The Compcert Memory Model, Version 2 the Compcert Memory Model, Version 2 Le Modèle Mémoire Compcert Version 2

A memory model is an important component of the formal semantics of imperative programming languages: it speci es the behavior of operations over memory states, such as reads and writes. The formally veri ed CompCert C compiler uses a sophisticated memory model that is shared between the semantics of its source language (the CompCert subset of C) and intermediate languages. The algebraic properties of this memory model play an important role in the proofs of semantic preservation for the compiler. The initial design of the CompCert memory model is described in an article by Leroy and Blazy (J. Autom. Reasoning 2008). The present research report describes version 2 of this memory model, improving over the main limitations of version 1. The rst improvement is to expose the byte-level, in-memory representation of integers and oats, while preserving desirable opaqueness properties of pointer values. The second improvement is the integration of a ne-grained mechanism of permissions (access rights), which supports more aggressive optimizations over read-only data, and paves the way towards shared-memory, datarace-free concurrency in the style of Appel's Veri ed Software Toolchain project. Key-words: Memory models, formal semantics, veri ed compilation, CompCert ∗ INRIA Paris-Rocquencourt, project-team Gallium † Supported in part by Agence Nationale de la Recherche, project Arpège U3CAT, grant ANR 08-SEGI-021 ‡ Princeton University § Supported in part by the Air Force O ce of Scienti c Research (grant FA9550-09-1-0138) and the National Science Foundation (grant CNS-0910448). ¶ Université de Rennes 1, IRISA, project-team Celtique ha l-0 07 03 44 1, v er si on 1 1 Ju n 20 12 Le modèle mémoire CompCert version 2 Résumé : Le modèle mémoire est un composant important de la sémantique formelle d'un langage impératif de programmation: il spéci e le comportement des opérations sur les états mémoire, tels que les lectures et les écritures. Le compilateur formellement véri é CompCert C utilise un modèle mémoire élaboré, qu'il partage entre les sémantiques de son langage source (le sous-ensemble CompCert de C) et de ses langages intermédiaires. Les propriétés algébriques de ce modèle mémoire jouent un rôle important dans les preuves de préservation sémantique du compilateur. La première version du modèle mémoire CompCert est décrit dans un article de Leroy et Blazy (J. Autom. Reasoning 2008). Ce rapport de recherche décrit la version 2 de ce modèle mémoire, qui résout les principales limitations de la version 1. Première amélioration: il expose la représentation en mémoire, au niveau de l'octet, des entiers et des ottants, tout en préservant les propriétés utiles d'opacité des pointeurs. Seconde amélioration: il intègre un mécanisme de permissions (droits d'accès) à grain n, qui autorise le compilateur à e ectuer des optimisations plus agressives sur les données en lecture seule, et constitue un premier pas vers le parallélisme à mémoire partagée bien synchronisé, dans le style du projet Veri ed Software Toolchain d'Appel. Mots-clés : Modèles mémoires, sémantiques formelles, compilation véri ée, CompCert ha l-0 07 03 44 1, v er si on 1 1 Ju n 20 12 The CompCert memory model version 2 3