸n

mô hình cho thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc, và đã đ· xu§t thº thùctương tác tương tranh thíi gian và thº thùc tương tác tương tranh thíi gianvîi ràng buëc tài nguyên cùng vîi các kÿ thuªt kiºm tra tính tuân thõ cõa dãyhành vi cõa môi trưíng vîi thº thùc tương tác tương tranh cõa thành ph¦nph¦n m·m Düa trên nhúng thº thùc tương tác này, chúng ta có thº phân tíchhành vi giúa các phương thùc trong thành ph¦n ph¦n m·m và giúa các thànhph¦n ph¦n m·m vîi môi trưíng Luªn án cũng đ· xu§t kÿ thuªt đ°c t£ thành ph¦nph¦n m·m b¬ng lý thuy¸t giao di»n thíi gian thüc vîi quan h» đ¦u vào/đ¦u ra vàbiºu di¹n húu h¤n các hành vi cõa giao di»n thíi gian thüc b¬ng ôtômátkho£ng Bên c¤nh đó, luªn án đ· xu§t kÿ thuªt đ°c t£ thành ph¦n ph¦n m·mthíi gian thüc b¬ng các hñp đçng thíi gian và hñp đçng thíi gian có ràng buëctài nguyên nh¬m lªp luªn cho vi»c sû döng hi»u qu£ tài nguyên h» thèng.Đçng thíi, luªn án cũng đưa ra thuªt toán ưîc lưñng tài nguyên đưñc sû döngtrong h» thèng c¦n phát triºn düa trên sü tương tác giúa môi trưíng và cácthành ph¦n ph¦n m·m Đº hñp nh§t các ngôn ngú đ°c t£ thíi gian thüc, luªn án

mð rëng ngôn ngú đ°c t£ m¨u (cho các h» thèng không có y¸u tè thíi gian)trð thành ngôn ngú đ°c t£ thíi gian thüc m¨u cho phép đ°c t£ các ràng buëcthíi gian và các ràng buëc phi chùc năng Luªn án có ba đóng góp chínhđưñc trình bày chi ti¸t như sau:

Thù nh§t, luªn án đã mð rëng mô hình PECOS (PErvasive COmponentSystems) cho thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc vîi möc đích t¤o ra mët môhình thành ph¦n ph¦n m·m có thº giúp cho vi»c phát triºn h» thèng thíi gianthüc nhanh chóng, chính xác và có thº phân tích nhi·u y¸u tè khác nhau tøchùc năng đ¸n phi chùc năng Mô hình này đưñc chia thành hai ph¦n, ph¦nthö đëng và ph¦n chõ đëng Ph¦n thö đëng đóng vai trò như mët kho chùacác thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc cho đ¸n khi thäa måi yêu c¦u cõa h»thèng Ph¦n chõ đëng đóng vai trò tương tác vîi môi trưíng, nhªn các yêu c¦u

tø môi trưíng và gåi các dàch vö tø ph¦n thö đëng đº xû lý sau đó l§y k¸t qu£tr£ v· cho môi trưíng Ngoài ý nghĩa trên, mô hình đưñc chia thành hai ph¦n

cũng nh¬m möc đích gi£m đë phùc t¤p cõa h» thèng do cách phát triºn düatrên chi¸n lưñc chia đº trà Trong đó, vîi ph¦n chõ đëng, chúng ta có thº kiºmsoát đưñc các ti¸n trình song song trong nhúng h» thèng phát triºn düa trên

mô hình này; ph¦n thö đëng đóng vai trò là mët kho chùa các thành ph¦nph¦n m·m, chúng ta phát triºn h» thèng thíi gian thüc b¬ng cách ghép cácthành ph¦n ph¦n m·m trong ph¦n này cho đ¸n khi thäa yêu c¦u cõa h» thèng

Mô hình này cũng cho phép các ti¸n trình cõa các thành ph¦n ph¦n m·m ð c£hai ph¦n thüc hi»n thüc hi»n song song Bên c¤nh đó, đº phân tích chính xác

sü tương tác trong h» thèng thíi gian thüc düa trên thành ph¦n, luªn án đ·xu§t thº thùc tương tác tương tranh thíi gian và thº thùc tương tranh có ràngbuëc tài nguyên b¬ng cách ti¸n hành đ°c t£ thù tü líi gåi các dàch vö trongthành ph¦n ph¦n m·m b¬ng biºu thùc chính quy thíi gian trên b£ng chú cáiphân tán và mô hình hóa các dãy hành vi cõa môi trưíng h» thèng b¬ngôtômát thíi gian và ôtômát trång sè Đçng thíi, luªn án cũng đ· xu§t thuªttoán kiºm tra sü tuân thõ cõa dãy hành vi cõa môi trưíng vîi thº thùc cõathành ph¦n ph¦n m·m trên khía c¤nh chùc năng và phi chùc năng Sü tuânthõ thº thùc tương tác còn cho bi¸t kh£ năng sû döng hi»u qu£ các tàinguyên mà môi trưíng dành cho các thành ph¦n ph¦n m·m Do đó, düa trên

sü kiºm tra tính tuân thõ này, chúng ta có thº kh¯ng đành đưñc sü thäa mãncõa các thành ph¦n ph¦n m·m so vîi yêu c¦u thi¸t k¸ cõa h» thèng

Thù hai, luªn án mð rëng lý thuy¸t giao di»n thành ph¦n trð thành lý thuy¸tgiao di»n thíi gian thüc đº đ°c t£ và mô hình hóa các h» thèng thíi gian thüc düatrên thành ph¦n Giao di»n thíi gian thüc là mët bë ba thành ph¦n gçm tªp bi¸nđ¦u vào, tªp bi¸n đ¦u ra và mèi quan h» giúa tªp bi¸n đ¦u vào và tªp bi¸n đ¦u ra vàthíi gian ràng buëc trên mèi quan h» này Mèi quan h» này đưñc biºu di¹n b¬ngbiºu thùc lôgíc tân tø c§p 1 nh¬m kh¯ng đành r¬ng n¸u môi trưíng gán mët bëgiá trà thäa đi·u ki»n trên tªp bi¸n đ¦u vào cõa giao di»n thì giao di»n s³ đ£mb£o dú li»u đ¦u ra s³ thäa yêu c¦u cõa môi trưíng h» thèng trong kho£ng thíigian theo thi¸t k¸ Vîi cách ti¸p cªn này, mët thành ph¦n ph¦n m·m đưñc đ°c t£đơn gi£n hơn, cô đång hơn nhưng l¤i ph£n ánh đưñc chi ti¸t các hành vi vàchùc năng cõa thành ph¦n ph¦n m·m Do các hành vi cõa giao di»n thành ph¦nthíi gian thüc là vô h¤n nên luªn án sû döng ôtômát kho£ng (duration automata)

đº biºu di¹n húu h¤n các dãy hành vi cõa giao di»n thành ph¦n và môi trưíng thíigian thüc Ôtômát kho£ng có ưu điºm là có thº mô hình hóa và biºu đi¹n đưñckho£ng thíi gian lîn nh§t và nhä nh§t dành cho

xvi

mët hành vi trong thành ph¦n ph¦n m·m Vi»c sû döng giao di»n thíi gian thüc vîiquan h» trên tªp bi¸n đ¦u vào/đ¦u ra có thº đ°c t£ và kiºm chùng h» thèng thíigian thüc düa trên thành ph¦n mët cách hi»u qu£ Sü kiºm chùng đưñc thücthüc hi»n b¬ng quá trình phát triºn tăng d¦n tøng bưîc düa trên các phép ghép,phép làm màn và phép c-m môi trưíng vào thành ph¦n ph¦n m·m.

Thù ba, luªn án đ· xu§t kÿ thuªt đ°c t£ thành ph¦n ph¦n m·m b¬ng hñpđçng thíi gian và hñp đçng thíi gian vîi các ràng buëc tài nguyên düa trêncách ti¸p cªn tính đúng đ-n bði cách xây düng và thi¸t k¸ b¬ng hñp đçng Kÿthuªt này cho phép đ°c t£ thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc chi ti¸t đ¸n tøngphương thùc và tªp bi¸n đ¦u vào đ¦u ra cõa phương thùc cũng như ràngbuëc trên tªp bi¸n đ¦u vào/đ¦u ra Bên c¤nh đó, phương pháp đ°c t£ nàycũng ch¿ rõ thành ph¦n ph¦n m·m c¦n nhúng phương thùc và lo¤i tài nguyênnào đº có thº thüc thi đưñc yêu c¦u cõa h» thèng và cung c§p nhúng dàch vö

gì cho môi trưíng vîi các chi phí tài nguyên là bao nhiêu Phương pháp nàycũng cho phép đ°c t£ các thành ph¦n b§t bi¸n, thành ph¦n b§t bi¸n tàinguyên, đ°c t£ các phương thùc Đ°c bi»t, phương pháp này cũng đ°c t£ thºthùc tương tác cõa các dàch vö trong thành ph¦n ph¦n m·m và môi trưíng sûdöng chúng Cö thº, trong mët thành ph¦n ph¦n m·m, trình tü thüc thi cõa cácphương thùc đưñc biºu di¹n b¬ng biºu thùc chính quy thíi gian thüc có ràngbuëc tài nguyên Khi môi trưíng muèn sû döng các dàch vö tø thành ph¦nph¦n m·m thì môi trưíng ph£i cung c§p đõ tài nguyên cho các dàch vö vàmôi trưíng ph£i tuân thõ thù tü líi gåi các dàch vö trong thành ph¦n ph¦nm·m Nhí sü tuân thõ này, thành ph¦n ph¦n m·m s³ đ£m b£o đưñc ch§t lưñngcõa các dàch vö mà nó cung c§p Do đó, b¬ng kÿ thuªt này, mët h» thèngthíi gian thüc düa trên thành ph¦n đưñc phát triºn tăng d¦n düa trên vi»c ghépcác hñp đçng thíi gian thüc và các y¸u tè đưñc phân tích và đánh giá đ¦y đõtrên hai khía c¤nh chùc năng và phi chùc năng Đº có thº triºn khai trên thüct¸, luªn án cũng đ· xu§t ngôn ngú đ°c t£ thíi gian thüc m¨u nh¬m hñp nh§tcác ngôn ngú đ°c t£ thíi gian thüc vîi đ¦y đõ tính năng đ°c t£ v· ph¦n chùcnăng và phi chùc năng cho thành ph¦n ph¦n m·m Düa trên kÿ thuªt này, cácthành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc đưñc đ°c t£ đ¦y đõ và các đ°c t£ đưñc sûdöng làm cơ sð cho cho vi»c nâng cao ch§t lưñng ph¦n m·m

T§t c£ các đóng góp trong luªn án hưîng đ¸n vi»c đ· xu§t nhúng kÿ thuªtđ°c t£, phân tích, đánh giá và kiºm chùng h» thèng thíi gian thüc düa trên thànhph¦n Các đóng góp cõa luªn án đưñc thº hi»n trên ba khía c¤nh khác

nhau trong quá trình phát triºn ph¦n m·m thíi gian thüc gçm mð rëng mô hìnhPECOS cho thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc, đ· xu§t thº thùc tương táctương tranh thíi gian thüc vîi các ràng buëc chùc năng và phi chùc năng, đ°ct£ thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc b¬ng lý thuy¸t giao di»n thành ph¦n thíigian và lý thuy¸t hñp đçng thíi gian, và mð rëng ngôn ngú đ°c t£ cho vi»c đ°ct£ thành ph¦n thíi gian thüc trên hai khía c¤nh chùc năng và phi chùc năng.

xviii

đó vi»c đ£m b£o tính đúng đ-n cõa h» thèng c¦n ph£i đưñc gi£i quy¸t ngayt¤i giai đo¤n thi¸t k¸.

Đº gi£i quy¸t nhúng h¤n ch¸ trong phát triºn ph¦n m·m düa trên thành ph¦n.Hi»n nay, kiºm chùng mô hình [1–3] và chùng minh đành lý [4] đang đưñc xem

là hai cách ti¸p cªn chính đº gi£i quy¸t nhúng h¤n ch¸ trên Đèi vîi phương phápkiºm chùng mô hình, ngưíi ta sû döng ôtômát thíi gian đº biºu di¹n các chuéihành vi h» thèng Tuy nhiên, do tªp tr¤ng thái cõa ôtômát thíi gian là vô h¤nnên ngưíi ta sû döng ôtômát vùng (regional automata) đº biºu di¹n húu h¤nôtômát thíi gian [5] Trong phương pháp này, các tính ch§t cõa h» thèng c¦nkiºm chùng đưñc biºu di¹n b¬ng mët trong các lo¤i lôgíc như lôgíc

thíi gian tuy¸n tính (LTL - Linear temporal logic), lôgíc cây tính toán (CTL

- Computation tree logic) [1], lôgíc h» mét (MTL - Metric temporal logic) [6],lôgíc thíi kho£ng h» mét (MILT - Metric Interval Temporal Logic) [7], v.v Phươngpháp kiºm chùng này thưíng đưñc thüc hi»n t¤i giai đo¤n triºn khai và đôi khi mãnguçn chương trình đưñc sû döng như là mët mô hình cõa h» thèng đº đưa vàokiºm chùng Tuy nhiên, đèi vîi nhúng h» thèng quy mô lîn n¸u áp döng phươngpháp kiºm chùng mô hình s³ d¨n đ¸n đë phùc t¤p cao, bùng nê không gian tr¤ngthái, chi phí lîn và còn nhi·u nguy cơ ti·m ©n Ngoài nhúng lý do trên, vi»c ghépcác thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc cũng làm cho bài toán kiºm chùng môhình đèi di»n vîi hi»n tưñng bùng nê không gian tr¤ng thái Đ°c bi»t, các ràngbuëc thíi gian trên các chuéi hành vi trong h» thèng thíi gian thüc cũng làm tăngkhó khăn trong vi»c kiºm chùng düa trên mô hình Bên c¤nh y¸u tè thíi gian, cácràng buëc tài nguyên như hi»u năng CPU, năng lưñng, băng thông m¤ng, bënhî, dung lưñng thi¸t bà lưu trú, v.v cũng t¤o ra thách thùc r§t lîn trong quá trìnhkiºm chùng h» thèng thíi gian thüc düa trên thành ph¦n có tính toán đ¸n các y¸u tètài nguyên Đây là mët trong nhúng rào c£n lîn trong vi»c triºn khai kiºm chùng

mô hình cho h» thèng thíi gian thüc trên thüc t¸ Đèi vîi phương pháp kiºm chùngph¦n m·m düa trên chùng minh đành lý, tính đúng đ-n cõa ph¦n m·m đưñc chùngminh và kiºm tra düa trên các biºu thùc toán håc và cũng ch¿ tªp trung vào nhúngh» thèng phi thíi gian

Möc đích cõa luªn án là đ· xu§t các kÿ thuªt đ°c t£ và kiºm chùng hìnhthùc h» thèng thíi gian thüc düa trên thành ph¦n mët cách hi»u qu£ Trong đó,luªn án c¦n ph£i xác đành rõ mô hình thành ph¦n ph¦n m·m cõa h» thèng c¦nkiºm chùng nh¬m đ· xu§t nhúng kÿ thuªt kiºm chùng phù hñp Luªn án b-t đ¦ub¬ng vi»c đ· xu§t mô hình cho thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc Mô hình nàyđưñc phát triºn theo chi¸n lưñc chia đº trà nh¬m phát huy các ưu điºm cõaphương pháp phát triºn ph¦n m·m thíi gian thüc düa trên thành ph¦n và chophép phát triºn h» thèng có quy mô tăng d¦n düa trên vi»c ghép các thành ph¦nph¦n m·m Luªn án cũng bê sung thº thùc tương tác thíi gian thüc vào đ°c t£thành ph¦n ph¦n m·m đº kiºm soát sü tương tác giúa các thành ph¦n ph¦n m·m

và giúa các thành ph¦n ph¦n m·m vîi môi trưíng đº h» thèng ho¤t đëng hi»u qu£trên c£ khía c¤nh thüc thi và khía c¤nh duy trì các ho¤t đëng Đ°c bi»t, đèi vîih» thèng thíi gian thüc thì chúng ta ph£i xét đ¸n ràng buëc thíi gian và tính hi»uqu£ cõa vi»c sû döng tài nguyên h» thèng Do đó, luªn án xác đành bài toánđ°c t£ các y¸u tè chùc năng và phi chùc năng là mët trong nhúng bài

2

toán quan trång c¦n ph£i gi£i quy¸t Hơn núa, bài toán kiºm chùng h» thèng thíigian thüc vîi các ràng buëc chùc năng và phi chùc năng thưíng đèi di»n vîi vi»cbùng nê không gian tr¤ng thái, đë phùc t¤p cao Vì vªy, luªn án áp döng lýthuy¸t giao di»n thíi gian thüc, thi¸t k¸ b¬ng hñp đçng và tính đúng đ-n düa trêncách xây düng đº gi£i quy¸t bài toán đ°c t£ và kiºm chùng h» thèng thíi gianthüc Tính hi»u qu£ cõa các phương pháp kiºm chùng còn đưñc thº hi»n trongvi»c tü đëng hóa các giai đo¤n cõa quá trình kiºm chùng Do vªy, luªn án đã cöthº hóa các kÿ thuªt kiºm chùng b¬ng các thuªt toán.

Đèi tưñng nghiên cùu cõa luªn án là các phương pháp phát triºn cách» thèng thíi gian thüc düa trên thành ph¦n và h» thèng thíi gian thüc düatrên thành ph¦n Các đèi tưñng này đưñc thº hi»n trên hai phương di»n là h»thèng lý thuy¸t và các kÿ thuªt phát triºn ph¦n m·m trong thüc t¸ cõa lĩnh vücnày Cö thº, luªn án tªp trung nghiên cùu mô hình thành ph¦n ph¦n m·m thíigian thüc, thº thùc tương tác tương tranh trong h» thèng, cùng vîi các kÿthuªt đ°c t£ và mô hình hóa thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc trên hai khíac¤nh ràng buëc chùc năng và phi chùc năng

1.2 Các đóng góp chính cõa luªn án

Qua quá trình nghiên cùu, luªn án đã đ· xu§t đưñc ba đóng góp chínhbao gçm (i) Mð rëng mô hình PECOS cho thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thücdüa trên thành ph¦n bao gçm đ· xu§t thº thùc tương tác tương tranh thíi gianthüc và thº thùc tương tác tương tranh thíi gian vîi ràng buëc tài nguyên Đçngthíi, luªn án cũng đưa ra thuªt toán kiºm tra sü tuân thõ thº thùc cõa thành ph¦nph¦n m·m đèi vîi chuéi hành vi cõa môi trưíng trên hai khía c¤nh chùc năng vàphi chùc năng (ii) Đ°c t£ và mô hình hóa thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thücb¬ng giao di»n thành ph¦n có ràng buëc thíi gian vîi quan h» đ¦u vào/đ¦u ra.(iii) Đ°c t£ thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc b¬ng hñp đçng thíi gian vàhñp đçng thíi gian có ràng buëc phi chùc năng nh¬m phân tích, đánh giá h»thèng thíi gian thüc trên hai khía c¤nh chùc năng và phi chùc năng Các đónggóp chính cõa luªn án đưñc minh håa trong Hình 1.1

Thù nh§t, luªn án đ· xu§t mô hình thành ph¦n ph¦n m·m gian thüc düatrên sü mð rëng mô hình PECOS cho h» thèng thíi gian thüc Mô hình có haiph¦n, ph¦n thö đëng và ph¦n chõ đëng Ph¦n thö đëng đóng vai trò là mët kholưu trú, tªp hñp các thành ph¦n ph¦n m·m đõ lîn đº đáp ùng t§t c£ các yêu c¦ucõa h» thèng Ph¦n chõ đëng đóng vai trò tương tác vîi môi trưíng, nhªn các

yêu c¦u tø môi trưíng sau đó gåi các dàch vö tø ph¦n thö đëng đº thüc hi»nrçi tr£ k¸t qu£ l¤i môi trưíng Luªn án cũng đ· xu§t thº thùc tương tác tươngtranh thíi gian thüc đưñc sû döng đº đ°c t£ các thù tü líi gåi các dàch vö, đ°ct£ các y¸u tè chùc năng và phi chùc năng trong thành ph¦n ph¦n m·m cõa h»thèng thíi gian thüc, lªp luªn và phân tích tính hi»u qu£ cõa vi»c sû döng tàinguyên h» thèng Khi môi trưíng muèn sû döng dàch vö cõa thành ph¦n ph¦nm·m, chuéi hành vi cõa môi trưíng ph£i tuân thõ thº thùc tương tác cõathành ph¦n ph¦n m·m bao gçm c£ y¸u tè chùc năng và phi chùc năng Vi»ctuân thõ thº thùc cõa các chuéi hành vi cõa môi trưíng chùng tä thành ph¦nph¦n m·m đưñc phát triºn đúng vîi yêu c¦u thi¸t k¸.

2

3

Đề xuất phương pháp đặc tả và mô hình hóa

song, phép ghép nèi ti¸p và sü làm màn dùng chung cõa giao di»n cũngđưñc phân tích và đánh giá Đ°c bi»t, bài toán kiºm chùng tính ch§t c-mđưñc cõa môi trưíng vîi thành ph¦n ph¦n m·m cũng đưñc chùng minh.

4

Thù ba, düa trên cách ti¸p cªn thi¸t k¸ b¬ng hñp đçng và tính đúng đ-n düatrên cách xây düng, luªn án đ· xu§t kÿ thuªt đ°c t£ thành ph¦n ph¦n m·m thíi gianthüc b¬ng hñp đçng thíi gian và hñp đçng thíi gian có ràng buëc tài nguyên Vîicách ti¸p cªn này, tính đúng đ-n cõa các thành ph¦n ph¦n m·m đưñc phát triºn và

sü k¸t hñp các thành ph¦n vîi nhau s³ đưñc đ£m b£o bði các ràng buëc đã đưñcđ°c t£ bên trong tøng phương thùc trong thành ph¦n ph¦n m·m Do đó, düa trêncác đ°c t£, các y¸u tè chùc năng và phi chùc năng s³ đưñc phân tích và đánhgiá mët cách đ¦y đõ trong quá trình phát triºn h» thèng Düa trên Lý thuy¸t hñpnh§t ngôn ngú lªp trình (UTP - Unifying Theory of Programming), luªn án đ·xu§t ngôn ngú đ°c t£ thíi gian thüc m¨u nh¬m hưîng đ¸n hñp nh§t các ngôn ngúđ°c t£ thíi gian thüc gçm đ°c t£ chùc năng và đ°c t£ các y¸u tè phi chùc năng.Düa trên ngôn ngú đ°c t£ này, vi»c nâng cao ch§t lưñng trong quá trình pháttriºn h» thèng đưñc đ£m b£o

1.3 Bè cöc cõa luªn án

Các nëi dung còn l¤i cõa luªn án đưñc c§u trúc như sau: Chương 2 trìnhbày các ki¸n thùc n·n t£ng cũng như các khái ni»m v· phát triºn ph¦n m·m düatrên thành ph¦n và mët sè khái ni»m v· h» thèng thíi gian thüc đưñc sû dönglàm ki¸n thùc cơ sð cho các nghiên cùu ti¸p theo Chương 3 trình bày mô hìnhthành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc Mô hình này đưñc phát triºn düa trên sü mðrëng cõa mô hình PECOS cho thành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc, cách ti¸p cªnthi¸t k¸ b¬ng hñp đçng và tính đúng đ-n bði cách xây düng Chương này cũngtrình bày thº thùc tương tác tương tranh trong các thành ph¦n ph¦n m·m thíigian thüc và các thuªt toán kiºm chùng sü tuân thõ cõa dãy hành vi cõa môitrưíng h» thèng vîi thº thùc tương tác cõa thành ph¦n ph¦n m·m trên hai khíac¤nh chùc năng và phi chùc năng Chương 4 mô t£ kÿ thuªt đ°c t£ giao di»nthành ph¦n ph¦n m·m thíi gian thüc trên quan h» giúa đ¦u vào và đ¦u ra cõathành ph¦n ph¦n m·m Mô hình hóa các dãy hành vi cõa h» thèng thíi gian thücb¬ng ôtômát kho£ng và kiºm chùng tính c-m đưñc cõa môi trưíng vào thànhph¦n ph¦n m·m Chương 5 trình bày kÿ thuªt đ°c t£ thành ph¦n ph¦n m·m thíigian thüc vîi các y¸u tè chùc năng và phi chùc năng nh¬m phân tích và đánhgiá ch§t lưñng dàch vö düa trên các ràng buëc phi chùc năng, đçng thíi ưîclưñng tài nguyên h» thèng tiêu thö và sû döng trong quá trình ho¤t đëng ngay

tø giai đo¤n đ¦u cõa sü phát triºn h» thèng ph¦n m·m và bê sung ngôn ngú đ°tt£ thíi gian thüc m¨u nh¬m hñp nh§t các ngôn ngú lªp trình thíi gian thüc Vàchương cuèi cùng, luªn án têng k¸t các k¸t qu£ nghiên cùu và hưîng phát triºnti¸p theo

5

CHƯƠNG 2

Ki¸n thùc n·n t£ng

Trong chương này, luªn án trình bày các khái ni»m và ki¸n thùc cơ b£nđưñc áp döng trong lĩnh vüc phát triºn ph¦n m·m thíi gian thüc düa trênthành ph¦n và các khái ni»m cũng như ki¸n thùc v· h» thèng thíi gian thüc đºphöc vö nhúng nghiên cùu chuyên sâu cõa luªn án

2.1 Phát triºn ph¦n m·m düa trên thành ph¦n

H» thèng ph¦n m·m ngày càng trð nên phùc t¤p và có quy mô lîn, trong

đó phát triºn ph¦n m·m düa trên thành ph¦n đưñc đánh giá là phương phápđem l¤i nhi·u ưu th¸ [8] Phương pháp này phát triºn ph¦n m·m b¬ng cáchghép d¦n các thành ph¦n ph¦n m·m cho đ¸n khi thäa måi yêu c¦u cõa h»thèng c¦n phát triºn

2.1.1 Kÿ ngh» ph¦n m·m düa trên thành ph¦n

Trong làch sû phát triºn cõa phương pháp này đã có mët sè đànhnghĩa v· thành ph¦n ph¦n m·m, điºn hình có nhúng đành nghĩa đưñc trìnhbày dưîi đây Theo tác gi£ Clemens Szyperski [9]:

Mët thành ph¦n ph¦n m·m là mët đơn và hñp thành vîi giao di»n đưñc đ°c t£ theo kiºu hñp đçng và ch¿ phö thuëc vào ngú c£nh rõ ràng Mët thành ph¦n ph¦n m·m có thº đưñc triºn khai mët cách đëc lªp và là chõ thº dùng đº l-

p ghép bði bên thù ba.

Tø đành nghĩa trên, mët thành ph¦n ph¦n m·m có thº gçm nhúng y¸u tèsau:

(i) Là mët đơn và ph¦n m·m đëc lªp: Thành ph¦n ph¦n m·m thüc thi đ¦y đõ

mët chùc năng nào đó

(ii) Có tính ©n đèi vîi h» thèng bên ngoài: Mët thành ph¦n ph¦n m·m ch¿

đưñc quan sát thông qua giao di»n cõa chúng và khi tương tác vîi các thànhph¦n khác thông qua mët thäa thuªn gåi là hñp đçng

(iii) Là chõ thº cho nhi·u möc đích sû döng khác nhau: Mët thành ph¦n ph¦n

m·m đưñc thi¸t k¸ và cài đ°t sao cho chùc năng cõa thành ph¦n đó đưñc sû döng

và phöc vö nhi·u h» thèng khác nhau

(iv) Tái sû döng: Thành ph¦n ph¦n m·m có thº đưñc tái sû döng và có thº

thay th¸ b¬ng thành ph¦n ph¦n m·m khác

Mët đành nghĩa khác v· thành ph¦n ph¦n m·m cõa tác gi£ Bertrand Meyer [10]:

Mët thành ph¦n ph¦n m·m là mët ph¦n tû ph¦n m·m (đơn và mô đun) thäa ba đi·u ki»n sau:

1 Đưñc sû döng bði các ph¦n tû ph¦n m·m khác là ‘khách hàng’ cõa nó,

2 Sð húu mët mô t£ cách sû döng có tính ch§t hình thùc, và

3 Không bà cët ch°t vîi b§t kỳ nhóm ‘khách hàng’ cè đành nào.

Như vªy, mët thành ph¦n ph¦n m·m theo tác gi£ Bertrand Meyer có các đ°c tính gçm:

(i) Là mët mô đun ph¦n m·m đëc lªp thüc thi mët chùc năng đ¦y đõ nào

đó, đưñc sû döng bði bên thù ba là khách hàng cõa chúng

(ii) Đưñc đ°c t£ b¬ng mët phương pháp hình thùc, ©n đèi vîi bên ngoài.(iii) Là chõ thº đưñc sû döng cho nhi·u h» thèng khác nhau

Nhóm tác gi£ thù ba, Heineman và Councill [11] đã đành nghĩa thành ph¦nph¦n m·m như sau:

Mët thành ph¦n ph¦n m·m là mët ph¦n tû ph¦n m·m phù hñp vîi mët mô hình thành ph¦n và có thº đưñc k¸t hñp và triºn khai mët cách đëc lªp mà không c¦n sü đi·u ch¿nh theo mët tiêu chu©n k¸t hñp nào.

Qua đành nghĩa cõa Heineman và Councill chúng ta th§y khái ni»m

Mô hình thành ph¦n ph¦n m·m đưñc hiºu là mô hình xác đành sü tương tác

và các tiêu chu©n k¸t hñp cö thº Sü thüc thi cõa mô hình là tªp các cam k¸tcõa các ph¦n tû ph¦n m·m có thº thüc thi đưñc

Tóm l¤i, qua ba đành nghĩa v· thành ph¦n ph¦n m·m cõa ba nhóm tácgi£, luªn án s³ trình bày các y¸u tè chính trong phát triºn ph¦n m·m düa trênthành ph¦n theo các möc sau

7

a Mô hình thành ph¦n ph¦n m·m: Mô hình thành ph¦n ph¦n m·m là mët

tªp các quy chu©n nh¬m xác đành mët tªp các tính ch§t mà các thành ph¦n

ph¦n m·m ph£i tuân thõ nh¬m làm cho h» thèng ho¤t đëng thäa đưñc yêu

c¦u Như vªy, mô hình thành ph¦n ph¦n m·m ph£i có cách thùc cho phép phát

triºn thành ph¦n ph¦n m·m tø các thành ph¦n nguyên tû, tªp các quy t-c đ°c t£

thuëc tính và phương thùc, tªp các thº thùc tương tác giúa các phương thùc

và các thành ph¦n vîi nhau, và tªp các quy t-c k¸t hñp cũng như thay th¸ giúa

các thành ph¦n

b Giao di»n thành ph¦n ph¦n m·m: Trong kÿ ngh» phát triºn ph¦n m·m düa

trên thành ph¦n, các thành ph¦n ph¦n m·m thưíng s³ đưñc coi là hëp đen , ngưíi

dùng s³ không quan sát đưñc bên trong [9] Đº sû döng các thành ph¦n ph¦n

m·m này, các nhà phát triºn ph£i tìm ki¸m mët phương pháp đ°c t£ sao cho đơn

gi£n nhưng ph£n ánh chi ti¸t các thuëc tính và hành vi cõa thành ph¦n ph¦n

m·m Hình 2.1 minh håa mët giao di»n thành ph¦n gçm tªp bi¸n đ¦u vào

X = {x1, x2}, tªp bi¸n đ¦u ra Y = {y1, y2, y3} và bên trong là mô hình cõa giao

di»n Hi»n nay, kÿ thuªt đ°c t£ giao di»n thành ph¦n ph¦n m·m là mët kÿ thuªt tiên

ti¸n đưñc áp döng đº đ°c t£ các thành ph¦n ph¦n m·m, kÿ thuªt này chöp đưñc đ¦u

vào/đ¦u ra, các thuëc tính và các ràng buëc giúa đ¦u vào/đ¦u ra cõa thành ph¦n

ph¦n m·m Tuy nhiên, hưîng ti¸p cªn này chưa đõ chi ti¸t đº ph£n ánh h¸t nhúng

hành vi cõa thành ph¦n ph¦n m·m Do đó, luªn án sû döng thi¸t k¸ là kÿ thuªt đ°c t£

chi ti¸t đ¸n tøng phương thùc cõa thành ph¦n ph¦n m·m trên hai khía c¤nh chùc

năng và phi chùc năng đº làm tăng sùc m¤nh cõa lý thuy¸t giao di»n thành ph¦n

Hình 2.1: Minh håa giao di»n thành ph¦n ph¦n m·m.

c Làm màn: Là kÿ thuªt làm chi ti¸t hóa vi»c thi¸t k¸ cõa nhúng thành ph¦n

ph¦n m·m đã có b¬ng nhúng thành ph¦n ph¦n m·m khác có ch§t lưñng tèt hơn

Kÿ thuªt làm màn có thº áp döng vào trong trưíng hñp tìm ki¸m nhúng thành

ph¦n ph¦n m·m ho°c các chi ti¸t bên trong thành ph¦n đó đº thay b¬ng

nhúng thành ph¦n mîi ho°c chi ti¸t mîi tương ùng sao cho nhúng bë phªn mîinày đáp ùng tèt hơn nhúng bë phªn cũ.

d Hñp đçng: Khi nói đ¸n thành ph¦n ph¦n m·m, ngưíi ta s³ nghĩ đ¸n

thành ph¦n này có chùc năng gì Tuy nhiên, trong lĩnh vüc kÿ ngh» ph¦n m·mdüa trên thành ph¦n, ngưíi ta quan tâm hơn đ¸n vi»c các thành ph¦n ph¦nm·m đưñc sû döng như th¸ nào cho hi»u qu£ Kÿ thuªt đ°c t£ thành ph¦nph¦n m·m b¬ng hñp đçng đã đáp ùng đưñc các yêu c¦u kh-t khe đó Mët hñpđçng là mët thäa thuªn cõa thành ph¦n ph¦n m·m vîi các khách hàng cõachúng Ch¿ khi các ràng buëc trong hñp đçng thäa đưñc thì thành ph¦n ph¦nm·m đó s³ thüc thi đúng theo yêu c¦u

e Ghép các thành ph¦n ph¦n m·m: Các h» thèng ngày càng phùc t¤p

và có quy mô tăng d¦n Kÿ thuªt ghép các thành ph¦n ph¦n m·m đáp ùng

đưñc möc tiêu đó Tuy nhiên, khi ghép các thành ph¦n ph¦n m·m vîi nhauluôn ph£i b£o toàn các tính ch§t cõa h» thèng Các phương pháp ghép cóthº là ghép song song, ghép nèi ti¸p và quan trång nh§t là phép c-m môitrưíng vào thành ph¦n ph¦n m·m Phép c-m cho bi¸t thành ph¦n ph¦n m·m cóthäa yêu c¦u cõa h» thèng hay không và cho bi¸t thành ph¦n ph¦n m·m đưñc

X 2

ℂ 2

Y 2 (b)

Hình 2.2: Minh håa phép ghép song song (a) và phép ghép nèi ti¸p (b).

Hình 2.2 minh håa phép ghép hai thành ph¦n ph¦n m·m C1 và C2 theo

cách ghép song song và ghép nèi ti¸p, trong đó (X1, Y1) là tªp các bi¸n đ¦uvào/đ¦u ra tương ùng cõa C1 và (X2, Y2) là tªp các bi¸n đ¦u vào/đ¦u ra tươngùng cõa C2 Thành ph¦n Delay là đë tr¹ khi ghép hai thành ph¦n ph¦n m·mtheo cách nèi ti¸p Y¸u tè này ch¿ sü đçng bë thíi gian t¤i đ¦u ra cõa cácthành ph¦n ph¦n m·m khi ghép nèi ti¸p vîi nhau

9

2.1.2 Tính đúng đ-n bði cách xây düng

H» thèng ph¦n m·m ngày càng có quy mô lîn và phùc t¤p, đòi häi thíigian triºn khai nhanh, đë chính xác cao, gi£m chi phí, v.v Hi»n nay, cácphương pháp phát triºn ph¦n m·m truy·n thèng v¨n phê bi¸n, đi·u này làm giatăng đáng kº các chi phí trong quá trình phát triºn và đ£m b£o tính đúng đ-ncõa h» thèng mîi như kiºm thû, b£o trì, v.v

Hi»n nay, mët hưîng ti¸p cªn mîi trong vi»c đ£m b£o tính đúng đ-n cõah» thèng ph¦n m·m là tính đúng đ-n bði cách xây düng Hưîng ti¸p cªn nàyđưñc trình bày trong mët sè công trình điºn hình cõa các tác gi£ AnthonyHall và Roderick Chapman [12], Gregor G¨ossler và Joseph Sifakis [13,14],

D V Hung và đçng nghi»p [15] và Derrick G Kourie và Bruce W Watson[16] đ·u thèng nh§t mët h» thèng c¦n có mët sè tính ch§t sau:

(i) Tính đúng đ-n: Có phương pháp xây düng các thành ph¦n ph¦n m·m nguyên tû mët cách đúng đ-n

(ii) Luªt phèi ghép: Cho Π, Π0 và ~ là các phép ghép nào đó cõa h» thèng

(vi) H» thèng c¦n có kho các thành ph¦n ph¦n m·m đõ lîn đº cho phép lüa chån các thành ph¦n thäa måi yêu c¦u cõa h» thèng

2.1.3 Ki¸n trúc h» thèng phát triºn ph¦n m·m düa trên thành ph¦n

Phương pháp phát triºn ph¦n m·m düa trên thành ph¦n đưñc phát triºn ênđành và trð thành mët hưîng ti¸p cªn chính trong phát triºn ph¦n m·m hi»n nay.Phương pháp này tùy thuëc vào tøng hãng công ngh» khác nhau thì s£n ph©mph¦n m·m cũng có các ki¸n trúc khác nhau Trên thüc t¸, nhi·u ki¸n trúc đưñc đ·xu§t như EJB, CORBA, RMI, COM, DCOM, NET [17–19], v.v Các s£n ph©mnày là nhúng công ngh» düa trên lªp trình hưîng đèi tưñng Tuy nhiên, các ki¸ntrúc luôn đưñc c£i ti¸n và phát triºn cho phù hñp vîi các yêu c¦u thüc t¸ Do vªy,

có nhi·u mô hình và các ki¸n trúc mîi đưñc đ· xu§t như mô hình PECOS [20], làmët mô hình thành ph¦n ph¦n m·m đưñc phát triºn cho thành ph¦n ph¦n m·m düatrên thành ph¦n; bë phát triºn ùng döng BIP hé trñ phát triºn các thành ph¦n ph¦nm·m tø mùc nguyên tû cho đ¸n hé trñ thi¸t k¸ và phân tích c£ h» thèng thíi gianthüc [14]; và mîi đây nh§t mô hình X-MAN đưñc nhóm tác gi£ Nannan He pháttriºn trong dü án CESAR cõa Châu Âu [21] Điºm chung cõa các đ· xu§t này làmët h» thèng đ·u có bèn t¦ng, t¦ng dưîi cùng là ph¦n cùng, đ¸n h» đi·u hành, bëkhung phát triºn ùng döng (framework) và cuèi cùng là môi trưíng và đưñc minhhåa trong Hình 2.3

Hình 2.3: Minh håa ki¸n trúc chung h» thèng CB-RTS.

11

2.2 Các phương pháp mô hình hóa h» thèng thíi gian thüc

Do đòi häi thüc t¸ ngày càng cao, đã có nhi·u nghiên cùu liên quan đ¸n h»thèng thíi gian thüc Vì vªy, cũng có nhi·u cách đành nghĩa v· h» thèng thíi gianthüc đưñc đưa ra [22] Theo têng k¸t cõa các tác gi£ M Timmerman và L

Perneel, h» thèng thíi gian thüc là h» thèng: ph£n ùng theo cách đoán trưîc

đưñc (kàp thíi) các kích thích không dü đoán đưñc đ¸n tø bên ngoài [22]

Cũng theo M Timmerman và đçng nghi»p [23] và Yahor Bondarau[24], h» thèng thíi gian thüc đưñc chia thành các lo¤i cơ b£n gçm h» thèngthíi gian thüc nghiêm ng°t, h» thèng thíi gian thüc ên đành, h» thèng thíi gianthüc linh đëng và h» thèng phi thíi gian đưñc trình bày chi ti¸t sau đây

H» thèng thíi gian thüc nghiêm ng°t: H» thèng thíi gian thüc ph£i đưa

ra k¸t qu£ đúng trong thíi gian đã đành Các yêu c¦u đèi vîi h» thèng này r§tch°t ch³, thưíng áp döng trong nhúng h» thèng đòi häi nghiêm ng°t sü tuânthõ theo thíi gian

Ví dö 2.1 H» thèng túi khí cõa xe hơi, khi xe x£y ra va ch¤m, các túi khí này

ph£i mð ra trong kho£ng thíi gian đã đành N¸u không s³ £nh hưðng đ¸n tính m¤ng ngưíi đi·u khiºn xe.

H» thèng thíi gian thüc ên đành: H» thèng không bà døng khi không đáp

ùng đưñc các ràng buëc thíi gian nhưng k¸t qu£ không sû döng đưñc, tùc là k¸tqu£ không đáp ùng đưñc yêu c¦u ràng buëc thíi gian thì không có giá trà

Ví dö 2.2 Mët giao dàch trên h» thèng Internet-Banking đòi häi khách hàng

ph£i nhªp chuéi mã xác thüc trong kho£ng thíi gian nh§t đành N¸u quá thíi h¤n mã xác thüc không còn giá trà cho giao dàch đó núa.

H» thèng thíi gian thüc linh đëng: Nhúng h» thèng v¨n đòi häi thüc hi»n

các tác vö theo thíi gian đã đành n¸u không đáp ùng đưñc yêu c¦u thíi gian

đó thì có thº kéo theo các thành ph¦n khác ho¤t đëng chªm l¤i, nhưng đ¸nmët lúc nào đó v¨n nhªn đưñc k¸t qu£ theo yêu c¦u và léi không đáp ùng kàpyêu c¦u thíi gian không gây t-c ngh³n h» thèng

Ví dö 2.3 Mët ùng döng trình chi¸u video trüc tuy¸n có thº bà gián đo¤n do

tèc đë đưíng truy·n Internet chªm, tùc là h» thèng không cung c§p đõ sè khung hình/giây Tuy nhiên, khi h» thèng n¤p đõ nëi dung ùng döng v¨n ti¸p töc ho¤t đëng.

H» thèng phi thíi gian: Các chùc năng cõa h» thèng không yêu c¦u

ràng buëc v· thíi gian Đây là trưíng hñp riêng cõa h» thèng thíi gian thüc khiràng buëc thíi gian b¬ng 0

Ngoài cách phân lo¤i trên, h» thèng thíi gian thüc ph£i đ£m b£o đưñcmët sè tính ch§t đưñc trình bày dưîi đây bao gçm tính kàp thíi, tính dü đoán,tính xû lý đçng thíi [22, 24]

(i) Tính kàp thíi: Các ho¤t đëng cõa h» thèng thíi gian thüc đáp ùng kàp thíi các sü ki»n trong giîi h¤n thíi gian cho phép.

(ii) Tính dü đoán: Các hành đëng cõa h» thèng thíi gian thüc ph£i ph£n ùng l¤i t§t c£ các sü ki»n mët cách kàp thíi.

(iii) Tính xû lý đçng thíi: H» thèng ph£n ùng kàp thíi vîi t§t c£ các sü ki»n

x£y ra đçng thíi

2.2.1 Ôtômát thíi gian và vùng thíi gian

Måi ho¤t đëng trong th¸ giîi chúng ta đ·u phö thuëc vào thíi gian, ð mëtmùc ho¤t đëng nào đó y¸u tè thíi gian có thº bà ©n đi ho°c chưa ph£i là y¸u

tè c¦n xem xét Các hành đëng có thº x£y ra theo mët trình tü nào đó và đôilúc c£m th§y chúng x£y ra tùc thíi và sü nhanh chªm không £nh hưðng đ¸nk¸t qu£ cõa công vi»c Khi ràng buëc v· m°t thíi gian £nh hưðng đ¸n ch§tlưñng công vi»c thì nhu c¦u c¦n ph£i tính toán y¸u tè này trong các ho¤t đëngcõa mët h» thèng trð nên c§p thi¸t Chúng ta xét ví dö sau:

Ví dö 2.4 Khi nh§n phanh xe ôtô, m§t bao nhiêu ph¦n trăm giây đº xe có thº

gi£m tèc đë và døng l¤i, và vi»c xe đáp ùng l¤i yêu c¦u cõa ngưíi đi·u khiºn

có đúng như trong thi¸t k¸ hay không?

Như vªy, trưîc khi có chi¸c xe ho¤t đëng trên thüc t¸, các nhà s£n xu§t đãtính toán trong thi¸t k¸ cõa hå måi kh£ năng có thº x£y ra Đi·u này kh¯ng đànhnhu c¦u trøu tưñng hóa các ho¤t đëng cõa h» thèng trên thüc t¸ trð thành các

mô hình lý thuy¸t là r§t c¦n thi¸t Düa trên các mô hình, ngưíi ta có thº sû döngchúng đº phân tích, đánh giá các ho¤t đëng và tính hi»u qu£ cõa h» thèng c¦nphát triºn thay vì làm trên mô hình thªt trưîc khi triºn khai trên thüc t¸

Tø Ví dö 2.4, chúng ta có thº rút ra mët phát biºu, hành đëng a thüc

hi»n trong kho£ng thíi gian t có thäa mët tính ch§t P cho trưîc hay không?

13

Trên thüc t¸, các hành đëng x£y ra ríi r¤c theo mët trình tü nào đó vàđưñc xem như mët chuéi các hành đëng Khi gán nhãn thíi gian cho tøng hànhđëng, thì tªp hñp các hành đëng x£y ra trên tøng thíi điºm khác nhau cũng s³t¤o thành mët chuéi sü ki»n x£y ra trên tröc thíi gian Đº biºu di¹n và xû lýnhúng chuéi sü ki»n này, đã có nhi·u công trình nghiên cùu và đ· xu§t nhưTimed Petri Nets [25], Фi sè ti¸n trình thíi gian (Timed process algebras)[26,27], Biºu thùc chính quy thíi gian (Timed Regular Expressions) [28,29],Lôgíc thíi gian h» mét (MTL) [6], lôgíc thíi gian tuy¸n tính (LTL) [30] và Tínhtoán kho£ng (Duration calculus) [31], v.v Trong sè các nghiên cùu v· h» thèngthíi gian thüc, ôtômát thíi gian đưñc nhóm tác gi£ Rajeev Alur và David L Dill đ·xu§t trð thành kÿ thuªt tèt nh§t trong vi»c mô hình hóa các chuéi hành vi cõa h»thèng thíi gian thüc và là lý thuy¸t chính trong các công cö kiºm chùng h» thèngthíi gian thüc [5] Ph¦n ti¸p theo, luªn án trình bày l¦n lưñt các khái ni»m, ki¸nthùc v· ôtômát thíi gian Chúng ta xem xét ví dö sau đây.

Ví dö 2.5 Gi£ sû cho mët máy bán đç uèng tü đëng, khách hàng n¤p ti·n vîi

m»nh giá đưñc quy đành trưîc, gçm 50000, 20000 và 10000 đçng, vào máy Các m°t hàng đưñc bán đ·u có giá như nhau và b¬ng 10000 đçng Máy s³ kiºm tra têng sè ti·n đã n¤p và chuyºn sang ch¸ đë s®n sàng cho khách hàng lüa chån m°t hàng Gi£ sû máy bán ba lo¤i hàng là nưîc coca, cam ép và cà phê đóng lon Khi khách hàng chån lo¤i hàng nào thì máy tr£ m°t hàng đó ra khay đüng cho ngưíi mua Máy tr£ hàng cho đ¸n khi têng ti·n cõa khách b¬ng 0.

Luªn án s³ th£o luªn Ví dö 2.5 theo hai trưíng hñp

Trưíng hñp thù nh§t: Y¸u tè thíi gian không đưñc xem xét Khách

hàng n¤p ti·n, sau đó chån lo¤i hàng c¦n mua và máy s³ đáp ùng đưñc yêuc¦u Như vªy toàn bë hành đëng cõa máy đưñc biºu di¹n b¬ng mët ôtômát

húu h¤n tr¤ng thái Đ°t ôtômát M biºu di¹n máy bán hàng vîi tªp tr¤ng thái S

= {S0, S1, S2, S3}, đ°t tªp các hành đëng cõa máy Σ = {Coin, Orange,

Coffee, Coca} Tr¤ng thái khði t¤o là S0 và đç thà chuyºn đưñc minh håatrong Hình 2.4

S 1

Orange Orange

Coin Coin S 0

Coca Coca

S 3

S 2

Hình 2.4: Minh håa máy bán hàng b¬ng ôtômát húu h¤n.

Trong ôtômát ð Hình 2.4, S0 là tr¤ng thái s®n sàng cõa máy bán hàng

và cũng là tr¤ng thái k¸t thúc cõa mët giao dàch Khi khách hàng n¤p ti·n,máy s³ kiºm tra m»nh giá và cho phép khách hàng chån lo¤i đç uèng N¸umët lo¤i đç uèng đưñc chån máy s³ chuyºn sang tr¤ng thái s®n sàng tr£

hàng tương ùng vîi mët trong ba tr¤ng thái S1, S2, S3 Khi tr£ hàng xongmáy l¤i quay v· tr¤ng thái chí cho mët giao dàch ti¸p theo Do đó, các hànhđëng cõa máy đưñc l°p đi l°p l¤i cho đ¸n khi máy bà døng Vªy, mët dãy các

hành đëng cõa máy đưñc biºu di¹n b¬ng mët tø, ký hi»u b¬ng σ Ví dö mët

chuéi hành đëng cõa máy bán hàng

σ =(Coin Coca Coca Orange Orange Coin Coca Coca).

Trưíng hñp thù 2: Khi xét đ¸n ch§t lưñng các dàch vö, y¸u tè thíi gian

là mët trong nhúng tiêu chí hàng đ¦u đº đánh giá Mët câu häi đ°t ra là m§tbao nhiêu thíi gian thì mët giao dàch đưñc hoàn thành? N¸u khách hàngph£i đñi mët kho£ng thíi gian thì li»u khách hàng có bi¸t đưñc lý do máy tr£hàng chªm hay máy đã bà treo? Tø nhúng lý do này, vi»c c¦n thi¸t ph£i đ°ct£ ràng buëc thíi gian cho các hành đëng cõa các h» thèng Đº đơn gi£n,chúng ta coi méi hành đëng cõa máy tiêu thö thíi gian 5 giây Gi£ sû, kháchhàng tùy ý trong vi»c n¤p ti·n và lüa chån đç uèng Chúng ta có thº minh

håa mët chuéi hành đëng đưñc g-n nhãn thíi gian b¬ng tø ω sau:

ω = (Coin, 0)(Coca, 7)(Coca, 12)(Orange, 18)(Orange, 24)

(Coffee, 35)(Coffee, 45)

15