Logics for XML
Logiques pour XML
Résumé
This thesis describes the theoretical and practical foundations of a system for the static analysis of XML processing languages. The system relies on a fixpoint temporal logic with converse, derived from the mu-calculus, where models are finite trees. This calculus is expressive enough to capture regular tree types along with multi-directional navigation in trees, while having a single exponential time complexity. Specifically the decidability of the logic is proved in time 2^O(n) where n is the size of the input formula.
Major XML concepts are linearly translated into the logic: XPath navigation and node selection semantics, and regular tree languages (which include DTDs and XML Schemas). Based on these embeddings, several problems of major importance in XML applications are reduced to satisfiability of the logic. These problems include XPath containment, emptiness, equivalence, overlap, coverage, in the presence or absence of regular tree type constraints, and the static type-checking of an annotated query.
The focus is then given to a sound and complete algorithm for deciding the logic, along with a detailed complexity analysis, and crucial implementation techniques for building an effective solver. Practical experiments using a full implementation of the system are presented. The system appears to be efficient in practice for several realistic scenarios.
The main application of this work is a new class of static analyzers for programming languages using both XPath expressions and XML type annotations (input and output). Such analyzers allow to ensure at compile-time valuable properties such as type-safety and optimizations, for safer and more efficient XML processing.
Major XML concepts are linearly translated into the logic: XPath navigation and node selection semantics, and regular tree languages (which include DTDs and XML Schemas). Based on these embeddings, several problems of major importance in XML applications are reduced to satisfiability of the logic. These problems include XPath containment, emptiness, equivalence, overlap, coverage, in the presence or absence of regular tree type constraints, and the static type-checking of an annotated query.
The focus is then given to a sound and complete algorithm for deciding the logic, along with a detailed complexity analysis, and crucial implementation techniques for building an effective solver. Practical experiments using a full implementation of the system are presented. The system appears to be efficient in practice for several realistic scenarios.
The main application of this work is a new class of static analyzers for programming languages using both XPath expressions and XML type annotations (input and output). Such analyzers allow to ensure at compile-time valuable properties such as type-safety and optimizations, for safer and more efficient XML processing.
Cette thèse présente les fondements théoriques et pratiques d'un système pour l'analyse statique de langages manipulant des documents et données XML. Le système s'appuie sur une logique temporelle de point fixe avec programmes inverses, dérivée du mu-calcul modal, dans laquelle les modèles sont des arbres finis. Cette logique est suffisamment expressive pour prendre en compte les langages réguliers d'arbres ainsi que la navigation multidirectionnelle dans les arbres, tout en ayant une complexité simplement exponentielle. Plus précisément, la décidabilité de cette logique est prouvée en temps 2^O(n) où n est la taille de la formule dont le statut de vérité est déterminé.
Les principaux concepts de XML sont traduits linéairement dans cette logique. Ces concepts incluent la navigation et la sémantique de sélection de noeuds du langage de requêtes XPath, ainsi que les langages de schémas (incluant DTD et XML Schema). Grâce à ces traductions, les problèmes d'importance majeure dans les applications XML sont réduits à la satisfaisabilité de la logique. Ces problèmes incluent notamment l'inclusion, la satisfaisabilité, l'équivalence, l'intersection, le recouvrement des requêtes, en présence ou en l'absence de contraintes régulières d'arbres, et le typage statique d'une requête annotée.
Un algorithme correct et complet pour décider la logique est proposé, accompagné d'une analyse détaillée de sa complexité computationnelle, et des techniques d'implantation cruciales pour la réalisation d'un solveur efficace en pratique. Des expérimentations avec l'implantation complète du système sont présentées. Le système apparaît efficace et utilisable en pratique sur plusieurs scénarios réalistes.
La principale application de ce travail est une nouvelle classe d'analyseurs statiques pour les langages de programmation utilisant des requêtes XPath et des types réguliers d'arbres. De tels analyseurs permettent de s'assurer, au moment de la compilation, de propriétés importantes comme le typage correct des programmes ou leur optimisation, pour un traitement plus sûr et plus efficace des données XML.
Les principaux concepts de XML sont traduits linéairement dans cette logique. Ces concepts incluent la navigation et la sémantique de sélection de noeuds du langage de requêtes XPath, ainsi que les langages de schémas (incluant DTD et XML Schema). Grâce à ces traductions, les problèmes d'importance majeure dans les applications XML sont réduits à la satisfaisabilité de la logique. Ces problèmes incluent notamment l'inclusion, la satisfaisabilité, l'équivalence, l'intersection, le recouvrement des requêtes, en présence ou en l'absence de contraintes régulières d'arbres, et le typage statique d'une requête annotée.
Un algorithme correct et complet pour décider la logique est proposé, accompagné d'une analyse détaillée de sa complexité computationnelle, et des techniques d'implantation cruciales pour la réalisation d'un solveur efficace en pratique. Des expérimentations avec l'implantation complète du système sont présentées. Le système apparaît efficace et utilisable en pratique sur plusieurs scénarios réalistes.
La principale application de ce travail est une nouvelle classe d'analyseurs statiques pour les langages de programmation utilisant des requêtes XPath et des types réguliers d'arbres. De tels analyseurs permettent de s'assurer, au moment de la compilation, de propriétés importantes comme le typage correct des programmes ou leur optimisation, pour un traitement plus sûr et plus efficace des données XML.
Loading...