“编译原理专题训练”课程介绍

"编译原理专题训练"是清华大学为计算机科学与技术系本科生开设的实践类限选课,旨在提高学生的实践能力。课程首次将开放源代码软件GCC和Open64作为实验框架引入实践教学,引导学生参与大型开源软件开发和维护活动,基于具有工业水准的真实软件开展实践。本文重点介绍了该课程在我校开设的基本情况,以期给大家更多的启示。     

Solving Inheritance Anomaly with OMNets

This paper presents a concurrent object-oriented modeling language based on Petri nets:OMNets,which hepls greatly to avoid the inheritance anomaly problem appeared in concurrent OO languages.OMNets separates th functional part and the synchroniztion part of objects and uses Petri nets to describe the synchronization part.Both parts are reusable through inheritance.     

可信编译器L2C的核心翻译步骤及其设计与实现

同步数据流语言（如Lustre）近年来在航空、高铁、核电等安全攸关领域得到广泛应用.这些领域对相关开发工具本身的安全性有着相当高的要求.为尽力解决好”误编译”问题,近期人们借助reliable-by-construction辅助定理证明器实现常规命令式语言编译器的构造和验证取得了很大的成功,如CompCert C编译器.L2C是基于这种方法开发的可信编译器,它以扩展的Lustre语言为源语言,以Clight （CompCert中的C语言子集）为目标语言.就我们所知,L2C是同类工作中唯一面向实际工业应用的同步数据流语言编译器.本文重点介绍L2C编译器的核心翻译步骤及其设计与实现过程中考虑的主要问题和相关经验.     

同步数据流语言高阶运算消去的可信翻译

Lustre是一种广泛应用于工业界核心安全级控制系统的同步数据流语言,采用形式化验证的方法实现Lustre到C的编译器可以有效地提高编译器的可信度.基于这种方法,开展了从Lustre*(一种类Lustre语言)到C子集Clight的可信编译器的研究.由于Lustre*与Clight之间巨大的语言差异,整个编译过程划分为多个层次,每个层次完成特定的翻译工作.阐述了其中高阶运算消去的翻译算法,翻译过程采用辅助定理证明工具Coq实现,并进行严格的正确性证明.     

OpenMP任务调度开销及负载均衡分析

任务调度是OpenMP规范的重要内容。在考虑调度开销、负载均衡等多方面因素的基础上，OpenMP规范制定了静态调度、动态调度、指数动态调度和运行时调度等不同策略。详细分析了在单次循环时间相等情况下，不同的OpenMP调度策略对额外开销和负载均衡的影响；提出了选择不同任务调度策略的原则。     

旋转体特征量的闭环算法

本文针对一般旋转体类零部件特征量的计算提出了一种新算法。该算法在引入数据封闭环概念和结构计算图概念的基础上，应用函数拟合方法仿真旋转体母线方程，然后直接对特征量进行离散化求积，使计算过程更加清晰连续且符合现代工程计算的理念。与传统工程算法相比，本算法克服了数据允余量大，计算机过程烦琐等特点，有效地提高了计算机效率和计算精度，成为旋转体类产品设计CAD系统的有机组成部分。     

一种用于字节码程序模块化验证的逻辑系统

字节码既是运行于虚拟机的解释指令,也是定义良好的中间表示,是当今网络软件和计算设备中广泛使用的重要技术.字节码验证可以提高相关软件的可信程度,同时为构造证明保持编译器提供中间表示支持,具有重要的实用价值和理论价值.虽然近年提出了一些用于字节码程序的逻辑系统,但由于字节码本身的特点,造成了抽象控制栈复杂、控制流结构信息不足,因而字节码程序的“模块化验证”依然是一个巨大的挑战,并没有得到有效解决.将FPCC(foundational proof-carrying code)方法引入中间表示字节码,借鉴汇编程序的验证方法,设计出一种逻辑系统,给出字节码程序运行环境BCM(ByteCode machine)的逻辑系统CBP (certifying bytecode program)定义,完成系统的合理性证明和一组代表性实例程序的模块化证明,并实现机器自动检查.该工作为字节码验证提供一种良好的解决方案,同时也向着构造证明保持编译器环境迈出了坚实的一步,还可以为广泛使用的基于虚拟机复杂网络应用程序的深刻理解和深入分析提供理论帮助.     

一个C语言安全子集的可信编译器

以安全关键领域的安全标准为依托、安全相关软件的语言编码和编译要求为指导,进行了以下几方面的研究和探索:首先对形式化验证可信编译技术进行分析研究,特别着重当前广受关注的经过验证的CompCert编译器.然后以我国安全领域C语言安全子集标准《航天型号软件C语言安全子集》为依据构造测试用例、创新测试方法,并以此对CompCert编译器进行测试评估.之后依据测试结果,为CompCert编译器增加未支持的C语言标准特性,裁剪不符合C语言安全子集要求的特性,构建符合C语言安全子集标准的可信编译器.最后的实测结果表明,所实现的编译器符合C语言安全子集标准的要求,且没有降低C代码的执行效率.     

同步数据流语言可信编译器的构造

同步数据流语言近年来在航空、高铁、核电等安全关键领域得到广泛应用.然而,此类语言相关开发工具本身的安全性业已成为被高度关注的安全隐患之一.借助辅助定理证明器实现常规语言编译器的构造和验证已被证明是成功的,有望最大限度地解决误编译问题.基于这种方法,开展了从同步数据流语言(Lustre为原型)到串行命令式语言(C为原型)的可信编译器构造的关键技术研究.其挑战性在于两类语言之间的巨大差异,源语言具有时钟同步、数据流、并发及流数据对象等特征,而目标语言则具有顺序控制流特征.同类研究中,目前尚无针对核心翻译过程的公开成果.就单一时钟的情形实现了一个经过形式化验证的完整编译过程,相关技术将应用于安全关键领域编译系统的开发.综述了这一可信编译器的研究背景、意义、总体设计框架、核心技术、现状以及进行中或后续的工作.