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7/27/2019 10.1.1.28.2740
1/50
L o g i c s f o r D a t a b a s e s
a n d I n f o r m a t i o n S y s t e m s
E d i t e d b y
J a n C h o m i c k i , G u n t e r S a a k e
M o n m o u t h U n i v e r s i t y / U n i v e r s i t y o f M a g d e b u r g
K l u w e r A c a d e m i c P u b l i s h e r s
B o s t o n / D o r d r e c h t / L o n d o n
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7/27/2019 10.1.1.28.2740
2/50
C o n t e n t s
1
I n t r o d u c t i o n t o L o g i c s f o r D a t a b a s e s a n d I n f o r m a t i o n S y s t e m s 1
J a n C h o m i c k i a n d G u n t e r S a a k e
R e f e r e n c e s 4
2
A L o g i c P r i m e r 5
S t e f a n C o n r a d
2 . 1 I n t r o d u c t i o n 5
2 . 2 F i r s t - O r d e r L o g i c ( F O L ) 6
2 . 2 . 1 S y n t a x 6
2 . 2 . 2 S e m a n t i c s 7
2 . 2 . 3 P r o o f T h e o r y 1 0
2 . 3 M o d a l L o g i c s 1 3
2 . 3 . 1 K r i p k e S e m a n t i c s 1 5
2 . 3 . 2 A x i o m a t i z a t i o n o f M o d a l L o g i c s 1 6
2 . 3 . 3 T e m p o r a l S t r u c t u r e s 1 8
2 . 4 L o g i c P r o g r a m m i n g 2 0
2 . 4 . 1 H e r b r a n d M o d e l s 2 1
2 . 4 . 2 F i x p o i n t S e m a n t i c s 2 2
2 . 4 . 3 S L D - R e s o l u t i o n 2 2
2 . 4 . 4 N e g a t i o n 2 4
2 . 5 C o n c l u s i o n 2 6
R e f e r e n c e s 2 7
3
T e m p o r a l L o g i c i n I n f o r m a t i o n S y s t e m s 3 1
J a n C h o m i c k i a n d D a v i d T o m a n
3 . 1 I n t r o d u c t i o n 3 2
3 . 2 T e m p o r a l D a t a b a s e s 3 3
v
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3/50
v i L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
3 . 2 . 1 A b s t r a c t T e m p o r a l D a t a b a s e s 3 4
3 . 2 . 2 R e l a t i o n a l D a t a b a s e H i s t o r i e s 3 6
3 . 3 T e m p o r a l Q u e r i e s 3 6
3 . 3 . 1 A b s t r a c t T e m p o r a l Q u e r y L a n g u a g e s 3 7
3 . 3 . 2 E x p r e s s i v e P o w e r 4 1
3 . 3 . 3 S p a c e - e c i e n t E n c o d i n g o f T e m p o r a l D a t a b a s e s 4 4
3 . 3 . 4 C o n c r e t e T e m p o r a l Q u e r y L a n g u a g e s 4 6
3 . 3 . 5 E v a l u a t i o n o f A b s t r a c t Q u e r y L a n g u a g e s u s i n g C o m p i l a t i o n 4 7
3 . 3 . 6 S Q L a n d D e r i v e d T e m p o r a l Q u e r y L a n g u a g e s 4 8
3 . 4 T e m p o r a l I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s 5 3
3 . 4 . 1 N o t i o n s o f c o n s t r a i n t s a t i s f a c t i o n 5 3
3 . 4 . 2 T e m p o r a l I n t e g r i t y M a i n t e n a n c e 5 4
3 . 4 . 3 T e m p o r a l C o n s t r a i n t C h e c k i n g 5 6
3 . 5 M u l t i d i m e n s i o n a l T i m e 5 8
3 . 5 . 1 W h y M u l t i p l e T e m p o r a l D i m e n s i o n s ? 5 9
3 . 5 . 2 A b s t r a c t Q u e r y L a n g u a g e s f o r M u l t i - d i m e n s i o n a l T i m e 5 9
3 . 5 . 3 E n c o d i n g o f M u l t i - d i m e n s i o n a l T e m p o r a l D a t a b a s e s 6 1
3 . 6 B e y o n d F i r s t - o r d e r T e m p o r a l L o g i c 6 2
3 . 7 C o n c l u s i o n 6 5
R e f e r e n c e s 6 5
4
T h e R o l e o f D e o n t i c L o g i c i n t h e S p e c i c a t i o n o f I n f o r m a t i o n S y s t e m s 7 1
J . - J . C h . M e y e r , R . J . W i e r i n g a , a n d F . P . M . D i g n u m
4 . 1 I n t r o d u c t i o n : S o f t C o n s t r a i n t s a n d D e o n t i c L o g i c 7 2
4 . 1 . 1 I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s f o r I n f o r m a t i o n S y s t e m s 7 2
4 . 1 . 2 D e o n t i c l o g i c a n d v i o l a t i o n s o f c o n s t r a i n t s 7 3
4 . 1 . 3 T h e P a r a d o x e s o f D e o n t i c L o g i c 7 4
4 . 2 S t a n d a r d D e o n t i c L o g i c ( S D L ) 7 6
4 . 3 T h e P a r a d o x e s o f D e o n t i c L o g i c 7 7
4 . 3 . 1 S o m e W e l l - K n o w n P a r a d o x e s 7 8
4 . 3 . 2 T h e P a r a d o x e s i n S D L 7 9
4 . 3 . 3 C o n t r a r y - t o - D u t y I m p e r a t i v e s 8 0
4 . 4 A D i a g n o s i s o f t h e P r o b l e m s 8 1
4 . 5 A S o l u t i o n t o t h e ' O u g h t - t o - B e ' V e r s i o n o f t h e C h i s h o l m P a r a d o x : S 5 O
( n )
8 3
4 . 6 O u g h t - t o - D o : T h e D y n a m i c P e r s p e c t i v e 8 4
4 . 6 . 1 A L o g i c o f O u g h t - t o - D o : a D e o n t i c L o g i c B a s e d o n D y n a m i c L o g i c 8 6
4 . 6 . 2 T h e P a r a d o x e s i n P D e L 8 7
4 . 6 . 3 A S o l u t i o n t o t h e ` O u g h t - t o - D o ' V e r s i o n o f t h e C h i s h o l m P a r a d o x i n
P D e L 8 9
4 . 7 A n I n t e g r a t e d L o g i c o f O u g h t - t o - B e a n d O u g h t - t o - D o C o n s t r a i n t s 9 3
4 . 7 . 1 A n d e r s o n ' s R e d u c t i o n t o M o d a l A l e t h i c L o g i c R e l a t e d t o S D L 9 3
4 . 7 . 2 I n t e g r a t i n g S 5 O
( n )
w i t h P D e L 9 5
4 . 8 A p p l i c a t i o n s 9 6
4 . 8 . 1 M o d e l i n g n o r m s f o r t h e e x t e r n a l e n v i r o n m e n t 9 7
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4/50
C o n t e n t s v i i
4 . 8 . 2 M o d e l i n g n o r m s f o r t h e U o D 9 8
4 . 8 . 3 M o d e l i n g n o r m s f o r t h e s y s t e m 1 0 1
4 . 8 . 4 M o d e l i n g n o r m s f o r t h e s p e c i c a t i o n 1 0 2
4 . 8 . 5 C a s e s t u d y 1 0 3
4 . 9 D i s c u s s i o n a n d C o n c l u s i o n 1 0 8
R e f e r e n c e s 1 0 8
5
A L o g i c f o r P r o g r a m m i n g D a t a b a s e T r a n s a c t i o n s 1 1 7
A n t h o n y J . B o n n e r a n d M i c h a e l K i f e r
5 . 1 I n t r o d u c t i o n 1 1 8
5 . 2 O v e r v i e w a n d I n t r o d u c t o r y E x a m p l e s 1 2 2
5 . 2 . 1 S i m p l e T r a n s a c t i o n s 1 2 4
5 . 2 . 2 R u l e s a n d N o n - d e t e r m i n i s t i c T r a n s a c t i o n s 1 2 6
5 . 2 . 3 T r a n s a c t i o n B a s e s 1 2 7
5 . 2 . 4 C o n s t r a i n t s 1 2 9
5 . 3 S y n t a x 1 3 1
5 . 4 E l e m e n t a r y O p e r a t i o n s 1 3 2
5 . 4 . 1 S t a t e D a t a O r a c l e s 1 3 2
5 . 4 . 2 S t a t e T r a n s i t i o n O r a c l e s 1 3 3
5 . 4 . 3 E x a m p l e s 1 3 4
5 . 4 . 4 T h e P r a g m a t i c s o f O r a c l e s 1 3 6
5 . 5 M o d e l T h e o r y 1 3 7
5 . 5 . 1 P a t h S t r u c t u r e s a n d M o d e l s 1 3 8
5 . 5 . 2 E x e c u t i o n a s E n t a i l m e n t 1 4 1
5 . 6 P r o o f T h e o r y 1 4 4
5 . 6 . 1 I n f e r e n c e 1 4 6
5 . 6 . 2 E x e c u t i o n a s D e d u c t i o n 1 4 8
5 . 6 . 3 E x a m p l e : I n f e r e n c e w i t h U n i c a t i o n 1 5 0
5 . 7 R e l a t e d W o r k 1 5 1
5 . 7 . 1 D e c l a r a t i v e L a n g u a g e s f o r D a t a b a s e T r a n s a c t i o n s 1 5 1
5 . 7 . 2 L o g i c s f o r R e a s o n i n g a b o u t P r o g r a m s 1 5 3
R e f e r e n c e s 1 6 1
6
L o g i c s f o r S p e c i f y i n g C o n c u r r e n t I n f o r m a t i o n S y s t e m s 1 6 7
H a n s - D i e t e r E h r i c h , C a r l o s C a l e i r o , A m i l c a r S e r n a d a s , a n d G r i t D e n k e r
6 . 1 I n t r o d u c t i o n 1 6 8
6 . 2 O v e r v i e w 1 6 9
6 . 3 L o c a l L o g i c L 1 7 2
6 . 4 D i s t r i b u t e d L o g i c s 1 7 5
6 . 5 R e d u c t i o n 1 8 0
6 . 6 E x t e n d e d E x a m p l e 1 8 4
6 . 7 R e l a t e d W o r k 1 8 7
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v i i i L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
6 . 8 C o n c l u d i n g R e m a r k s 1 9 0
R e f e r e n c e s 1 9 2
7
E v o l v i n g L o g i c a l S p e c i c a t i o n i n I n f o r m a t i o n S y s t e m s 1 9 9
S t e f a n C o n r a d , J a i m e R a m o s , G u n t e r S a a k e , a n d C r i s t i n a S e r n a d a s
7 . 1 I n t r o d u c t i o n 2 0 0
7 . 2 M o t i v a t i o n a n d L a n g u a g e 2 0 2
7 . 3 S y n t a x a n d S e m a n t i c s o f t h e L o g i c 2 0 8
7 . 3 . 1 S i g n a t u r e s 2 0 9
7 . 3 . 2 T e r m s a n d F o r m u l a e 2 1 0
7 . 3 . 3 P r e - i n t e r p r e t a t i o n s t r u c t u r e s 2 1 1
7 . 3 . 4 S a t i s f a c t i o n 2 1 3
7 . 3 . 5 S p e c i c a t i o n s a n d T h e o r i e s 2 1 5
7 . 4 T r a n s l a t i o n o f L a n g u a g e i n t o L o g i c 2 1 5
7 . 5 U s i n g t h e L o g i c a l F r a m e w o r k 2 1 8
7 . 5 . 1 A H i l b e r t c a l c u l u s 2 1 9
7 . 5 . 2 A n i n v a r i a n t c a l c u l u s 2 2 1
7 . 6 C o n c l u d i n g R e m a r k s 2 2 4
R e f e r e n c e s 2 2 5
8
D e s c r i p t i o n L o g i c s f o r C o n c e p t u a l D a t a M o d e l i n g 2 2 9
D i e g o C a l v a n e s e , M a u r i z i o L e n z e r i n i a n d D a n i e l e N a r d i
8 . 1 I n t r o d u c t i o n 2 3 0
8 . 2 D e s c r i p t i o n L o g i c s 2 3 2
8 . 2 . 1 S y n t a x a n d S e m a n t i c s o f t h e L o g i c A L C Q I 2 3 2
8 . 2 . 2 K n o w l e d g e B a s e s i n A L C Q I 2 3 4
8 . 3 S e m a n t i c D a t a M o d e l s 2 3 5
8 . 3 . 1 T h e E n t i t y - R e l a t i o n s h i p M o d e l 2 3 6
8 . 3 . 2 F o r m a l i z i n g E n t i t y - R e l a t i o n s h i p S c h e m a t a i n D e s c r i p t i o n L o g i c s 2 3 9
8 . 3 . 3 E x t e n d i n g t h e E x p r e s s i v e n e s s o f t h e M o d e l i n g L a n g u a g e 2 4 2
8 . 4 O b j e c t - O r i e n t e d D a t a M o d e l s 2 4 4
8 . 4 . 1 A n O b j e c t - O r i e n t e d D a t a M o d e l 2 4 5
8 . 4 . 2 F o r m a l i z i n g O b j e c t - O r i e n t e d S c h e m a t a i n D e s c r i p t i o n L o g i c s 2 4 7
8 . 4 . 3 E x t e n d i n g t h e E x p r e s s i v e n e s s o f t h e M o d e l i n g L a n g u a g e 2 5 1
8 . 5 S u p p o r t f o r D a t a M o d e l i n g 2 5 3
8 . 5 . 1 R e a s o n i n g T a s k s i n D a t a M o d e l i n g 2 5 3
8 . 5 . 2 R e a l i z a t i o n o f R e a s o n i n g 2 5 6
8 . 6 C o n c l u s i o n s 2 5 8
R e f e r e n c e s 2 5 9
9
I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s : S e m a n t i c s a n d A p p l i c a t i o n s 2 6 5
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7/27/2019 10.1.1.28.2740
6/50
C o n t e n t s i x
P . G o d f r e y , J . G r a n t , J . G r y z , a n d J . M i n k e r
9 . 1 I n t r o d u c t i o n 2 6 5
9 . 2 B a c k g r o u n d 2 6 8
9 . 3 S e m a n t i c s o f I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s 2 7 2
9 . 3 . 1 E x a m p l e s o f W h a t I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s c a n E x p r e s s 2 7 3
9 . 3 . 2 M o d e l S e m a n t i c s 2 7 5
9 . 3 . 3 E x t e n s i o n s t o t h e B a s i c M o d e l 2 7 8
9 . 4 R e a s o n i n g w i t h I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s 2 7 9
9 . 4 . 1 E l i m i n a t i n g I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s 2 8 0
9 . 4 . 2 M o d e l E l i m i n a t i o n 2 8 1
9 . 4 . 3 R e s i d u e M e t h o d 2 8 2
9 . 5 A p p l i c a t i o n s o f I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s 2 8 5
9 . 5 . 1 S e m a n t i c Q u e r y O p t i m i z a t i o n 2 8 5
9 . 5 . 2 C o o p e r a t i v e A n s w e r i n g 2 8 7
9 . 5 . 3 C o m b i n i n g D a t a b a s e s a n d R e s o l v i n g I n c o n s i s t e n c i e s 2 9 1
9 . 5 . 4 V i e w U p d a t e s 2 9 3
9 . 5 . 5 A d d i t i o n a l A p p l i c a t i o n s 2 9 5
9 . 6 C o n c l u s i o n a n d F u t u r e D i r e c t i o n s 2 9 7
R e f e r e n c e s 2 9 9
1 0
L o g i c a l A p p r o a c h e s t o I n c o m p l e t e I n f o r m a t i o n : A S u r v e y 3 0 9
R o n v a n d e r M e y d e n
1 0 . 1 I n t r o d u c t i o n 3 0 9
1 0 . 2 S o u r c e s o f I n d e n i t e n e s s 3 1 1
1 0 . 3 A S e m a n t i c F r a m e w o r k f o r I n c o m p l e t e D a t a b a s e s 3 1 3
1 0 . 3 . 1 T h e R e l a t i o n a l M o d e l 3 1 4
1 0 . 3 . 2 I n c o m p l e t e D a t a b a s e S e m a n t i c s 3 1 6
1 0 . 3 . 3 N o t i o n s o f Q u e r y A n s w e r 3 1 8
1 0 . 4 A l g e b r a i c M o d e l s o f N u l l s 3 2 0
1 0 . 5 L o g i c a l D a t a b a s e s 3 2 4
1 0 . 6 C o m p l e x i t y o f Q u e r i e s 3 2 8
1 0 . 7 N e g a t i v e I n f o r m a t i o n 3 3 3
1 0 . 8 I n t e g r i t y C o n s t r a i n t s 3 3 6
1 0 . 9 U p d a t e s o f I n c o m p l e t e D a t a b a s e s 3 3 8
1 0 . 1 0 O t h e r I s s u e s 3 4 1
1 0 . 1 0 . 1 I n a p p l i c a b l e A t t r i b u t e s 3 4 1
1 0 . 1 0 . 2 C o n s t r a i n t s 3 4 1
1 0 . 1 0 . 3 O b j e c t O r i e n t e d D a t a b a s e s 3 4 2
1 0 . 1 0 . 4 D e s i g n o f i n d e n i t e d a t a b a s e s 3 4 3
1 0 . 1 0 . 5 D e a l i n g w i t h Q u e r y C o m p l e x i t y 3 4 3
1 0 . 1 0 . 6 M o d a l a n d N o n - s t a n d a r d L o g i c s 3 4 4
1 0 . 1 1 I n c o m p l e t e I n f o r m a t i o n i n C u r r e n t T e c h n o l o g y 3 4 5
R e f e r e n c e s 3 4 7
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7/50
x L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
1 1
D e c l a r a t i v e F r a m e w o r k s f o r I n h e r i t a n c e 3 5 9
L a k s V . S . L a k s h m a n a n a n d K r i s h n a p r a s a d T h i r u n a r a y a n
1 1 . 1 I n t r o d u c t i o n 3 5 9
1 1 . 2 M o t i v a t i o n f o r I n h e r i t a n c e 3 6 3
1 1 . 2 . 1 T h e A I P e r s p e c t i v e 3 6 3
1 1 . 2 . 2 T h e O O P e r s p e c t i v e 3 6 4
1 1 . 3 M a i n I s s u e s a n d P r o b l e m s 3 6 5
1 1 . 4 L o g i c - b a s e d A p p r o a c h e s t o I n h e r i t a n c e 3 6 9
1 1 . 4 . 1 W h a t c a n a L o g i c D o f o r I n h e r i t a n c e ? 3 6 9
1 1 . 4 . 2 O v e r v i e w o f L o g i c s f o r I n h e r i t a n c e 3 6 9
1 1 . 4 . 3 O v e r v i e w o f O R L o g 3 7 2
1 1 . 4 . 4 O v e r v i e w o f I n h e r i t a n c e T h e o r i e s f o r K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n 3 7 4
1 1 . 5 R e s e a r c h D i r e c t i o n s 3 8 4
R e f e r e n c e s 3 8 7
1 2
O n L o g i c a l F o u n d a t i o n s o f A c t i v e D a t a b a s e s 3 9 1
G e o r g L a u s e n a n d B e r t r a m L u d a s c h e r a n d W o l f g a n g M a y
1 2 . 1 I n t r o d u c t i o n 3 9 2
1 2 . 2 B a s i c s o f A c t i v e R u l e s 3 9 2
1 2 . 2 . 1 T e r m i n o l o g y 3 9 2
1 2 . 2 . 2 F u n d a m e n t a l P r o p e r t i e s 3 9 5
1 2 . 3 R e s e a r c h o n F o u n d a t i o n s o f A c t i v e R u l e s 3 9 5
1 2 . 3 . 1 P r o d u c t i o n R u l e s 3 9 6
1 2 . 3 . 2 D e c l a r a t i v e R u l e s 3 9 7
1 2 . 3 . 3 E x t e n d i n g D e c l a r a t i v e R u l e s b y S t a t e s 3 9 8
1 2 . 3 . 4 F u r t h e r W o r k 3 9 8
1 2 . 3 . 5 B i b l i o g r a p h i c N o t e s 4 0 0
1 2 . 4 A D e d u c t i v e S t a t e - O r i e n t e d C o r e L a n g u a g e 4 0 1
1 2 . 4 . 1 B a s i c E x e c u t i o n M o d e l 4 0 2
1 2 . 4 . 2 S y n t a x 4 0 3
1 2 . 4 . 3 S e m a n t i c s 4 0 4
1 2 . 4 . 4 T r a n s i t i o n s , T e r m i n a t i o n a n d T r a n s a c t i o n s 4 0 6
1 2 . 4 . 5 C o m p i l e - T i m e v s . R u n - T i m e P r o p e r t i e s 4 0 7
1 2 . 5 A F r a m e w o r k f o r A c t i v e R u l e s 4 0 9
1 2 . 5 . 1 S i g n a t u r e 4 0 9
1 2 . 5 . 2 U s e r - D e n e d v s . S y s t e m - D e n e d R u l e s 4 1 0
1 2 . 5 . 3 E n f o r c i n g T e r m i n a t i o n 4 1 3
1 2 . 5 . 4 E x p r e s s i v e P o w e r a n d N o r m a l F o r m s 4 1 4
1 2 . 6 C o n c l u s i o n 4 1 6
R e f e r e n c e s 4 1 8
I n d e x 4 2 5
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
8/50
L I S T O F C O N T R I B U T O R S x i
C o n t r i b u t o r s
A n t h o n y B o n n e r
U n i v e r s i t y o f T o r o n t o
D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e
1 0 K i n g ' s C o l l e g e R o a d
T o r o n t o , O N
C a n a d a M 5 S 3 G 4
e - m a i l : b o n n e r @ c s . t o r o n t o . e d u
C a r l o s C a l e i r o
D e p a r t m e n t o f M a t h e m a t i c s
I n s t i t u t o S u p e r i o r T e c n i c o
A v . R o v i s c o P a i s
1 0 9 6 L i s b o a
P o r t u g a l
e - m a i l : c c a l @ m a t h . i s t . u t l . p t
D i e g o C a l v a n e s e
D i p . d i I n f o r m a t i c a e S i s t e m i s t i c a
U n i v e r s i t a ` d i R o m a \ L a S a p i e n z a "
V i a S a l a r i a 1 1 3 , I - 0 0 1 9 8 R o m a , I t a l y
e - m a i l : c a l v a n e s e @ d i s . u n i r o m a 1 . i t
J a n C h o m i c k i
D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e
M o n m o u t h U n i v e r s i t y
W e s t L o n g B r a n c h , N J 0 7 7 6 4
U . S . A .
e - m a i l :
c h o m i c k i @ m o n c o l . m o n m o u t h . e d u
S t e f a n C o n r a d
U n i v e r s i t y o f M a g d e b u r g
C o m p u t e r S c i e n c e
P o s t f a c h 4 1 2 0
D - 3 9 0 1 6 M a g d e b u r g
G e r m a n y
e - m a i l : s . c o n r a d @ a c m . o r g
G r i t D e n k e r
A b t e i l u n g D a t e n b a n k e n
T e c h n i s c h e U n i v e r s i t a t B r a u n s c h w e i g
P o s t f a c h 3 3 2 9
D - 3 8 0 2 3 B r a u n s c h w e i g
G e r m a n y
e - m a i l : G . D e n k e r @ t u - b s . d e
F r a n k D i g n u m
T e c h n i c a l U n i v e r s i t y
F a c u l t y o f M a t h e m a t i c s a n d C o m -
p u t e r S c i e n c e
P . O . B o x 5 1 3
5 6 0 0 M B E i n d h o v e n
e - m a i l : d i g n u m @ w i n . t u e . n l
H a n s - D i e t e r E h r i c h
A b t e i l u n g D a t e n b a n k e n
T e c h n i s c h e U n i v e r s i t a t B r a u n s c h w e i g
P o s t f a c h 3 3 2 9
D - 3 8 0 2 3 B r a u n s c h w e i g
G e r m a n y
e - m a i l : H D . E h r i c h @ t u - b s . d e
P a r k e G o d f r e y
U . S . A r m y R e s e a r c h L a b o r a t o r y
2 8 0 0 P o w d e r M i l l R o a d
A d e l p h i , M a r y l a n d 2 0 7 8 3 - 1 1 9 7
U . S . A .
e - m a i l : g o d f r e y @ a r l . m i l
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
9/50
x i i L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
J o h n G r a n t
C o m p u t e r a n d I n f o r m a t i o n S c i e n c e s
D e p a r t m e n t
T o w s o n U n i v e r s i t y
T o w s o n , M D 2 1 2 5 2
U . S . A .
e - m a i l : j g r a n t @ t o w s o n . e d u
J a r e k G r y z
D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e
Y o r k U n i v e r s i t y
N o r t h Y o r k , O n t a r i o M 3 J 1 P 3
C a n a d a
e - m a i l : j a r e k @ c s . y o r k u . c a
M i c h a e l K i f e r
D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e
S U N Y a t S t o n y B r o o k
S t o n y B r o o k , N Y 1 1 7 9 4 - 4 4 0 0
U . S . A .
e - m a i l : k i f e r @ c s . s u n y s b . e d u
L a k s V . S . L a k s h m a n a n
C o n c o r d i a U n i v e r s i t y
D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e
1 4 0 0 D e M a i s o n n e u v e B o u l e v a r d W e s t
M o n t r e a l , Q u e b e c
C A N A D A H 3 G 1 M 8
e - m a i l : l a k s @ c s . c o n c o r d i a . c a
G e o r g L a u s e n
U n i v e r s i t a t F r e i b u r g
I n s t i t u t f u r I n f o r m a t i k
A m F l u g h a f e n 1 7
D - 7 9 1 1 0 F r e i b u r g
G e r m a n y
e - m a i l : l a u s e n @ i n f o r m a t i k .
u n i - f r e i b u r g . d e
M a u r i z i o L e n z e r i n i
D i p . d i I n f o r m a t i c a e S i s t e m i s t i c a
U n i v e r s i t a ` d i R o m a \ L a S a p i e n z a "
V i a S a l a r i a 1 1 3 , I - 0 0 1 9 8 R o m a , I t a l y
e - m a i l : l e n z e r i n i @ d i s . u n i r o m a 1 . i t
B e r t r a m L u d a s c h e r
U n i v e r s i t a t F r e i b u r g
I n s t i t u t f u r I n f o r m a t i k
A m F l u g h a f e n 1 7
D - 7 9 1 1 0 F r e i b u r g
G e r m a n y
e - m a i l : l u d a e s c h @ i n f o r m a t i k .
u n i - f r e i b u r g . d e
W o l f g a n g M a y
U n i v e r s i t a t F r e i b u r g
I n s t i t u t f u r I n f o r m a t i k
A m F l u g h a f e n 1 7
D - 7 9 1 1 0 F r e i b u r g
G e r m a n y
e - m a i l : m a y @ i n f o r m a t i k .
u n i - f r e i b u r g . d e
J o h n - J u l e s C h . M e y e r
U t r e c h t U n i v e r s i t y
D e p t o f C o m p u t e r S c i e n c e
P a d u a l a a n 1 4 , D e U i t h o f
P . O . B o x 8 0 0 8 9 , 3 5 0 8 T B U t r e c h t
T h e N e t h e r l a n d s
e - m a i l : j j @ c s . r u u . n l
J a c k M i n k e r
D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e a n d
U M I A C S
U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d
C o l l e g e P a r k , M D 2 0 7 4 2
U . S . A .
e - m a i l : m i n k e r @ c s . u m d . e d u
D a n i e l e N a r d i
D i p . d i I n f o r m a t i c a e S i s t e m i s t i c a
U n i v e r s i t a ` d i R o m a \ L a S a p i e n z a "
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
10/50
L I S T O F C O N T R I B U T O R S x i i i
V i a S a l a r i a 1 1 3 , I - 0 0 1 9 8 R o m a , I t a l y
e - m a i l : n a r d i @ d i s . u n i r o m a 1 . i t
J a i m e R a m o s
D e p a r t m e n t o f M a t h e m a t i c s
I n s t i t u t o S u p e r i o r T e c n i c o
A v . R o v i s c o P a i s
1 0 9 6 L i s b o a
P o r t u g a l
e - m a i l : j a b r @ m a t h . i s t . u t l . p t
G u n t e r S a a k e
U n i v e r s i t y o f M a g d e b u r g
C o m p u t e r S c i e n c e
P o s t f a c h 4 1 2 0
D - 3 9 0 1 6 M a g d e b u r g
G e r m a n y
e - m a i l :
s a a k e @ i t i . c s . u n i - m a g d e b u r g . d e
A m l c a r S e r n a d a s
D e p a r t m e n t o f M a t h e m a t i c s
I n s t i t u t o S u p e r i o r T e c n i c o
A v . R o v i s c o P a i s
1 0 9 6 L i s b o a
P o r t u g a l
e - m a i l : a c s @ m a t h . i s t . u t l . p t
C r i s t i n a S e r n a d a s
D e p a r t m e n t o f M a t h e m a t i c s
I n s t i t u t o S u p e r i o r T e c n i c o
A v . R o v i s c o P a i s
1 0 9 6 L i s b o a
P o r t u g a l
e - m a i l : c s s @ m a t h . i s t . u t l . p t
K r i s h n a p r a s a d T h i r u n a r a y a n
D e p t . o f C o m p u t e r S c i e n c e a n d E n g i -
n e e r i n g
W r i g h t S t a t e U n i v e r s i t y
D a y t o n , O H 4 5 4 3 5 .
U . S . A .
e - m a i l : t k p r a s a d @ c s . w r i g h t . e d u
D a v i d T o m a n
U n i v e r s i t y o f T o r o n t o
D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e
1 0 K i n g ' s C o l l e g e R o a d
T o r o n t o , O N
C a n a d a M 5 S 3 G 4
e - m a i l : d a v i d @ c s . t o r o n t o . e d u
R o n v a n d e r M e y d e n
C o m p u t i n g S c i e n c e s ,
U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , S y d n e y
A u s t r a l i a
e - m a i l : r o n @ s o c s . u t s . e d u . a u
R o e l W i e r i n g a
F r e e U n i v e r s i t y
F a c u l t y o f M a t h e m a t i c s a n d C o m p u t e r
S c i e n c e
D e B o e l e l a a n 1 0 8 1
1 0 8 1 H V A m s t e r d a m
T h e N e t h e r l a n d
e - m a i l : r o e l w @ c s . v u . n l
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
11/50
6L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G
C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
H a n s - D i e t e r E h r i c h ,
C a r l o s C a l e i r o ,
A m i l c a r S e r n a d a s ,
a n d G r i t D e n k e r
A b s t r a c t : T h i s c h a p t e r c o n c e n t r a t e s o n a c h a l l e n g i n g p r o b l e m o f i n f o r m a t i o n
s y s t e m s p e c i c a t i o n a n d d e s i g n , n a m e l y h o w t o c o p e o n a h i g h l e v e l o f a b s t r a c -
t i o n w i t h c o n c u r r e n t b e h a v i o u r a n d c o m m u n i c a t i o n a s i m p l i e d b y d i s t r i b u t i o n .
S i n c e d i s t r i b u t e d i n f o r m a t i o n s y s t e m s a r e r e a c t i v e a n d o p e n s y s t e m s m a i n t a i n -
i n g d a t a b a s e s a n d a p p l i c a t i o n s , i t i s c r u c i a l t o d e v e l o p h i g h - l e v e l s p e c i c a t i o n
t e c h n i q u e s t h a t c a n c o p e w i t h d a t a a n d p r o g r a m s a s w e l l a s w i t h c o n c u r r e n t
w o r k o w a n d c o m m u n i c a t i o n i s s u e s . T e c h n i q u e s f r o m c o n c e p t u a l m o d e l i n g ,
a b s t r a c t d a t a t y p e s , c o n c u r r e n t p r o c e s s e s a n d c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l s a r e r e l -
e v a n t a n d h a v e t o b e c o m b i n e d . I n t h e a p p r o a c h p r e s e n t e d h e r e , t e m p o r a l l o g i c
i s u s e d f o r s p e c i f y i n g s e q u e n t i a l o b j e c t b e h a v i o u r , a n d c o m m u n i c a t i o n f a c i l i t i e s
a r e a d d e d f o r s p e c i f y i n g i n t e r a c t i o n b e t w e e n c o n c u r r e n t o b j e c t s . W e s t u d y t w o
d i s t r i b u t e d t e m p o r a l l o g i c s d e a l i n g w i t h c o m m u n i c a t i o n i n t w o d i e r e n t w a y s .
D
0
a d d s b a s i c s t a t e m e n t s t h a t c a n o n l y e x p r e s s s y n c h r o n o u s \ c a l l i n g " o f p r e d -
i c a t e s , w h i l e D
1
a d d s m u c h r i c h e r f a c i l i t i e s f o r m a k i n g l o c a l s t a t e m e n t s a b o u t
o t h e r o b j e c t s i n t h e i r r e s p e c t i v e l o c a l l o g i c s . D
0
i s m o r e o p e r a t i o n a l a n d c a n b e
a n i m a t e d o r i m p l e m e n t e d m o r e e a s i l y , w h i l e D
1
i s i n t u i t i v e l y m o r e a p p e a l i n g
1 6 7
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
12/50
1 6 8 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
a n d c o n v e n i e n t f o r m o d e l i n g a n d s p e c i c a t i o n . W e d e m o n s t r a t e b y e x a m p l e
h o w D
1
c a n b e e e c t i v e l y r e d u c e d t o D
0
i n a s o u n d a n d c o m p l e t e w a y .
6 . 1 I N T R O D U C T I O N
I n t h e e a r l y p h a s e s o f i n f o r m a t i o n s y s t e m s d e v e l o p m e n t , i t i s e s s e n t i a l t o w o r k
o n a h i g h l e v e l o f a b s t r a c t i o n : c a r e f u l c o n c e p t u a l m o d e l i n g a n d s p e c i c a t i o n
t e c h n i q u e s h e l p m a k i n g t h e r i g h t d e s i g n d e c i s i o n s a n d a d a p t i n g t h e s y s t e m t o
c h a n g i n g n e e d s . T h e o b j e c t i v e i s t o g i v e t h e d e v e l o p e r t h e a b i l i t y t o p r e s c r i b e
t h e p r o p e r t i e s o f a s y s t e m , a n d t o p r e d i c t a n d c h e c k i t s b e h a v i o u r b y r e a s o n i n g ,
s i m u l a t i o n a n d a n i m a t i o n b a s e d o n s p e c i c a t i o n , a n d t o g i v e a s o u n d r e f e r e n c e
b a s i s f o r t e s t i n g t h e i m p l e m e n t a t i o n .
T h i s c h a p t e r i s a b o u t h i g h - l e v e l s p e c i c a t i o n t e c h n i q u e s f o r d i s t r i b u t e d i n -
f o r m a t i o n s y s t e m s , g i v i n g d u e a t t e n t i o n t o c o n c u r r e n c y a n d c o m m u n i c a t i o n
a m o n g s i t e s . W h i l e i m p l e m e n t a t i o n p l a t f o r m s l i k e C o r b a a r e e v o l v i n g t o f a c i l i -
t a t e i m p l e m e n t a t i o n , l i t t l e i s k n o w n a b o u t h o w t o s e t u p a n d s p e c i f y d i s t r i b u t e d
d a t a a n d b e h a v i o u r m o d e l s i n a m e a n i n g f u l w a y .
I n f o r m a t i o n s y s t e m s a r e r e a c t i v e s y s t e m s w i t h t h e c a p a b i l i t y o f m a i n t a i n -
i n g a n d u t i l i z i n g l a r g e a m o u n t s o f d a t a . A c r u c i a l p o i n t f o r s p e c i c a t i o n i s t o
c h o o s e t h e r i g h t l o g i c | o r f a m i l y o f l o g i c s . O u r a p p r o a c h c o m b i n e s i d e a s a n d
c o n c e p t s f r o m t h e o b j e c t - o r i e n t e d s y s t e m s v i e w , a n d f r o m t h e t r a d i t i o n s o f c o n -
c e p t u a l m o d e l i n g , b e h a v i o u r m o d e l i n g , a b s t r a c t d a t a t y p e t h e o r y , s p e c i c a t i o n
o f r e a c t i v e s y s t e m s , a n d c o n c u r r e n c y t h e o r y . I t i s b a s e d o n e x p e r i e n c e s w i t h
d e v e l o p i n g t h e O b l o g f a m i l y o f l a n g u a g e s a n d t h e i r s e m a n t i c f o u n d a t i o n s t h a t
s t a r t e d w i t h S S E 8 7 ] , i n p a r t i c u l a r t h e T r o l l a n d G n o m e o b j e c t s p e c i c a t i o n
l a n g u a g e s . R e f e r e n c e s a r e g i v e n i n s e c t i o n 6 . 7 , t o g e t h e r w i t h a n a c c o u n t o f
r e l a t e d w o r k .
T h e o u t l i n e o f t h e p a p e r i s a s f o l l o w s . I n s e c t i o n 6 . 2 , w e i n t r o d u c e b a s i c
c o n c e p t s a n d i d e a s b y m e a n s o f a n e x a m p l e . I n s e c t i o n 6 . 3 , w e g i v e a n a c c o u n t
o f t h e l o c a l p r o p o s i t i o n a l l o g i c L u s e d f o r s p e c i f y i n g s i n g l e o b j e c t s i n i s o l a t i o n .
I n s e c t i o n 6 . 4 , t w o d i s t r i b u t e d p r o p o s i t i o n a l l o g i c s a r e i n t r o d u c e d t h a t a d d
c o m m u n i c a t i o n f a c i l i t i e s t o L : D
0
a d d s b a s i c s t a t e m e n t s t h a t c a n o n l y e x p r e s s
s y n c h r o n o u s \ c a l l i n g " o f p r e d i c a t e s , w h i l e D
1
a d d s f a n c y f a c i l i t i e s f o r m a k i n g
l o c a l s t a t e m e n t s a b o u t o t h e r o b j e c t s i n t h e i r r e s p e c t i v e l o c a l l o g i c s . D
0
i s
m o r e o p e r a t i o n a l a n d c a n b e a n i m a t e d o r i m p l e m e n t e d m o r e e a s i l y , w h i l e D
1
i s i n t u i t i v e l y m o r e a p p e a l i n g a n d c o n v e n i e n t f o r m o d e l i n g a n d s p e c i c a t i o n . I n
s e c t i o n 6 . 5 , w e d e m o n s t r a t e b y e x a m p l e h o w D
1
c a n b e e e c t i v e l y r e d u c e d t o D
0
.
T h u s , D
1
d o e s n o t h a v e m o r e e x p r e s s i v e p o w e r t h a n D
0
, a n d D
1
s p e c i c a t i o n s
m a y b e a u t o m a t i c a l l y t r a n s l a t e d t o D
0
d e s c r i p t i o n s . I n s e c t i o n 6 . 6 , w e g i v e a n
e x t e n d e d e x a m p l e d r a w n f r o m a r e a l a p p l i c a t i o n t h a t s h o w s h o w c o n v e n i e n t i t
-
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L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S 1 6 9
i s t o u s e D
1
. H i n t s t o w o r k r e l a t e d t o o u r a p p r o a c h a r e c o m p i l e d i n s e c t i o n 6 . 7 .
T h e c h a p t e r c l o s e s w i t h c o n c l u d i n g r e m a r k s i n s e c t i o n 6 . 8 .
D
1
i s e s p e c i a l l y u s e f u l f o r m o d e l i n g o b j e c t b e h a v i o u r a n d w o r k o w i n v o l v -
i n g i n t e r - o b j e c t c o m m u n i c a t i o n i n d i s t r i b u t e d i n f o r m a t i o n s y s t e m s . D a t a
m o d e l i n g i s c a p t u r e d a s a n i n t e g r a l p a r t o f o b j e c t m o d e l i n g . O u r s p e c i c a t i o n
t e c h n i q u e s a r e a l s o u s e f u l f o r c o p i n g w i t h i n t e r o p e r a b i l i t y a m o n g h e t e r o g e n e o u s
i n f o r m a t i o n s y s t e m s , a n d f o r i n t e g r a t i n g l e g a c y s y s t e m s i n t o n e w p r o d u c t s . W e
d o n o t e n v i s a g e , h o w e v e r , t o u s e o u r l o g i c s f o r q u e r y i n g .
N o m e t h o d f o r u s i n g D
1
a n d D
0
i s d e s c r i b e d i n t h i s c h a p t e r , a n d n o t o o l s
e i t h e r f o r w o r k i n g w i t h t h e l o g i c s . W o r k i s i n p r o g r e s s f o r a n i m a t i n g a n d
a n a l y z i n g T r o l l s p e c i c a t i o n s t h a t a r e b a s e d o n D
0
. W e c o n c e i v e t o u s e D
1
f o r s p e c i f y i n g p r o p e r t i e s o f d i s t r i b u t e d i n f o r m a t i o n s y s t e m s , a n d t o v a l i d a t e t h e
d e s i g n p a r t l y b y r e a s o n i n g a b o u t t h e D
1
s p e c i c a t i o n , p a r t l y b y g e n e r a t i n g t e s t
c a s e s f o r v a l i d a t i n g t h e i m p l e m e n t a t i o n a g a i n s t t h e s p e c i c a t i o n , a n d p a r t l y b y
t r a n s l a t i o n t o D
0
a n d u s i n g D
0
- b a s e d t o o l s f o r a n i m a t i o n , r e a s o n i n g , m o d e l
c h e c k i n g , o r t e s t i n g . R e a s o n i n g m a y o f t e n b e d o n e b y h a n d i n a s e m a n t i c , i . e . ,
t r a d i t i o n a l m a t h e m a t i c a l w a y r a t h e r t h a n u s i n g p r o o f s y s t e m s . P r o o f s y s t e m s
m a y h a v e t h e i r v a l u e b u t t h i s i s n o t o u r c u r r e n t e m p h a s i s . T h e s a m e h o l d s f o r
a t t e m p t s t o g e n e r a t e i m p l e m e n t a t i o n s f r o m s p e c i c a t i o n s .
6 . 2 O V E R V I E W
I n s u c i e n t l y a b s t r a c t v i e w , a n i n f o r m a t i o n s y s t e m i s a c o l l e c t i o n o f o b j e c t s
o p e r a t i n g c o n c u r r e n t l y a n d i n t e r a c t i n g b y e x c h a n g i n g m e s s a g e s . A n o b j e c t i s
a n e n c a p s u l a t e d u n i t o f s t r u c t u r e a n d b e h a v i o u r . I t h a s a n i d e n t i t y w h i c h
p e r s i s t s t h r o u g h c h a n g e .
T h e o p e r a t i o n s o f a n o b j e c t a r e u s u a l l y c a l l e d m e t h o d s . I n t h e o b j e c t m o d e l
o f o b j e c t - o r i e n t e d p r o g r a m m i n g , a m e t h o d m a y c h a n g e s t a t e a n d d e l i v e r a
v a l u e . T h i s m o d e l a l s o u n d e r l i e s o b j e c t s p e c i c a t i o n l a n g u a g e s l i k e F o o p s
a n d E t o i l e ( c f . s e c t i o n 6 . 7 ) , a n d i t c o r r e s p o n d s w i t h t h e c o r e m o d e l o f O D M G
C a t 9 4 ] . T h e o b j e c t m o d e l o f s o m e o b j e c t - o r i e n t e d d a t a b a s e s i s m o r e r e s t r i c t e d ;
i t s e p a r a t e s s t a t e - c h a n g i n g p r o p e r m e t h o d s f r o m s i d e - e e c t f r e e r e a d m e t h o d s
c a l l e d a t t r i b u t e s ; t h e l a t t e r a p p e a r i n t h e e x t e n d e d m o d e l o f O D M G . T h i s
m o d e l a l s o u n d e r l i e s T r o l l , w e a d o p t i t h e r e .
W e i l l u s t r a t e t h e c o n c e p t b y m e a n s o f a n e x a m p l e , n a m e l y s t a t e v a r i a b l e s
i n t h e s e n s e o f i m p e r a t i v e p r o g r a m m i n g . F o r s p e c i c a t i o n , w e u s e a n a d - h o c
n o t a t i o n t h a t i s c l o s e i n s p i r i t t o T r o l l a n d G n o m e b u t u s e s t r a d i t i o n a l l o g i c
n o t a t i o n i n s t e a d o f a n y o f t h e i r c o n c r e t e s y n t a x .
E x a m p l e 1 H e r e i s t h e f o r m a l s p e c i c a t i o n o f a c l a s s V a r s ] o f s t a t e v a r i a b l e s
r e t a i n i n g v a l u e s o f d a t a s o r t s . L e t i b e s u c h a s t a t e v a r i a b l e . i h a s a n
a t t r i b u t e i . v a l o f s o r t s d e n o t i n g i t s c u r r e n t v a l u e . I t h a s a c t i o n s i . a l l o c f o r
-
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1 7 0 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
a l l o c a t i n g m e m o r y , i . e . , c r e a t i n g t h e v a r i a b l e , i . a s s i g n ( s ) f o r a s s i g n i n g v a l u e s
( i . e . , a n a c t i o n i . a s s i g n ( v ) f o r e v e r y v a l u e v o f s o r t s ) , a n d i . f r e e f o r g i v i n g
t h e v a r i a b l e b a c k t o f r e e s p a c e , i . e . , d e l e t i n g i t .
I n w h a t f o l l o w s , w e s p e c i f y t h e c l a s s o f s t a t e v a r i a b l e s , i . e . , a n u n n a m e d
g e n e r i c s t a t e v a r i a b l e w i t h a t t r i b u t e v a l a n d a c t i o n s a l l o c , a s s i g n ( s ) a n d
f r e e . I n t h e a x i o m s , w e u s e t h e u n t i l t e m p o r a l o p e r a t o r ' U
f o r e x p r e s s i n g
t h a t ' h o l d s f r o m n o w o n u n t i l h o l d s f o r t h e n e x t t i m e . I f a i s a n a c t i o n
s y m b o l , w e a l s o u s e a a s a p r e d i c a t e s y m b o l e x p r e s s i n g t h a t a c t i o n a h a s o c -
c u r r e d i n a r r i v i n g a t t h e c u r r e n t s t a t e . T h e n o t a t i o n
.
a m e a n s t h a t a c t i o n
a i s e n a b l e d , i . e . , m a y o c c u r i n a t r a n s i t i o n f r o m t h e c u r r e n t s t a t e . S o t h e
.
p r e d i c a t e h i g h l i g h t s t h e \ m e n u " o f a c t i o n s t h a t m a y b e c h o s e n t o p r o c e e d ;
.
a
i s a p r e c o n d i t i o n f o r a t o o c c u r . N o t e t h a t i n a s t a t e t r a n s i t i o n c a u s e d b y a c t i o n
a ,
.
a h o l d s b e f o r e a n d a h o l d s a f t e r t h e t r a n s i t i o n .
c l a s s V a r s ] ;
a t t r i b u t e v a l : s ;
a c t i o n s a l l o c ; a s s i g n ( s ) ; f r e e ;
a x i o m s v , w : s ;
a l l o c ) ( :
.
a l l o c
.
a s s i g n ( v )
.
f r e e ) U
f r e e ,
f r e e )
:
.
a l l o c
:
.
a s s i g n ( v )
:
.
f r e e ,
a s s i g n ( v ) ) v a l = v U
( a s s i g n ( w ) _ f r e e )
e n d
T h e a x i o m s s a y t h a t ( 1 ) a f t e r a l l o c a t i o n a n d b e f o r e d e l e t i o n , a n o t h e r a l -
l o c a t i o n i s d i s a b l e d b u t v a l u e a s s i g n m e n t a n d d e l e t i o n a r e e n a b l e d ; ( 2 ) a f t e r
d e l e t i o n , n o a c t i o n i s e n a b l e d ; ( 3 ) t h e v a l u e a f t e r a s s i g n m e n t i s r e t a i n e d u n t i l
t h e n e x t a s s i g n m e n t , o r u n t i l d e l e t i o n .
L e t I = f i ; j ; : : : g b e o b j e c t i d e n t i t i e s f o r n a m i n g s t a t e v a r i a b l e s . E a c h
i d e n t i t y i d e n o t e s a v a r i a b l e i n s t a n c e , w i t h a t t r i b u t e i . v a l a n d a c t i o n s i . a l l o c ,
i . a s s i g n ( s ) a n d i . f r e e . I t s b e h a v i o u r i s g i v e n b y t h e l o c a l s e t o f a x i o m s
o b t a i n e d f r o m t h e o n e s g i v e n a b o v e b y p r e x i n g b y i . t h e c o r r e s p o n d i n g o n e s o f
t h e i n s t a n c e . F o r i n s t a n c e , i : ( a s s i g n ( v ) ) v a l = v U
( a s s i g n ( w ) _ f r e e ) ) i s
t h e t h i r d l o c a l a x i o m o f v a r i a b l e i .
F o r d e m o n s t r a t i n g c o m m u n i c a t i o n , l e t i a n d j b e t w o i n t e g e r v a r i a b l e s . W e
w o u l d l i k e t o s p e c i f y t h a t , w h e n e v e r i i s a s s i g n e d s o m e v a l u e n , t h e n j i s
s i m u l t a n e o u s l y s e t t o 0 . S u c h a s i t u a t i o n a r i s e s , e . g . , w h e n c o u n t i n g s e c t i o n s
w i t h i n c h a p t e r s ; i n a n e w c h a p t e r , s e c t i o n c o u n t i n g s t a r t s f r o m t h e b e g i n n i n g .
o b j e c t s y s t e m C o m m u n i c a t i n g V a r i a b l e s ;
o b j e c t s i , j : V a r i n t ] ;
a x i o m s n : i n t ;
i . ( a s s i g n ( n ) ) j . a s s i g n ( 0 ) )
-
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L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S 1 7 1
e n d .
T h e a x i o m i s a l o c a l c o n d i t i o n f o r i , i t i s a n i n s t a n c e o f a c t i o n c a l l i n g t h a t i s
t h e b a s i c c o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s m i n T r o l l a n d o t h e r a p p r o a c h e s . I n s e c t i o n
6 . 4 , w e f o r m a l i z e t h i s i d e a i n t h e l o g i c D
0
.
N o w c o n s i d e r t h e f o l l o w i n g c o m m u n i c a t i o n . W e w o u l d l i k e t o e x p r e s s t h a t , i f
i ' s v a l u e i s c h a n g e d , t h e n j i s s e t t o 0 s o m e t i m e l a t e r . U s i n g t h e a c t i o n - c a l l i n g
l o g i c i n d i c a t e d a b o v e , w e h a v e t o i n t r o d u c e n e w c o m m u n i c a t i o n a c t i o n s , s a y
s e n d a n d r e c e i v e . T h e s y s t e m c o m m u n i c a t i o n a x i o m t h e n r e a d s
i : ( s e n d ) j : r e c e i v e ) :
I n t h e c l a s s a x i o m s , w e h a v e t o r e l a t e t h e s e n d a n d r e c e i v e a c t i o n s t o
v a l u e a s s i g n m e n t . W e d i s c u s s t h r e e p o s s i b i l i t i e s t o m a k e t h e a b o v e i d e a p r e -
c i s e , d e p e n d i n g o n w h e n c o m m u n i c a t i o n s h o u l d t a k e p l a c e . F i s t h e t e m p o r a l
s o m e t i m e i n t h e f u t u r e o p e r a t o r .
1 a s s i g n ( n ) ) s e n d , r e c e i v e ) F a s s i g n ( 0 )
2 a s s i g n ( n ) ) F s e n d , r e c e i v e ) a s s i g n ( 0 )
3 a s s i g n ( n ) ) F s e n d , r e c e i v e ) F a s s i g n ( 0 )
I n t h e r s t s o l u t i o n , c o m m u n i c a t i o n t a k e s p l a c e i m m e d i a t e l y w h e n t h e n e w
v a l u e i s a s s i g n e d t o i ; s o m e t i m e l a t e r , 0 i s a s s i g n e d t o j . I n t h e s e c o n d s o l u t i o n ,
c o m m u n i c a t i o n t a k e s p l a c e s o m e t i m e a f t e r t h e n e w v a l u e i s a s s i g n e d t o i ;
i m m e d i a t e l y a t c o m m u n i c a t i o n t i m e , 0 i s a s s i g n e d t o j . I n t h e t h i r d s o l u t i o n ,
c o m m u n i c a t i o n t a k e s p l a c e s o m e t i m e a f t e r t h e n e w v a l u e i s a s s i g n e d t o i ; s o m e
t i m e l a t e r , 0 i s a s s i g n e d t o j . O f c o u r s e , t h e l a s t v e r s i o n c o v e r s t h e o t h e r t w o .
I n e i t h e r c a s e , c o m m u n i c a t i o n i s s y n c h r o n o u s .
I n t h e f a n c i e r l o g i c D
1
t o b e d e s c r i b e d i n s e c t i o n 6 . 4 , t h e s i t u a t i o n m a y b e
d e s c r i b e d w i t h o u t i n t r o d u c i n g e x t r a c o m m u n i c a t i o n a c t i o n s s e n d a n d r e c e i v e ,
a n d w i t h o n l y o n e a x i o m f o r r e p l a c i n g t w o o f t h e a b o v e .
1 i : ( a s s i g n ( n ) ) j : F a s s i g n ( 0 ) )
2 i : ( a s s i g n ( n ) ) F j : a s s i g n ( 0 ) )
3 i : ( a s s i g n ( n ) ) F j : F a s s i g n ( 0 ) )
D
1
i s a b l e t o t a l k a b o u t c o m m u n i c a t i o n i n a n i m p l i c i t w a y , w i t h o u t h a v i n g
t o r e c u r t o e x p l i c i t c o m m u n i c a t i o n a c t i o n s . I n s e c t i o n 6 . 5 , w e s h o w t h a t D
1
c a n b e e e c t i v e l y r e d u c e d t o D
0
; e x p l i c i t c o m m u n i c a t i o n a c t i o n s a r e i n t r o d u c e d
s y s t e m a t i c a l l y i n t h e r e d u c t i o n p r o c e s s f r o m D
1
t o D
0
. T h i s i s u s e f u l f o r t r a n s -
l a t i n g D
1
s p e c i c a t i o n s t o m o r e o p e r a t i o n a l D
0
s p e c i c a t i o n s f o r w h i c h a n a l y s i s
a n d a n i m a t i o n t o o l s a r e e a s i e r t o i m p l e m e n t .
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
16/50
1 7 2 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
N o t e t h a t a l l c o m m u n i c a t i o n s m e n t i o n e d s o f a r a r e s y n c h r o n o u s . A s y n -
c h r o n o u s c o m m u n i c a t i o n m a y b e m o d e l e d b y l e t t i n g a m e s s a g e b e a n o b j e c t
t h a t s y n c h r o n i z e s w i t h t h e s e n d e r w h e n s e n t , a n d w i t h t h e r e c e i v e r w h e n r e -
c e i v e d . I t i s a l s o p o s s i b l e t o m a k e a s y n c h r o n o u s c o m m u n i c a t i o n a p r i m i t i v e
c o n c e p t a n d t r e a t s y n c h r o n o u s c o m m u n i c a t i o n a s a s p e c i a l c a s e .
6 . 3 L O C A L L O G I C L
T h e s y n t a x o f a n o b j e c t s p e c i c a t i o n i s g i v e n b y i t s a t t r i b u t e a n d a c t i o n s y m -
b o l s , g i v i n g r i s e t o s t a t e p r e d i c a t e s s a y i n g w h i c h a t t r i b u t e s h a v e w h i c h v a l u e s ,
w h i c h a c t i o n s h a v e o c c u r r e d , w h i c h a c t i o n s a r e e n a b l e d , e t c . W e a b s t r a c t f r o m
d e t a i l s a n d a s s u m e t h a t s o m e s e t o f s t a t e p r e d i c a t e s i s g i v e n .
D e n i t i o n 2 A n o b j e c t s i g n a t u r e P i s a d e n u m e r a b l e s e t w h o s e e l e m e n t s a r e
c a l l e d s t a t e p r e d i c a t e s . A n o b j e c t s p e c i c a t i o n O s p e c = ( P ; ) c o n s i s t s o f a n
o b j e c t s i g n a t u r e P a n d a s e t o f f o r m u l a e c a l l e d b e h a v i o u r a x i o m s .
F o r t h e b e h a v i o u r a x i o m s , w e m a y c h o o s e a m o n g a w i d e v a r i e t y o f o b j e c t
l o g i c s . O u r c h o i c e i s a p r o p o s i t i o n a l t e m p o r a l l o g i c t h a t g o e s a l i t t l e b e y o n d
l i n e a r t i m e a n d o e r s a w e a k k i n d o f b r a n c h i n g e x p r e s s i v e n e s s v i a t h e m a y
o p e r a t o r M . M ' e x p r e s s e s t h a t ' m a y h o l d , i . e . , ' h o l d s i n s o m e s t a t e t h a t
m a y h a v e b e e n r e a c h e d f r o m t h e p r e v i o u s s t a t e , i n c l u d i n g t h e c u r r e n t o n e . S o
a f o r m u l a ' m a y o n l y h o l d i f M ' h o l d s , i . e . , w e a l w a y s h a v e ' ) M ' . T h e
M o p e r a t o r i s u s e f u l , a m o n g o t h e r s , f o r d e n i n g a c t i o n e n a b l i n g , c f . e x a m p l e
1 : a n a c t i o n i s e n a b l e d i i t m a y h a v e h a p p e n e d i n t h e n e x t s t a t e , f o r m a l l y
.
a , X M a , w h e r e X i s t h e t e m p o r a l n e x t o p e r a t o r .
F o r t h e s a k e o f c o n c i s e n e s s , w e c o n c e n t r a t e o n f u t u r e - d i r e c t e d t e m p o r a l o p -
e r a t o r s . T h e c o r r e s p o n d i n g p a s t - d i r e c t e d o n e s o e r m o r e s p e c i c a t i o n c o n v e -
n i e n c e b u t d o n o t i n c r e a s e s p e c i c a t i o n p o w e r L S 9 5 ] .
D e n i t i o n 3 T h e s y n t a x o f L i s g i v e n b y
L : : = P j f a l s e j ( L ) L ) j ( L U L ) j ( M L )
T h e p r e d i c a t e s i n P a r e e x i b l e , i . e . , w e i n t e n d t o g i v e t h e m t i m e - d e p e n d e n t
m e a n i n g s . T h e o t h e r s y m b o l s a r e r i g i d , i . e . , w e i n t e n d t o g i v e t h e m t i m e - i n d e -
p e n d e n t m e a n i n g s .
f a l s e i s t h e u s u a l l o g i c a l c o n s t a n t , ) d e n o t e s l o g i c a l i m p l i c a t i o n , U i s t h e
u n t i l t e m p o r a l o p e r a t o r , a n d M i s t h e m a y t e m p o r a l o p e r a t o r . ' U m e a n s
t h a t ' w i l l a l w a y s b e t r u e f r o m t h e n e x t m o m e n t o n u n t i l b e c o m e s t r u e
f o r t h e n e x t t i m e ; ' n e e d n o t b e t r u e a n y m o r e a s s o o n a s h o l d s ; m u s t
e v e n t u a l l y b e c o m e t r u e . M ' m e a n s t h a t ' m a y b e t r u e i n t h e s e n s e t h a t i t i s
-
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17/50
L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S 1 7 3
t r u e i n t h e c u r r e n t s t a t e o r a n a l t e r n a t i v e s t a t e t h a t m i g h t h a v e b e e n e n t e r e d
f r o m t h e p r e v i o u s s t a t e .
A s u s u a l , w e i n t r o d u c e d e r i v e d c o n n e c t i v e s , e . g . ,
:
' f o r ' ) f a l s e , t r u e
f o r
:
f a l s e , ' _ f o r
:
' ) , e t c . W e a l s o m a k e u s e o f d e r i v e d t e m p o -
r a l o p e r a t o r s l i k e X ' f o r f a l s e U ' e x p r e s s i n g n e x t , F ' f o r ' _ t r u e U '
e x p r e s s i n g s o m e t i m e , G ' f o r
:
( F (
:
' ) ) e x p r e s s i n g a l w a y s , a n d ' U
f o r
' ' U e x p r e s s i n g f r o m n o w o n : : : u n t i l : : : A s s u g g e s t e d b y a c t i o n e n -
a b l i n g , w e m a y i n t r o d u c e a g e n e r a l f o r m o f f o r m u l a e n a b l i n g b y d e n i n g t h a t
.
' h o l d s i X M ' h o l d s .
F u r t h e r m o r e , w e a p p l y t h e u s u a l r u l e s f o r o m i t t i n g b r a c k e t s .
F o r i n t e r p r e t i n g L , w e n e e d a m o d e l o f s e q u e n t i a l c o m p u t a t i o n t h a t s m o o t h l y
e x t e n d s t o a f u l l m o d e l o f c o n c u r r e n c y . O u r c h o i c e i s b a s e d o n t h e s i m p l e f a c t
t h a t t h e e x e c u t i o n o f a n o b j e c t ' s s e q u e n t i a l p r o g r a m l e a d s t o a n i t e o r i n n i t e
s e q u e n c e o f e v e n t s . E v e n t s a r e o c c u r r e n c e s o f a c t i o n s t h a t c h a n g e t h e o b j e c t ' s
s t a t e . A t e a c h s t a t e , t h e e x e c u t i o n m a y p r o c e e d i n s e v e r a l w a y s . S o t h e s e t o f
a l l p o s s i b l e e x e c u t i o n s h a s a n a t u r a l b r a n c h i n g o r t r e e s t r u c t u r e . A l l o w i n g f o r
s e v e r a l s t a r t s t a t e s , w e a r r i v e a t a s e t o f t r e e s : a f o r e s t o r g r o v e . T h e n o d e s a r e
e v e n t s , a n d t h e e d g e s r e p r e s e n t s e q u e n c i n g : e
1
! e
2
m e a n s t h a t e v e n t e
1
o c c u r s
i m m e d i a t e l y b e f o r e e v e n t e
2
. A n o t h e r w a y t o p u t i t i s t h a t e
1
i s a p r e c o n d i t i o n
f o r e
2
. T h e m o d e l w e e n v i s a g e m a y b e d e s c r i b e d a s a n u n f o l d e d s t a t e t r a n s i t i o n
s y s t e m .
L e t E v b e a s e t o f e l e m e n t s c a l l e d e v e n t s , a n d l e t ! b e a b i n a r y r e l a t i o n o n
E v .
D e n i t i o n 4 A n e v e n t g r o v e i s a n a c y c l i c g r a p h G = ( E v ; ! ) s u c h t h a t , f o r
a l l e v e n t s e
1
; e
2
2 E v , i f t h e r e i s a n e v e n t e
3
2 E v s u c h t h a t e
1
!
e
3
a n d
e
2
!
e
3
, t h e n e
1
!
e
2
o r e
2
!
e
1
.
A t r a c e i n G i s a b a c k w a r d - c l o s e d t o t a l l y o r d e r e d s e t T E v i . e . , e 2 T a n d
e
0
! e i m p l y e
0
2 T . T h e s e t o f t r a c e s i n G i s d e n o t e d b y T ( G ) .
A l i f e c y c l e i n G i s a m a x i m a l t r a c e i n G i n t h e s e n s e t h a t i t i s n o t p r o p e r l y
c o n t a i n e d i n a n o t h e r t r a c e . T h e s e t o f l i f e c y c l e s i n G i s d e n o t e d b y L ( G ) .
A s a g r a p h , a n e v e n t g r o v e i s a s e t o f r o o t e d t r e e s . A t r a c e i s a l i n e a r p a t h
s t a r t i n g f r o m a r o o t . A l i f e c y c l e i s a t r a c e t h a t i s i n n i t e o r e n d s a t a l e a f .
T r a c e s a r e p r e x e s o f l i f e c y c l e s .
F o r t h o s e w h o a r e f a m i l i a r w i t h e v e n t s t r u c t u r e s a s a m o d e l o f c o n c u r r e n c y
W i n 8 7 ; W N 9 5 ] , w e n o t e t h a t a n e v e n t g r o v e G = ( E v ; ! ) d e t e r m i n e s a p r i m e
e v e n t s t r u c t u r e E ( G ) = ( E v ; !
; # ) i n a c a n o n i c a l w a y : c a u s a l i t y i s g i v e n b y
t h e r e e x i v e a n d t r a n s i t i v e c l o s u r e !
o f ! , a n d a l l c a u s a l l y u n r e l a t e d e v e n t s
a r e i n c o n i c t . T h u s , t h e c o n c u r r e n c y r e l a t i o n i s e m p t y | w h i c h i s e q u i v a l e n t
t o s a y i n g t h a t E ( G ) i s s e q u e n t i a l .
-
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18/50
1 7 4 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
E v e n t g r o v e s m a y a l s o b e s e e n a s K r i p k e s t r u c t u r e s , t h e s t a n d a r d i n t e r p r e -
t a t i o n s t r u c t u r e s f o r m o d a l l o g i c s . I f G = ( E v ; ! ) i s a n e v e n t g r o v e , t h e n
E v i s t h e s e t o f p o s s i b l e w o r l d s , ! i s a n a c c e s s i b i l i t y r e l a t i o n c o r r e s p o n d i n g
t o n e x t , a n d t h e r e e x i v e a n d t r a n s i t i v e c l o s u r e !
i s a n a c c e s s i b i l i t y r e l a t i o n
c o r r e s p o n d i n g t o e v e n t u a l l y .
I n o r d e r t o p r o v i d e f o r i n t e r p r e t a t i o n s t r u c t u r e s , e a c h e v e n t i s l a b e l l e d b y a n
o b j e c t s t a t e r e p r e s e n t e d b y t h e s e t o f p r o p o s i t i o n s t h a t h o l d t r u e a t t h a t s t a t e .
D e n i t i o n 5 L e t G = ( E v ; ! ) b e a n e v e n t g r o v e a n d P a n o b j e c t s i g n a t u r e .
A l a b e l l i n g f o r G i s a t o t a l f u n c t i o n : E v ! 2
P
.
O u r d e n o t a t i o n a l m o d e l s f o r o b j e c t s a n d o b j e c t c l a s s e s a r e l a b e l l e d e v e n t
g r o v e s . I n f a c t , a t t h i s l e v e l o f a b s t r a c t i o n , t h e r e i s n o d i e r e n c e b e t w e e n a n
o b j e c t i n s t a n c e a n d a n o b j e c t c l a s s : a n o b j e c t i s a n i s o m o r p h i c c o p y o f i t s
c l a s s . I n o r d e r t o e m p h a s i z e t h e a b s t r a c t v i e w , w e s p e a k o f o b j e c t b e h a v i o u r s
a s g e n e r a l i z a t i o n s o f o b j e c t s a n d c l a s s e s .
D e n i t i o n 6 A n o b j e c t b e h a v i o u r i s a l a b e l l e d e v e n t g r o v e , i . e . , a t r i p l e B =
( G ; ; P ) w h e r e G = ( E v ; ! ) i s a n e v e n t g r o v e , a n d : E v ! 2
P
i s a l a b e l l i n g
f o r G .
F o r m u l a e o f t h e l o c a l l o g i c L a r e i n t e r p r e t e d a t e v e n t s i n o b j e c t l i f e c y c l e s .
D e n i t i o n 7 L e t B = ( G ; ; P ) b e a n o b j e c t b e h a v i o u r a n d L 2 L ( G ) a l i f e
c y c l e i n G . L e t e 2 L b e a n e v e n t a n d p 2 P a s t a t e p r e d i c a t e .
T h e s a t i s f a c t i o n r e l a t i o n i s i n d u c t i v e l y d e n e d a s f o l l o w s .
B ; L ; e p i p 2 ( e ) ;
B ; L ; e f a l s e d o e s n o t h o l d ;
B ; L ; e ( ' ) ) i B ; L ; e ' i m p l i e s B ; L ; e ;
B ; L ; e ( ' U ) i t h e r e i s a f u t u r e e v e n t e
0
2 L , e !
+
e
0
,
w h e r e B ; L ; e
0
, a n d B ; L ; e
0 0
' f o r
e v e r y e v e n t e
0 0
2 L s u c h t h a t e !
+
e
0 0
!
+
e
0
;
B ; L ; e ( M ' ) i B ; L ; e ' o r t h e r e a r e a p r e v i o u s e v e n t e
0
2 L ,
e
0
! e , a l i f e c y c l e L
0
i n G s u c h t h a t e
0
2 L
0
,
a n d a s u c c e s s o r e v e n t e
0 0
2 L
0
, e
0
! e
0 0
,
w h e r e B ; L
0
; e
0 0
' .
N o t e t h a t t h e l a s t r u l e i s n o t r e d u n d a n t : M ' m u s t b e t r u e a t t h e b e g i n n i n g
o f a l i f e c y c l e i f ' i s t r u e t h e r e , o t h e r w i s e t h e i n t e n d e d t a u t o l o g y ' ) M '
w o u l d n o t h o l d t h e r e .
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
19/50
L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S 1 7 5
N o t e t h a t , g i v e n a n o b j e c t b e h a v i o u r B , a f o r m u l a ' m a y b e t r u e i n a l i f e
c y c l e L a t a n e v e n t e b u t m a y b e n o t t r u e i n a n o t h e r l i f e c y c l e L
0
a t t h e s a m e
e v e n t e .
B y t h e a b b r e v i a t i o n s i n t r o d u c e d a b o v e , w e m a y d e r i v e s a t i s f a c t i o n c o n d i t i o n s
f o r o t h e r c o n n e c t i v e s a n d t e m p o r a l o p e r a t o r s , e . g . ,
B ; L ; e ( X ' ) h o l d s i t h e r e i s a n e x t e v e n t e
0
2 L , e ! e
0
,
w h e r e B ; L ; e
0
' h o l d s .
A f o r m u l a ' i s s a i d t o b e v a l i d i n l i f e c y c l e L i n B , i n s y m b o l s B ; L ' , i
B ; L ; e ' h o l d s f o r a l l e v e n t s e i n L .
W e c a n n o t e l a b o r a t e o n t h e s e m a n t i c s o f o b j e c t s p e c i c a t i o n . R o u g h l y
s p e a k i n g , g i v e n a n o b j e c t s p e c i c a t i o n O s p e c = ( P ; ) a n d a n o b j e c t b e h a v i o u r
B = ( G ; ; P ) , t h e s e m a n t i c s o f O s p e c i s g i v e n b y t h e s u b s t r u c t u r e O s p e c ] ] B
c o n s i s t i n g o f a l l l i f e c y c l e s i n B i n w h i c h a l l a x i o m s i n a r e v a l i d . T h e q u e s t i o n
i s h o w t o d e n e a c a n o n i c a l o b j e c t b e h a v i o u r B f r o m t h e s p e c i c a t i o n . T h e
i n t e r e s t e d r e a d e r m a y n d s o m e h i n t s i n E S 9 5 ] .
6 . 4 D I S T R I B U T E D L O G I C S
A s y s t e m i s a c o l l e c t i o n o f i n t e r a c t i n g o b j e c t s . I n w h a t f o l l o w s , w e a s s u m e
t h a t w e h a v e a x e d n i t e s e t o f o b j e c t s , r e p r e s e n t e d b y t h e i r i d e n t i t i e s I =
f 1 ; : : : ; n g . I n o r d e r t o e m p h a s i z e d i s t r i b u t i o n o f o b j e c t s , t h e i d e n t i t i e s i n I a r e
a l s o c a l l e d l o c a l i t i e s . E a c h o b j e c t i 2 I h a s i t s o w n l o c a l l o g i c L
i
w i t h i t s o w n
l o c a l s e t o f s t a t e p r e d i c a t e s P
i
.
D e n i t i o n 8 A s y s t e m s i g n a t u r e i s a p a i r P = ( I ; P ) s u c h t h a t P =
f P
1
; : : : ; P
n
g i s a n I - i n d e x e d f a m i l y o f s e t s o f l o c a l s t a t e p r e d i c a t e s . A s y s -
t e m s p e c i c a t i o n S s p e c = ( P ; ) c o n s i s t s o f a s y s t e m s i g n a t u r e P a n d a s e t o f
f o r m u l a e i n a d i s t r i b u t e d l o g i c .
I n t h i s s e c t i o n , w e i n t r o d u c e t w o d i s t r i b u t e d l o g i c s , D
0
o e r i n g o n l y p o o r
c o m m u n i c a t i o n f a c i l i t i e s b u t b e i n g o p e r a t i o n a l , a n d D
1
o e r i n g f a n c y f a c i l i t i e s
f o r e x p r e s s i n g c o m m u n i c a t i o n i n a n i m p l i c i t w a y . B o t h l o g i c s a r e p r o p o s i t i o n a l .
F o r i n t e r p r e t i n g b o t h l o g i c s , d i s t r i b u t e d e v e n t g r o v e s p r o v i d e s u i t a b l e s t r u c -
t u r e s . I n f o r m a l l y s p e a k i n g , a d i s t r i b u t e d e v e n t g r o v e i s a f a m i l y o f e v e n t g r o v e s
t h a t m a y s h a r e e v e n t s , i . e . , t h e l o c a l e v e n t s e t s n e e d n o t b e d i s j o i n t . T h i s i s
o u r d e n o t a t i o n a l s y s t e m m o d e l .
D e n i t i o n 9 L e t I a n d E v b e g i v e n s e t s o f i d e n t i t i e s a n d ( g l o b a l ) e v e n t s ,
r e s p e c t i v e l y . A d i s t r i b u t e d e v e n t g r o v e o v e r I i s a n I - i n d e x e d f a m i l y G =
f G
1
; : : : ; G
n
g w h e r e G
i
= ( E v
i
; !
i
) i s a n e v e n t g r o v e , a n d E v
i
E v f o r
e v e r y i 2 I .
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
20/50
1 7 6 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
F o r r e a d e r s f a m i l i a r w i t h e v e n t s t r u c t u r e s W i n 8 7 ; W N 9 5 ] , w e n o t e t h a t a
d i s t r i b u t e d e v e n t g r o v e m a y b e c o n s i d e r e d a s a p r e s e n t a t i o n o f a p r i m e e v e n t
s t r u c t u r e E ( G ) = ( E v ; !
; # ) w h e r e E v =
S
i 2 I
E v
i
, !
i s t h e r e e x i v e
a n d t r a n s i t i v e c l o s u r e o f ! =
S
i 2 I
!
i
, a n d c o n i c t i s g i v e n b y # =
S
i 2 I
#
i
w h e r e #
i
i s t h e c o n i c t r e l a t i o n a t l o c a l i t y i . T h u s , a n y t w o e v e n t s a t d i e r e n t
l o c a l i t i e s t h a t a r e n o t i n c a u s a l r e l a t i o n s h i p a r e c o n c u r r e n t . N o t e t h a t E ( G )
i s i n g e n e r a l n o t s e q u e n t i a l b u t t r u l y c o n c u r r e n t . I n f a c t , a n y l a b e l l e d p r i m e
e v e n t s t r u c t u r e c a n b e p r e s e n t e d a s a d i s t r i b u t e d e v e n t g r o v e .
D e n i t i o n 1 0 L e t G = f G
1
; : : : ; G
n
g b e a d i s t r i b u t e d e v e n t g r o v e o v e r I .
A d i s t r i b u t e d t r a c e i n G i s a s e t T E v s u c h t h a t T
i
= f e 2 T j e 2 E v
i
g i s
a t r a c e i n G
i
f o r e v e r y i 2 I .
A d i s t r i b u t e d l i f e c y c l e i n G i s a s e t L E v s u c h t h a t L
i
= f e 2 L j e 2 E v
i
g
i s a l i f e c y c l e i n G
i
f o r e v e r y i 2 I .
I n t u i t i v e l y , a d i s t r i b u t e d t r a c e i s a w e b o f l o c a l t r a c e s g l u e d t o g e t h e r a t
i n t e r a c t i o n e v e n t s . T h e s a m e h o l d s f o r d i s t r i b u t e d l i f e c y c l e s . A d i s t r i b u t e d
l i f e c y c l e i s a m a x i m a l d i s t r i b u t e d t r a c e i n t h e s e n s e t h a t i t i s n o t p r o p e r l y
c o n t a i n e d i n a n o t h e r d i s t r i b u t e d t r a c e .
O u r d e n o t a t i o n a l m o d e l f o r a n o b j e c t s y s t e m i s a l a b e l l e d d i s t r i b u t e d e v e n t
g r o v e c a l l e d s y s t e m b e h a v i o u r .
D e n i t i o n 1 1 A s y s t e m b e h a v i o u r o v e r P i s a t r i p l e B = ( G ; ; P ) w h e r e
G = f G
1
; : : : ; G
n
g i s a d i s t r i b u t e d e v e n t g r o v e o v e r I , a n d = f
1
; : : : ;
n
g
i s a n I - i n d e x e d f a m i l y o f l a b e l l i n g s s u c h t h a t B
i
= ( G
i
;
i
; P
i
) i s a n o b j e c t
b e h a v i o u r f o r e v e r y i 2 I .
N o t e t h a t s h a r e d e v e n t s h a v e s e v e r a l l a b e l s , o n e f o r e a c h o b j e c t s h a r i n g t h e
e v e n t .
I n t e r p r e t a t i o n s t r u c t u r e s f o r b o t h D
0
a n d D
1
a r e p a i r s ( B ; L ) w h e r e B =
( G ; ; P ) i s a s y s t e m b e h a v i o u r a n d L 2 L ( G ) i s a d i s t r i b u t e d l i f e c y c l e i n G .
D i s t r i b u t e d l o g i c D
0
L e t P = ( I ; P ) b e a s y s t e m s i g n a t u r e , P = f P
1
; : : : ; P
n
g . I n e a c h o f t h e l o c a l
s e t s o f s t a t e p r e d i c a t e s P
i
, w e d i s t i n g u i s h a s u b s e t C
i
P
i
o f c o m m u n i c a t i o n
p r e d i c a t e s . T h e i n t u i t i v e m e a n i n g i s t h a t c o m m u n i c a t i o n p r e d i c a t e s a r e \ v i s i b l e
b y o t h e r o b j e c t s " . F o r i n s t a n c e , i n t h e T r o l l a n d G n o m e l a n g u a g e s , a n a c t i o n
o c c u r r e n c e m a y h a v e a g l o b a l e e c t b y c a l l i n g a n a c t i o n i n a n o t h e r o b j e c t ,
w h e r e a s a c t i o n e n a b l i n g s a n d v a l u e s o f a t t r i b u t e s a r e n o t s e e n b y o t h e r o b j e c t s .
D e n i t i o n 1 2 T h e s y n t a x o f D
0
i s g i v e n b y
D
0
: : = D
1
0
j : : : j D
n
0
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
21/50
L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S 1 7 7
F o r e a c h o b j e c t i 2 I , w e h a v e
D
i
0
: : = i : L
i
0
j i : C C
i
0
L
i
0
: : = @ I j P
i
j f a l s e j ( L
i
0
) L
i
0
) j ( L
i
0
U L
i
0
) j ( M L
i
0
)
C C
i
0
: : = ( C
i
) 1 : C
1
) j : : : j ( C
i
) n : C
n
)
D
i
0
i s t h e l o g i c a t l o c a l i t y i w i t h c a l l i n g s t o o t h e r l o c a l i t i e s . T h i s i s t h e
o p e r a t i o n a l d i s t r i b u t e d l o g i c u n d e r l y i n g T r o l l 3 : l o c a l a x i o m s a r e l a b e l l e d b y
l o c a l i t i e s , a n d t h e o n l y f o r m u l a e a c r o s s l o c a l i t i e s a r e a c t i o n c a l l i n g s .
T h e p r e d i c a t e s @ I i n t h e l o c a l l o g i c s n e e d e x p l a n a t i o n . T h e i n t u i t i v e m e a n -
i n g o f i : @ j i s t h a t i \ t a l k s t o " j , i . e . , i s y n c h r o n i z e s w i t h j a n d s h a r e s a n e v e n t
w i t h j . T h i s e x p r e s s e s t h a t t h e r e i s s o m e c o m m u n i c a t i o n , a s o p p o s e d t o t h e
s p e c i c c o m m u n i c a t i o n s d e s c r i b e d b y t h e c o m m u n i c a t i o n f o r m u l a e : i : ( c ) j : c
0
)
s a y s t h a t w h e n e v e r c i s t r u e f o r i , t h e n i s y n c h r o n i z e s w i t h j a t a n e v e n t w h e r e
c
0
i s t r u e f o r j . H e r e a r e t h e f o r m a l d e t a i l s .
D e n i t i o n 1 3 L e t I b e a s e t o f o b j e c t i d e n t i t i e s , B = ( G ; ; P ) a s y s t e m b e -
h a v i o u r w i t h l o c a l b e h a v i o u r s B
i
= ( G
i
;
i
; P
i
) , i 2 I , a n d L 2 L ( G ) a d i s -
t r i b u t e d l i f e c y c l e i n G w i t h l o c a l l i f e c y c l e s L
i
L , i 2 I . L e t e 2 L b e
a n e v e n t , p 2 P a s t a t e p r e d i c a t e , i ; j 2 I i d e n t i t i e s , a n d c 2 C
i
, c
0
2 C
j
c o m m u n i c a t i o n p r e d i c a t e s .
T h e s a t i s f a c t i o n r e l a t i o n
0
f o r D
0
i s d e n e d b y
B ; L
0
i : ' i B ; L ; e
i
0
' h o l d s f o r e v e r y e 2 L
i
.
F o r e a c h i 2 I , t h e r e l a t i o n
i
0
i s i n d u c t i v e l y d e n e d a s f o l l o w s
B ; L ; e
i
0
@ j i e 2 L
j
;
B ; L ; e
i
0
p i p 2
i
( e ) ;
B ; L ; e
i
0
f a l s e d o e s n o t h o l d ;
B ; L ; e
i
0
( ' ) ) i B ; L ; e
i
0
' i m p l i e s B ; L ; e
i
0
;
B ; L ; e
i
0
( ' U ) i t h e r e i s a f u t u r e e v e n t e
0
2 L
i
, e !
+
i
e
0
,
w h e r e B ; L ; e
0
i
0
, a n d B ; L ; e
0 0
i
0
'
f o r e v e r y e v e n t e
0 0
2 L
i
s u c h t h a t e !
+
i
e
0 0
!
+
i
e
0
;
B ; L ; e
i
0
( M ' ) i B ; L ; e
i
0
' o r t h e r e a r e a p r e v i o u s e v e n t e
0
2 L
i
,
e
0
!
i
e , a d i s t r i b u t e d l i f e c y c l e L
0
i n G s u c h t h a t
e
0
2 L
0
, a n d a s u c c e s s o r e v e n t e
0 0
2 L
0
i
, e
0
!
i
e
0 0
,
w h e r e B ; L
0
; e
0 0
i
0
' ;
B ; L ; e
i
0
( c ) j : c
0
) i B ; L ; e
i
0
c i m p l i e s e 2 E v
j
a n d B ; L ; e
j
0
c
0
.
E x c e p t f o r t h e r s t a n d l a s t r u l e s , l o c a l s a t i s f a c t i o n
i
0
o f D
0
f o r m u l a e i n
d i s t r i b u t e d l i f e c y c l e s i s d e n e d t h e s a m e w a y a s s a t i s f a c t i o n o f L i n l o c a l l i f e
c y c l e s , c f . d e n i t i o n 7 : j u s t r e p l a c e t h e r e b y
i
0
.
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
22/50
1 7 8 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
T h e r s t r u l e d e n e s t h e l o c a l i t y p r e d i c a t e @ j t h a t h a s b e e n i n t u i t i v e l y
e x p l a i n e d a b o v e : c o m m u n i c a t i o n i s m o d e l l e d b y s h a r e d e v e n t s . T h e l a s t r u l e
f o r m a l i z e s t h e b a s i c c o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s m o f \ p r e d i c a t e c a l l i n g " : i : ( c )
j : c
0
) h o l d s i v a l i d i t y o f c i n i a t e v e n t e i m p l i e s v a l i d i t y o f c
0
i n j a t t h e s a m e
s h a r e d e v e n t e .
E x a m p l e 1 i n s e c t i o n 6 . 2 i l l u s t r a t e s t h e u s e o f D
0
:
i : ( a s s i g n ( n ) ) j : a s s i g n ( 0 ) )
m e a n s t h a t i f v a l u e n i s a s s i g n e d t o v a r i a b l e i , t h e n v a l u e 0 i s a s s i g n e d t o
v a r i a b l e j a t t h e s a m e t i m e . M o r e e x a m p l e s o f D
0
f o r m u l a e a r e g i v e n i n t h e
n e x t s e c t i o n .
D i s t r i b u t e d l o g i c D
1
F o r D
1
, n o s p e c i a l c o m m u n i c a t i o n p r e d i c a t e s a r e i n t r o d u c e d b e c a u s e a l l l o c a l
f o r m u l a e o f a n o b j e c t a r e \ v i s i b l e b y o t h e r o b j e c t s " . T h e i d e a i s t h a t l o c a l
s t a t e m e n t s a b o u t a n o t h e r o b j e c t i n t h e l o c a l l a n g u a g e o f t h e l a t t e r c a n b e
m a d e i n a n y o b j e c t .
D e n i t i o n 1 4 T h e s y n t a x o f D
1
i s g i v e n b y
D
1
: : = D
1
1
j : : : j D
n
1
F o r e a c h o b j e c t i 2 I , w e h a v e
D
i
1
: : = i : L
i
1
L
i
1
: : = P
i
j f a l s e j ( L
i
0
) L
i
0
) j ( L
i
0
U L
i
0
) j ( M L
i
0
) j C C
1
C C
1
: : = D
1
D
i
1
i s t h e l o g i c a t l o c a l i t y i w h i c h a l l o w s f o r l o c a l s t a t e m e n t s a b o u t a n y o t h e r
l o c a l i t y j i n i t s l o c a l l o g i c D
j
1
. N o t e t h a t D
1
d o e s n o t h a v e a n e x p l i c i t l o c a l i t y
p r e d i c a t e , i t i s d e n a b l e b y @ i i i : t r u e . T a k i n g t h i s i n t o a c c o u n t , e v e r y D
0
f o r m u l a i s a D
1
f o r m u l a , i . e . , D
0
i s a s u b l o g i c o f D
1
, D
0
D
1
.
D e n i t i o n 1 5 L e t I b e a s e t o f o b j e c t i d e n t i t i e s , B = ( G ; ; P ) a s y s t e m b e -
h a v i o u r w i t h l o c a l b e h a v i o u r s B
i
= ( G
i
;
i
; P
i
) , a n d L 2 L ( G ) a d i s t r i b u t e d l i f e
c y c l e i n G w i t h l o c a l l i f e c y c l e s L
i
L . L e t e 2 L b e a n e v e n t , p 2 P a s t a t e
p r e d i c a t e , a n d i ; j 2 I i d e n t i t i e s .
T h e s a t i s f a c t i o n r e l a t i o n
1
f o r D
1
i s d e n e d b y
B ; L
1
i : ' i B ; L ; e
i
1
' h o l d s f o r e v e r y e 2 L
i
.
F o r e a c h i 2 I , t h e r e l a t i o n
i
1
i s i n d u c t i v e l y d e n e d a s f o l l o w s
B ; L ; e
i
1
p i p 2
i
( e ) ;
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
23/50
L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S 1 7 9
B ; L ; e
i
1
f a l s e d o e s n o t h o l d ;
B ; L ; e
i
1
( ' ) ) i B ; L ; e
i
1
' i m p l i e s B ; L ; e
i
1
;
B ; L ; e
i
1
( ' U ) i t h e r e i s a f u t u r e e v e n t e
0
2 L
i
, e !
+
i
e
0
,
w h e r e B ; L ; e
0
i
1
, a n d B ; L ; e
0 0
i
1
'
f o r e v e r y e v e n t e
0 0
2 L
i
s u c h t h a t e !
+
i
e
0 0
!
+
i
e
0
;
B ; L ; e
i
1
( M ' ) i B ; L ; e
i
1
' o r t h e r e a r e a p r e v i o u s e v e n t e
0
2 L
i
,
e
0
!
i
e , a d i s t r i b u t e d l i f e c y c l e L
0
i n G s u c h t h a t
e
0
2 L
0
, a n d a s u c c e s s o r e v e n t e
0 0
2 L
0
i
, e
0
!
i
e
0 0
,
w h e r e B ; L
0
; e
0 0
i
1
' ;
B ; L ; e
i
1
j : ' i e 2 E v
j
a n d B ; L ; e
j
1
' .
L o c a l s a t i s f a c t i o n
i
1
o f D
1
f o r m u l a e i n d i s t r i b u t e d l i f e c y c l e s i s d e n e d i n
t h e s a m e w a y a s s a t i s f a c t i o n o f L i n l o c a l l i f e c y c l e s , c f . d e n i t i o n 7 : j u s t
r e p l a c e t h e r e b y
i
1
t o o b t a i n t h e r s t v e o f t h e a b o v e r u l e s . S o t h e s e r u l e s
a l s o c o r r e s p o n d c l o s e l y w i t h D
0
s a t i s f a c t i o n , i . e . , r u l e s t w o t o s i x i n d e n i t i o n
1 3 .
T h e l a s t r u l e d e n e s a l l t h e c o n v e n i e n c e t h a t D
1
o e r s , n a m e l y t o i n c l u d e
a r b i t r a r y s t a t e m e n t s a b o u t o t h e r o b j e c t s . T h e s e s t a t e m e n t s m a y r e f e r t o o t h e r
o b j e c t s i n t u r n , i . e . , r e f e r e n c e s t o o t h e r o b j e c t s m a y b e n e s t e d i n a n a r b i t r a r y
w a y .
T h e f o l l o w i n g e x a m p l e s d e m o n s t r a t e s o m e o f t h e c o n v e n i e n c e t o e x p r e s s c o m -
m u n i c a t i o n p a t t e r n s ; w e g i v e D
1
f o r m u l a e a l o n g w i t h i n f o r m a l n a t u r a l l a n g u a g e
t r a n s l a t i o n s w h e r e t h e t i m e u n i t f o r t h e t e m p o r a l n e x t o p e r a t o r i s a s s u m e d t o
b e o n e d a y .
E x a m p l e 1 6 L e t i ; u ; j 2 I ( \ I , y o u , J i m " ) .
i ( @ u u X ' ) I t a l k t o y o u a n d y o u t e l l m e t h a t y o u e x p e c t ' t o m o r r o w .
i u X ' y o u t e l l m e t h a t y o u e x p e c t ' t o m o r r o w
( e q u i v a l e n t t o p r e v i o u s o n e ) .
i ( @ u u X @ j ) I t a l k t o y o u a n d y o u t e l l m e t h a t y o u w i l l c o n t a c t J i m
t o m o r r o w .
i u X @ j y o u t e l l m e t h a t y o u w i l l c o n t a c t J i m t o m o r r o w
( e q u i v a l e n t t o p r e v i o u s o n e ) .
i G ( @ u ) X ' ) w h e n e v e r I t a l k t o y o u , I h a v e ' t h e n e x t d a y .
i ( ' ) X @ u ) i f ' h o l d s , t h e n I t a l k t o y o u t h e n e x t d a y .
i ( ' ) u X ) i f ' h o l d s , t h e n y o u t e l l m e t h a t w i l l h o l d f o r y o u t o m o r r o w .
i X u F ' t o m o r r o w y o u w i l l t e l l m e t h a t y o u w i l l s o m e t i m e e n j o y '
-
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24/50
1 8 0 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
T h a t t h e r s t t w o f o r m u l a e h a v e t h e s a m e m e a n i n g c a n b e d e r i v e d a s f o l l o w s .
i : ( @ u u : X ' ) , i : ( u : t r u e u : X ' ) , i : u : ( t r u e X ' ) , i : u : X '
A s i m i l a r a r g u m e n t d e m o n s t r a t e s e q u i v a l e n c e o f t h e t h i r d a n d f o u r t h f o r m u l a e .
6 . 5 R E D U C T I O N
W e s h o w b y a m o r e e l a b o r a t e a n d i l l u s t r a t i v e e x a m p l e t h a t D
1
c a n d e a l w i t h
i n t r i c a t e h i g h l e v e l i n t e r a c t i o n r e q u i r e m e n t s i n a r a t h e r s i m p l e w a y . W e t h e n
i l l u s t r a t e h o w a n y D
1
s p e c i c a t i o n c a n b e t r a n s l a t e d i n t o a n e q u i v a l e n t D
0
s p e c i c a t i o n . T h e d e t a i l s a s w e l l a s a p r o o f o f s o u n d n e s s a n d c o m p l e t e n e s s c a n
b e f o u n d i n C E 9 8 ] .
E x a m p l e 1 7 C o n s i d e r a s y s t e m c o n s i s t i n g o f t w o o b j e c t s , s e n d e r ( s ) a n d
r e c e i v e r ( r ) s u c h t h a t
( 1 ) s e n d e r h a s a n a t t r i b u t e v a l w h i c h d e t e r m i n e s t h e v a l u e v i t m a y s e n d ;
( 2 ) r e c e i v e r h a s a n a t t r i b u t e v a r w h i c h i s u p d a t e d w i t h t h e v a l u e v r e c e i v e d ;
( 3 ) i f s e n d e r s e n d s a v a l u e v , t h e n v w i l l e v e n t u a l l y b e c o m m u n i c a t e d t o
r e c e i v e r w h o w i l l t h e n e v e n t u a l l y r e c e i v e v ;
( 4 ) i f r e c e i v e r r e c e i v e s v , t h e n i t w i l l e v e n t u a l l y c o m m u n i c a t e t o s e n d e r
a n a c k n o w l e d g m e n t o f r e c e i p t .
C o n c e n t r a t i n g o n i n t e r a c t i o n s b e t w e e n s e n d e r a n d r e c e i v e r , t h e s i t u a t i o n
i s i l l u s t r a t e d i n g u r e 6 . 1 .
s e n d ( v ) a c k n ( v )
r e c e i v e ( v )
s e n d e r
r e c e i v e r
//
//
OO
F i g u r e 6 . 1 C o m m u n i c a t i o n b e t w e e n s e n d e r a n d r e c e i v e r
T h e s y s t e m s i g n a t u r e i s P = ( f s ; r g ; f P
s
; P
r
g ) w h e r e t h e s e n d e r a n d
r e c e i v e r p a r t s a r e g i v e n a s f o l l o w s . V i s a g i v e n s e t o f v a l u e s .
s e n d e r P
s
: : = s e n d ( V ) j a c k n ( V ) j v a l = V
r e c e i v e r P
r
: : = r e c e i v e ( V ) j v a r : = V
H e r e i s a D
1
s p e c i c a t i o n o f t h e s y s t e m .
-
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L O G I C S F O R S P E C I F Y I N G C O N C U R R E N T I N F O R M A T I O N S Y S T E M S 1 8 1
s e n d e r b e h a v i o u r
s 1 1 s : ( v a l = v v a l = w ) ) v = w , f o r a n y v ; w 2 V ;
s 1 2 s : (
.
s e n d ( v ) ) v a l = v ) , f o r e a c h v 2 V ;
s 1 3 s : ( s e n d ( v ) ) ( F r : ( F r e c e i v e ( v ) ) ) ) , f o r e a c h v 2 V ;
A x i o m s 1 1 s a y s t h a t t h e s e n d e r ' s v a l u e i s u n i q u e ; a x i o m s 1 2 i s a n e n a b l i n g
c o n d i t i o n : o n l y t h e c u r r e n t v a l u e m a y b e s e n t ; a x i o m s 1 3 s p e c i e s t h a t t h e
a c t u a l c o m m u n i c a t i o n t a k e s p l a c e s o m e t i m e b e t w e e n t h e s e n d e r ' s s e n d a c t i o n
a n d t h e r e c e i v e r ' s r e c e i v e a c t i o n .
r e c e i v e r b e h a v i o u r
r 1 1 r : ( v a r : = v v a r : = w ) ) v = w , f o r a n y v ; w 2 V ;
r 1 2 r : ( r e c e i v e ( v ) ) v a r : = v ) , f o r e a c h v 2 V ;
r 1 3 r : ( r e c e i v e ( v ) ) ( F s : a c k n ( v ) ) ) , f o r e a c h v 2 V .
A x i o m r 1 1 s a y s t h a t o n l y o n e v a l u e m a y b e a s s i g n e d a t a t i m e ; a x i o m r 1 2
s a y s t h a t v a l u e v i s a s s i g n e d t o v a r a s s o o n a s i t i s r e c e i v e d ; a x i o m r 1 3 s a y s
t h a t o n r e c e i v i n g v , t h e r e c e i v e r e x p e c t s a c o m m u n i c a t i o n w i t h t h e s e n d e r
a c k n o w l e d g i n g r e c e i p t o f v . T h e s i t u a t i o n i s i l l u s t r a t e d i n g u r e 6 . 1 .
I t i s e a s y t o s e e t h a t t h e a x i o m s e n t a i l s : ( s e n d ( v ) ) ( F a c k n ( v ) ) ) , i . e . , w h e n
s e n d i n g a v a l u e , s e n d e r w i l l r e c e i v e a n a c k n o w l e d g m e n t s o m e t i m e l a t e r .
N o t e t h a t t h i s s t y l e o f i n t e r a c t i o n s p e c i c a t i o n d o e s n o t m e n t i o n t h e c o m -
m u n i c a t i o n a c t i o n s e x p l i c i t l y .
N o w w e s h o w t h a t s u c h c o m m u n i c a t i o n p a t t e r n s a r e s p e c i a b l e i n D
0
a c t i o n
c a l l i n g s t y l e . I n f a c t , i n t r o d u c i n g n e w a c t i o n s y m b o l s c 1 ( v ) a n d c 2 ( v ) , c o r r e -
s p o n d i n g w i t h t h e t w o c o m m u n i c a t i o n p o i n t s i d e n t i e d i n g u r e 6 . 1 , w e a r r i v e
a t t h e f o l l o w i n g s p e c i c a t i o n . T h e i d e a i s t o i n t r o d u c e n e w c o m m u n i c a t i o n
p r e d i c a t e s t o b o t h o b j e c t s a n d u s e t h e m t o s p e c i f y t h e c o m m u n i c a t i o n p a t t e r n
e x p l i c i t l y , c f . g u r e 6 . 2 . F r o m
s : ( s e n d ( v ) ) ( F r : ( F r e c e i v e ( v ) ) ) ) ;
b y i n t r o d u c i n g t h e n e w c o m m u n i c a t i o n p r e d i c a t e c
1
( v ) f o r r : ( F r e c e i v e ( v ) ) , w e
o b t a i n
s : ( s e n d ( v ) ) ( F c
1
( v ) ) ) ,
s : ( c
1
( v ) ) r : c
1
( v ) ) ,
r : ( c
1
( v ) ) s : c
1
( v ) ) ,
r : ( c
1
( v ) , ( @ s ( F r e c e i v e ( v ) ) ) ) .
T h e s e c o n d a n d t h i r d f o r m u l a e e n s u r e t h a t c
1
( v ) e x p r e s s e s a c o m m u n i c a t i o n .
M o r e p r e c i s e l y , f o r e a c h v a l u e v , t h e r e a r e t w o c o m m u n i c a t i o n a c t i o n s s : c
1
( v )
-
7/27/2019 10.1.1.28.2740
26/50
1 8 2 L O G I C S F O R D A T A B A S E S A N D I N F O R M A T I O N S Y S T E M S
s e n d ( v ) a c k n ( v )
r e c e i v e ( v )
c 1 ( v )
c 1 ( v )
c 2 ( v )
c 2 ( v )
s e n d e r
r e c e i v e r
//
//
OO
F i g u r e 6 . 2 C o m m u n i c a t i o n b e t w e e n e n r i c h e d s e n d e r a n d r e c e i v e r
a n d r : c
1
( v ) b u t o n l y o n e k i n d o f c o m m u n i c a t i o n e v e n t w h e n b o t h h a p p e n t o -
g e t h e r . T h i s e x p r e s s e s s y n c h r o n o u s \ h a n d s h a k i n g " c o m m u n i c a t i o n . T h e l a s t
f o r m u l a m a k e s p r e c i s e t h a t c
1
( v ) s t a n d s f o r s u b f o r m u l a r : ( F r e c e i v e ( v ) ) i n t h e
c o n t e x t o f a n s - f o r m u l a . N o t e t h a t t h e @ s t e r m i s n e c e s s a r y h e r e : w i t h o u t
i t , t h e f o r m u l a w o u l d d e s c r i b e u n i n t e n d e d b e h a v i o u r w h e r e p e r m a n e n t c
1
( v )
c o m m u n i c a t i o n h a s t o h o l d a l l t h e t i m e u n t i l r e c e i v e ( v ) e v e n t u a l l y h a p p e n s .
A n a l o g o u s l y , f r o m
r : ( r e c e i v e ( v ) ) ( F s : a c k n ( v ) ) ) ;
b y i n t r o d u c i n g t h e n e w c o m m u n i c a t i o n p r e d i c a t e c
2
( v ) f o r s : a c k n ( v ) , w e o b t a i n
r : ( r e c e i v e ( v ) ) ( F c
2
( v ) ) ) ,
r : ( c
2
( v ) ) s : c
2
( v ) ) ,
s : ( c
2
( v ) ) r : c
2
( v ) ) ,
s : ( c
2
( v ) , ( @ r a c k n ( v ) ) ) .
T h e s y s t e m s i g n a t u r e i s P = ( f s ; r g