C程序控制流程模型的提取技术与实现

控制流图描述了函数执行时可能采取的执行路径。绝大多数静态分析工具都在抽象语法树之上生成控制流图并据此对程序的运行行为进行分析。在模型检测过程中,提取正确的控制流图是构建系统模型的关键。在分析C程序的抽象语法树和控制结构的基础上,设计并实现了程序控制流图提取的算法,并分析了算法的正确性。基于提取的控制流程,可对C程序的某些性质进行模型检验。     

基于JavaCC的抽象语法树生成错误处理技术研究

随着C++语言标准的不断演进,词法语法解析工具如JavaCC等对于很多扩充的新特性以及复杂的语法结构不能做到完全支持,这可能会导致抽象语法树生成错误且不完整;针对这一问题,提出一个针对抽象语法树生成错误的处理框架;首先,通过对JavaCC的扩充,实现一套可以解析C++语言的词法语法分析器,生成抽象语法树并记录报错行;其次,根据报错行寻找所在函数区间即不支持或不匹配的语法片段;最后,通过注释函数区间的方式来跳过不支持或不匹配的语法片段进行错误处理并迭代生成抽象语法树;实验结果表明,对抽象语法树生成进行错误处理后可以更全面的分析代码,抽象语法树完成率上升37.8%,分析行数提高3.9倍。     

基于抽象解释的非函数依赖不变量的检测方法

不变量的检测是提高软件质量的一种有效方法.针对传统静态检测方法可能带来无效的不变量、缺失不变量等缺陷,文中提出一种以抽象解释理论为基础的非函数依赖不变量的静态检测方法.首先利用词法语法分析得到抽象语法树,然后将抽象语法树转化成抽象域图,接着对抽象域图进行抽象执行得到程序中可执行的路径,最后依据定义的非函数依赖不变量表现形式对可执行路径分析得到程序中潜在的非函数依赖不变量.同时通过一个 C 程序为例对该方法进行验证说明     

面向对象技术在C编译器OCC中的应用

对面向对象的C编译器(OCC)的整体设计进行介绍。OCC以抽象语法树为中间表达形式。语法树节点分为8大类86种,降低了在采用visitor设计模式进行语意分析时节点功能的耦合度。OCC用简易的垃圾回收器解决了语法树节点动态分配和销毁时的内存泄漏问题。OCC的类型分析模块针对类型声明中9个不同组成部分采用7种处理方式,降低了属性文法脚本的维护难度。     

基于中间语言的JNI内存泄漏检查

JNI技术支持Java与本地C/C++的相互调用,在Android等混合语言实现的系统中有着广泛应用,但语言之间的安全特性差异使其成为安全薄弱环节,现有的分析方法难以处理多语言相互调用产生的安全缺陷.以JNI调用中易产生的内存泄漏为例,开展Java/C++JNI跨语言分析的研究.采用扩展的Java Bytecode(Bytecode*)指令作为C++语义的解释来消除跨语言分析的障碍.围绕JNI调用中内存泄漏的问题,做了以下3方面工作:1)定义兼容Java/C++语言的分块内存模型;2)基于LLVM/LLJVM,设计实现了C++到Bytecode*的翻译策略;3)建立方法调用图,提取方法摘要,利用过程间分析方法检测JNI调用中的内存泄漏.针对具有典型内存泄漏特征的JNI实例翻译检测表明,该工作能够准确检测出Java/C++混合语言中的内存泄漏,对于JNI混合语言编程的理解和漏洞分析具有重要价值.     

一种建立控制依赖子图的方法

提出一种基于GCC(GNU Compiler Collection)抽象语法树文本建立控制依赖子图的方法,消除抽象语法树文本中与分析控制流无关的信息,将消除冗余后的抽象语法树文本转化为以邻接表为存储结构的抽象语法树的算法,从而高效地完成了抽象语法树的解析。基于以邻接表为存储结构的抽象语法树建立了控制依赖子图。通过实验证明了该方法的正确性和适用性。     

基于动态插桩的C/C++内存泄漏检测工具的设计与实现

针对C、C++程序常出现的内存泄漏、内存越界访问、内存的不匹配释放等错误进行了研究,分析了现有的内存错误检测工具和方法,在基于开源的动态二进制插桩框架Pin的基础上,采用函数族的内存信息块管理方法和生命周期法,实现了在Linux平台下运行的内存检测工具MemGuard原型.该原型能有效地检测出内存泄漏、内存越界访问、内存的不匹配释放等问题,并通过与运行在Valgrind上的工具Memcheck的对比实验证明了该原型的有效性以及高效性.     

基于Qt的软件内存泄漏静态检测技术研究

Qt继承了C++语言动态分配内存机制,保证了开发人员能根据实际需要灵活地使用内存,同时Qt也不可避免的要面对“内存泄漏”这个严重威胁软件安全的问题,虽然Qt采取了半自动化内存管理机制等措施,但不能从根本上解决问题。对此,提出了一种基于Qt的软件内存泄漏静态检测方法,该方法针对Qt的半自动化内存管理机制,通过静态分析被测对象中分配内存的代码识别出是否属于Qt自动管理的范围,从而准确地检测出内存泄漏和内存重复释放问题;并基于该检测方法设计了一种Qt内存泄漏自动检测工具,该工具能很大程度上提高测试效率。     

基于变量使用的静态测试方法研究

基于对程序源代码的静态分析方法,针对C/C++程序中的变量定义未使用故障和变量未初始化故障,提出了一种自动测试方法.以变量定义未使用故障和变量未初始化故障的表现形式为基础,从面向具体故障的测试思想出发,并以此为基础,综合应用了抽象语法树和控制流图,提出了一种静态查找这些故障的方法.测试结果表明,该方法能够有效检测变量使用的故障,提高了测试结果的精度.     

基于基本块标识方法的控制流图生成器设计

设计一个实用的程序控制流分析工具需要解决非结构程序中goto等语句的控制流图构造问题。C语言程序控制流图生成器CfgGen的设计采用基于基本块标识的控制流图构造方法解决该问题。CfgGen程序基于规则,通过语法制导翻译标识基本块、构造控制流图,易移植和维护。CfgGen构造的控制流图标识了基本块,可以很方便地用于程序分析和优化。     

交互式数据可视化软件开发系统的设计与实现

ＩＤＶＴ１．０是运行于ＰＣ平台的交互式数据可视化软件开发系统,其核心是用于绘制科学计算数据、商业统计图形、多边形模型的对象库。使用ＩＤＶＴ１．０,程序员可以快速开发交互式数据可视化应用软件。该文论述ＩＤＶＴ １．０的系统设计与实现：（１）对象的内存管理;（２）三维交互设计;（３）三维坐标的数据标注。     

一个异常传播分析工具的设计与实现

异常处理是一种用来检测异常并对其进行处理的技术,异常传播改变程序原来的执行路线,从而可能改变程序中的数据流、控制流和各种成分的依赖关系.在进行程序分析时,如果不考虑异常传播对其造成的影响,则得到的信息将是不准确的.本文设计并实现了一个分析C 程序中异常传播分析工具CETool.该工具可以有效地分析C 程序的异常传播,它既可以获得异常处理结构的局部信息,也可以获得异常处理结构的全局信息,这对于有效地分析异常的传播,分析异常传播路径,以及改进异常处理结构都有很大的帮助.     

Valgrind: A Program Supervision Framework

Valgrind is a programmable framework for creating program supervision tools such as bug detectors and profilers. It executes supervised programs using dynamic binary translation, giving it total control over their every part without requiring source code, and without the need for recompilation or relinking prior to execution.New supervision tools can be easily created by writing skins that plug into Valgrind's core. As an example, we describe one skin that performs Purify-style memory checks for C and C++ programs.     

数据流程序动态调度与优化

为了解决数据流编程模型的可用性问题,使其能在兼顾程序并行性的前提下适用于动态数据交互速率的流应用,设计了一种动态调度与静态优化相结合的数据流编译系统。编译器以COStream语言编写的源程序为输入,通过对源程序进行分析,以动态速率的数据通信边作为边界划分程序到粗粒度的子图,在子图内部应用静态优化。根据子图的每个计算单元的工作量估计计算资源的使用状况,实现子图内计算单元到处理器核的映射,经过阶段划分分配子图内计算单元到相应流水阶段。在运行时,每个子图在各个处理器核上均启动一个线程,通过对线程间通信的优化,避免了运行时多个线程对同一段内存同时读写产生的同步开销,减少了线程的上下文切换次数。使用信号量控制子图内线程间的同步,基于各子图计算单元运行时数据交互速率并结合当前线程的状态,动态调度各个子图的执行,构建动态的软件流水线,生成相应多线程目标代码。实验以通用X86-64多核处理器作为实验平台,测试和分析数据流编译的性能。实验结果表明,编译系统可以实现动态数据交互速率的数据流应用,扩大了编译系统可用性并且具有一定加速效果。     

Quantifying and evaluating the space overhead for alternative C++ memory layouts

This paper develops a formalism that precisely characterizes when class tables are required for C++ memory layouts. A memory layout is a particular choice of data structures for implementing run‐time support for object‐oriented languages. We use this formalism to quantify and evaluate, on a set of benchmarks, the space overhead for a set of C++ memory layouts. In particular, this paper studies the space overhead due to three language features: virtual dispatch, virtual inheritance, and dynamic typing. To date, there has been no scientific quantification or evaluation of C++ memory layouts. Our approach can help C++ implementors. This work has already influenced the memory layout design choices in IBM's Visual Age C++ V5 compiler. Applying our approach to a set of five benchmarks, we demonstrate that the impact of object‐oriented space overhead can vary dramatically between applications (ranging from 0.42% to 99.79% for our benchmarks). In particular, applications whose object space is dominated by instances of classes that heavily use object‐oriented language features will be significantly impacted by the choice of a memory layout. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

Region analysis: a parallel elimination method for data flowanalysis

Parallel data flow analysis methods offer the promise of calculating detailed semantic information about a program at compile-time more efficiently than sequential techniques. Previous work on parallel elimination methods (Zobel, 1990) has been hampered by the lack of control over interval size; this can prohibit effective parallel execution of these methods. To overcome this problem, we have designed the region analysis method, a new elimination method for data flow analysis. Region analysis emphasizes flow graph partitioning to enable better load balancing in a more effective parallel algorithm. We present the design of region analysis and the empirical results we have obtained that indicate: the prevalence of large intervals in flow graphs derived from real programs; and the performance improvement of region analysis over parallel Allen-Cocke interval analysis. Our implementation analyzed programs from the Perfect Benchmarks and netlib running on a Sequent Symmetry S81     

面向对象C＋＋并行编译系统的总体设计和实现

面向对象语言在大型并行软件设计和开发上具有巨大的潜力。本文介绍了在网络环境上，我们设计 的面向对象Ｃ＋＋并行编译系统ＯＯＣＰＣＳ的面向对象的大粒度数据流并行模型和总体设计，并讨论了其中一些重要的实现技术。     

C/C++程序静态内存泄漏警报自动确认方法

内存泄漏是C/C++程序的一种常见的、难以发现的缺陷,一直困扰着软件开发者,尤其是针对长时间运行的程序或者系统软件,内存泄漏的后果十分严重.针对内存泄漏的检测,目前主要有静态分析和动态测试两种方法.动态测试实际运行程序,具有较大开销,同时依赖测试用例的质量;静态分析技术及自动化工具已经被学术界和工业界广泛运用于内存泄漏缺陷检测中,然而由于静态分析采取了保守的策略,其结果往往包含数量巨大的误报,需要通过进一步人工确认来甄别误报,但人工确认静态分析的结果耗时且容易出错,严重限制了静态分析技术的实用性.本文提出了一种基于混合执行测试的静态内存泄漏警报的自动化确认方法.首先,针对静态分析报告的目标程序中内存泄漏的静态警报,对目标程序进行控制流分析,并计算警报的可达性,形成制导信息;其次,基于警报制导信息对目标程序进行混合执行测试;最后,在混合执行测试过程中,监控追踪内存对象的状态,判定内存泄漏是否发生,对静态警报进行动态确认并分类.实验结果表明该方法可以对静态内存泄漏警报进行有效的分类,显著降低了人工确认的工作量.实验详情参见：http://ssthappy.github.io/memleak/.     

LLAMA: The low-level abstraction for memory access

The performance gap between CPU and memory widens continuously. Choosing the best memory layout for each hardware architecture is increasingly important as more and more programs become memory bound. For portable codes that run across heterogeneous hardware architectures, the choice of the memory layout for data structures is ideally decoupled from the rest of a program. This can be accomplished via a zero-runtime-overhead abstraction layer, underneath which memory layouts can be freely exchanged. We present the low-level abstraction of memory access (LLAMA), a C++ library that provides such a data structure abstraction layer with example implementations for multidimensional arrays of nested, structured data. LLAMA provides fully C++ compliant methods for defining and switching custom memory layouts for user-defined data types. The library is extensible with third-party allocators. Providing two close-to-life examples, we show that the LLAMA-generated array of structs and struct of arrays layouts produce identical code with the same performance characteristics as manually written data structures. Integrations into the SPEC CPU^® lbm benchmark and the particle-in-cell simulation PIConGPU demonstrate LLAMA's abilities in real-world applications. LLAMA's layout-aware copy routines can significantly speed up transfer and reshuffling of data between layouts compared with naive element-wise copying. LLAMA provides a novel tool for the development of high-performance C++ applications in a heterogeneous environment.