通过抽象程序证明复杂具体程序

本文描述了证明抽象程序和具体程序满足一致性关系的方法.抽象程序使用抽象数据结构（ADTs）如set、list、map及其上的操作.具体程序使用类C语言中的类型.抽象程序和具体程序一致性证明需要用户给出抽象变量和具体变量的关系,抽象程序程序点和具体程序程序点的对应关系.基于对应关系,抽象程序和具体程序一致性证明可以分解,从而容易并可能自动证明.     

基于抽象解释的Prolog程序验证技术研究

作为一种通用的语义近似理论,抽象解释已广泛应用于各类程序的形式化验证中.现有基于抽象解释的逻辑程序验证技术未涉及与程序点相关联的程序性质的验证,设计能够描述此类性质的逻辑程序具体语义和抽象语义是构造相应验证工具的关键.本文给出了一种基于抽象解释的Prolog程序验证方法,该方法采用了具有路径信息的Prolog语义及其抽象作为语义基础,因而可用于验证与程序点相关联的程序特性.本文例子表明了该验证方法的有效性.     

基于区域内存模型的C程序静态分析

为了提高程序的静态分析精度,提出了一种应用基于区域的符号化三值逻辑(region-based symbolic threevaluedlogic,简称RSTVL)的静态分析方法.RSTVL能够描述C程序运行时内存中数据结构的形态信息与变量的存储状态,以及可寻址表达式间的各种关系,包括指向关系、层次关系与取值逻辑关系.为了提高静态分析的精度,提出了一种基于RSTVL的流敏感、域敏感的过程内分析与基于符号化函数摘要的上下文敏感的过程间分析,能够精确地分析出每个程序点上的形态信息、数据流信息与指针指向关系.实验结果表明,相对于基于符号化三值逻辑的方法,该分析方法在保证一定分析效率的前提下,能够实现较高准确度的分析.     

面向对象程序设计语言的绑定时间分析技术

为了实现面向对象语言的部分求值,提出了一种绑定时间分析技术.该技术通过针对引用类型变量和指针变量的上下文敏感分析,能够比较精确地分析面向对象语言中诸如对象元素、数组元素等复杂数据结构元素的绑定时间,进而扩大了部分求值的作用范围.这种方法采用两层BTA环境来保存静态变量和局部变量的BTA状态,设置一种专用句柄来表示不同程序点创建的对象,进而采用这种句柄的集合表示引用类型变量的BTA状态.在为面向对象语言程序标注绑定时间信息的过程中,采用一个正向分析和一个反向分析过程,借助于BTA环境来跟踪和设定各种变量、对象和引用变量的绑定时间.该技术已经用于实现Java程序的绑定时间分析,能够有效地分析大多数单线程的Java程序,为实现高性能Java程序部分求值提供了必要的手段.     

二维降密策略的内联引用监控方法

降密策略的静态实施机制存在限制性过强的缺陷,基于虚拟机的动态监控机制不能完全适合Web和即时编译环境。为此,基于内联引用监控方法,实施了基于内容和地点维度的二维降密策略。提出了内联引用监控方法的程序变形规则,并证明了该方法的可靠性;根据该程序变形规则,将源程序进行变形重写,生成一个新的程序,它能脱离外部监控环境,实现自我监控。     

基于抽象域和数值熵协同的数值程序分析

在软件日益丰富的信息时代,程序的正确性验证问题需要深入地研究。提出了基于抽象解释和数值熵协同的数值程序正确性分析方法。利用抽象解释理论框架对数值程序进行抽象解释分析,提取不变量的抽象域区间;在抽象域区间上进行数值熵运算;运行程序获取数值变量的实际取值,计算数值熵;将抽象域区间数值熵和实际数值熵信息进行对比分析,准确地判断程序的正确性等性质。单纯的抽象解释分析只可以近似得到数值变量的取值范围,而引入数值熵算法,在取值范围的基础上对程序静态分析的准确性进一步检验,同时也做到了对程序的正确性验证。通过C语言程序实例,对抽象解释基础上的熵值分析方法进行了验证,证明了该分析方法的可行性和正确性。     

基于SAT求解的面向对象程序类型分析

类型分析是面向对象程序分析中的重要环节,精确的类型分析能够提高其它程序分析的精度.由于传统精确分析方法固有的高复杂性,现有的类型分析大都使用粗糙的分析方法.提出了一种基于SAT求解的面向对象程序类型分析方法.该方法用命题逻辑表示类型在变量间的传递关系,将程序抽象成命题公式,并使用高效的SAT求解器求解,从而获得变量运行时的类型集合.该方法是流敏感的,并且具有良好的伸缩性,既可以进行快速但精度低的上下文不敏感分析,也可以进行较慢但精度高的上下文敏感分析.     

格拉斯曼流形降维及应用研究

视频人脸识别的核心问题是如何准确、高效地构建人脸模型并度量模型的相似性,为此提出一种维数约减的格拉斯曼流形鉴别分析方法以提高集合匹配的性能。首先通过子空间建模图像集合,引入投影映射将格拉斯曼流形上的基本元素表示成对应的投影矩阵。然后,为解决高维矩阵计算开销大以及在小样本条件下不能有效描述样本分布的缺陷,引入二维主成分分析方法对子空间的正交基矩阵降维。通过QR分解正则化降维后的矩阵,得到一个低维、紧致的格拉斯曼流形以获得图像集更好的表达。最后将其投影到高维核空间中进行分类。在公开的视频数据库中的实验结果证明,提出的方法在降低计算开销的同时能够获得较高的正确率,是一种有效的基于集合的对象匹配和人脸识别方法。     

基于规范变量分析的化工单元多变量统计监控

化工生产过程往往含有大量的过程变量,且过程多处于闭环控制作用下,产生的测量数据常常存在互相关和自相关。规范变量分析(CVA)通过最大化两个变量集间的相关度,实现对高维数据的降维,并得到一组最大限度地解释变量集中信息的规范变量,很好地解决了上述问题。本文介绍一种基于CVA的过程监控方法,并将此方法应用于一实际化工单元的过程监控,利用控制图,及时准确地检测到过程故障,表明了基于CVA的监控方法的有效性。     

含指针程序的单子切片方法

传统的含指针程序切片方法将指向分析与切片计算分开,增加了一定系统开销,为此文中提出一种可同时进行切片计算和指向分析的单子切片算法.该算法将程序正向切片思想与数据流迭代分析相结合,它是流敏感的,具有一定的精度,而且因指向分析和切片计算同时进行,故不需要像一般的流敏感分析方法那样记录每一个程序点的指向信息,而只需记录当前所分析的程序点处指向信息,从而节省了存储空间.此外,它还继承了原有单子切片方法所具有的强语言适应性和组合性.     

The complementary relationship of interprocedural register allocation and inlining

Inline expansion and interprocedural register allocation are two general approaches used for interprocedural optimization. However, there are certain situations which prevent either of them from being applied smoothly to procedure calls. Especially, interactions between inlining and register allocation can cause an inlined version of a program to run more slowly than its noninlined counterpart. This paper describes a method of integrating inlining and interprocedural register allocation to reduce the procedure call overhead without this negative effect. We use profile information to identify the heavy called procedures regions and the register usage information of each code site to optimize the placement of the register save/restore code. This method also takes full advantage offree-use registers at each procedure call site. The average performance improvement is 1.21 compared with the previous schemes that performed either of them independently.     

一个面向C和Fortran数值程序的静态分析工具

程序的正确性验证一直以来都是计算机科学中的一个挑战性问题,抽象解释理论为程序静态分析提供了一个通用框架,可以在编译时自动地推导程序的动态性质。基于抽象解释的数值程序分析可以自动推导程序中数值变量间的不变式关系,这对于编译优化、程序错误检查至关重要。本文建立并实现了一个面向C和Fortran程序并支持过程间分析的数值程序分析框架和工具,C或Fortran源程序经过预处理后转化为具有统一格式的中间表示形式,然后基于该中间表示抽取与源程序语义等价的语义等式,最后在该语义等式上进行不动点迭代计算从而得到程序不变式。在此基础上,本文还对数组等复杂语法结构进行了建模和抽象。实验结果表明,该工具具有较高的可扩展性、精度,并能够处理大部分因数组的使用而带来的程序分析上的问题。     

面向IXP网络处理器的内联优化

内联优化是一种有效的编译优化技术，它通过将函数体直接嵌入到调用点来消除函数调用开销。然而，网络处理器特殊的体系结构对内联优化提出了新的要求，需要新的技术辅助传统内联优化来更好地适应这种特殊的体系结构。本文描述了如何利用关键路径提取技术和迭代编译技术对传统内联优化技术进行扩充和改造，来更好地适应IXP体系结构。实验数据表明，改进后的内联优化能够有效地提高网络系统的性能。     

An implementation of interprocedural bounded regular sectionanalysis

Regular section analysis, which summarizes interprocedural side effects on subarrays in a form useful to dependence analysis, while avoiding the complexity of prior solutions, is shown to be a practical addition to a production compiler. Optimizing compilers should produce efficient code even in the presence of high-level language constructs. However, current programming support systems are significantly lacking in their ability to analyze procedure calls. This deficiency complicates parallel programming, because loops with calls can be a significant source of parallelism. The performance of regular section analysis is compared to two benchmarks: the LINPACK library of linear algebra subroutines and the Rice Compiler Evaluation Program Suite (RiCEPS), a set of complete application codes from a variety of scientific disciplines. The experimental results demonstrate that regular section analysis is an effective means of discovering parallelism, given programs written in an appropriately modular programming style     

基于LLVM的函数内联优化技术研究

函数内联（Function Inlining）是使用函数体代替函数调用的一种编译优化技术。LLVM中原生的内联模型只根据函数体的大小来判断函数内联与否,而没有考虑函数的调用次数和后续的优化。针对这个问题,提出了基于函数调用次数（NFC）和考虑后续循环合并（BLF）的新内联模型。首先,通过NFC模型对被多次调用的函数进行内联,进而减少更多因函数调用而产生的额外消耗。其次,通过BLF模型能够识别出进行内联后可以进一步进行循环合并优化的函数,为后续循环合并优化提供支持。实验结果表明,提出的函数内联优化技术是可行的,测试程序平均加速比为1.52%。     

一种面向对象程序的过程间切片算法

程序切片是一种程序分析技术，它通过把程序减少到只包含与某个特定计算相关的那些语句来分析程序，过程间切片作为图形可达性问题时，需要扩展过程内切片所用的程序依赖图（PDG）成系统依赖图（SDG），然后利用两阶段图形可达性算法计算比较精确的切片，目前程序切片技术的研究以面向对象程序切片为主，文中讨论了一种合适面向对象程序的分层切片方法，并综合分层切片方法和两阶段图形可达性算法提出了一种简化的计算面向对象程序过程间切片的算法。     

Relational interprocedural verification of concurrent programs

We propose a general analysis method for recursive, concurrent programs that track effectively procedure calls and return in a concurrent context, even in the presence of unbounded recursion and infinite-state variables like integers. This method generalizes the relational interprocedural analysis of sequential programs to the concurrent case, and extends it to backward or coreachability analysis. We implemented it for programs with scalar variables and experimented with several classical synchronization protocols in order to illustrate the precision of our technique and also to analyze the approximations it performs.     

Code optimization across procedures

Procedure calls can be a major obstacle to the analysis of computer programs, preventing significant improvements in program speed. A broad range of techniques, each of which is in some sense interprocedural by nature, is considered to overcome this obstacle. Some techniques rely on interprocedural dataflow in their analysis. Others require interprocedural information in the form of detailed profile data or information concerning the scope of a given procedure in relation to other procedures. These include procedure integration, interprocedural register allocation, pointer and alias tracking, and dependency analysis     

OpenMP指导语句全局嵌套类型的静态分析及应用

由于指导语句动态嵌套与绑定规则的存在,OpenMP程序中线程的一些上下文只能在运行时刻才能完全确定.然而,通过编译时刻的静态分析可以部分确定指导语句的嵌套类型,这些信息可以用于指导后续的编译与优化.由于函数调用的存在,嵌套与绑定常常会跨越过程边界,除了通常的局部和全局分析之外,还需要过程间分析的支持.通过在通常的过程间分析的基础上附加信息,可以使得嵌套类型信息在过程调用图中进行传播.将这些全局信息与过程内的局部信息结合起来,就可以在编译时刻确定语句的嵌套类型.结果表明,编译时刻的嵌套类型分析可以有效地确定通常的科学与工程计算程序中指导语句的嵌套类型,基于嵌套类型的翻译与优化可以同时减少运行时开销和目标代码长度.