Генерація багатоцільових формальних моделей із успадкованого коду

Abstract

У роботі запропоновано метод генерації формальних моделей із коду успадкованих систем. Призначення таких моделей полягає в можливості застосування в різних задачах, таких як автоматична генерація виконуваних тестів, трансляція в сучасні мови програмування, зворотня інженерія. Робота переслідує цілі зменшення складності пошуку в просторі станів та перевірки виконуваності формул по відношенню до прямого моделювання коду, а також допомоги в розумінні успадкованих систем та їх імплементації в сучасних технологіях. Основна увага приділена формалізації моделі пам’яті мови Cobol, адже це найбільш поширена мова в успадкованих системах. Формальна модель є атрибутною транзиційною системою з потоком керування. Запропоновано алгоритм побудови перелічуваних типів для будь-яких змінних, використання яких відповідає певним умовам, в тому числі наведена процедура трансляції числових змінних в перелічувані. Розглянута проблема трансляції неспівставних структур даних, що перетинаються в пам’яті (оператор redefines мови Cobol), копіюються чи порівнюються між собою. На відміну від поширеного підходу використання семантики об’єднань (подібного до конструкції union в С++), розроблено метод, що полягає в розбитті полів структур і не має недоліків об’єднань та сприяє мінімізації побайтного підходу. Створений метод розглянуто на прикладах структур як з простими полями так і з масивами. Наведені приклади реалізації побайтного підходу в мовах Java та C++ для тих змінних, що неможливо представити у вигляді атрибутів перелічуваних або числових типів. Робота була випробувана для генерації тестів на проєктах середнього розміру (до 100 000 рядків коду), що показало ефективність розробленого методу, а згенеровані формальні моделі також були використані для відлагодження транслятору Cobol в Java та видобутку бізнес правил.

In this paper a method for generation of formal models from legacy systems code is proposed. The purpose of these models is to have a possibility of their application in different tasks such as automatic generation of executable tests, translation to modern programming languages, reverse engineering. The method pursues goals to decrease complexity of state space search and checking formulas satisfiability in relation to the direct code modeling, and to help legacy systems understanding and implementing in modern technologies. We focused on formalization of Cobol memory model as it is the most common language in legacy systems. Formal model is an attribute transition system with control flow. We proposed an algorithm for building enumerated types for any variables whose usage fulfills certain conditions, including translation procedure of numeric variables to enumerated ones. We considered a problem of translating non-comparable structures which overlap in memory (operator redefines in Cobol), are copied or compared with each other. In opposite to common approach of using union semantics (like union construction in C++), we described a method of structure fields decomposition which has no drawbacks of unions and makes for minimization of bytewise approach. We considered the developed method on the examples of structures as with simple fields as with arrays. We also gave examples of realization of bytewise approach in Java and C++ languages for those variables that cannot be represented as enumerated or numeric attributes. We tried this work for tests generation for middle-sized projects (up to 100 000 lines of code) where it showed efficiency of developed method, also generated formal models were used for debugging of Cobol to Java translator and business rules extraction.