資源泄露故障靜態(tài)分析的關鍵技術研究.pdf

1、隨著軟件開發(fā)技術的不斷發(fā)展，軟件系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，其結構也日益復雜，從而使軟件系統(tǒng)的質量越來越難以保障。其中，資源泄露故障是影響軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性最危險的安全漏洞之一。研究表明資源泄露故障是導致軟件系統(tǒng)停機故障和服務型軟件系統(tǒng)老化的主要原因，并且在軟件中發(fā)生的比例非常高。因此對軟件系統(tǒng)進行資源泄露故障檢測的研究具有極大的現實意義。
　　靜態(tài)分析方法通過對源程序的靜態(tài)屬性進行分析和評估，找出可疑的故障之處。靜態(tài)分析技術的特點使

2、其在故障檢測方面具有諸多優(yōu)點，因此對它的研究越來越受到重視。但目前對資源泄露故障的靜態(tài)分析相關研究中，檢測精度有待提高，其實際可用性有待改善。這是由于分析時采用的控制流模型不夠精確，對循環(huán)問題的簡化處理，跨函數分析時無法做到完全的上下文敏感，以及對復雜數據結構的處理等問題不夠精確。
　　眾所周知，對源程序進行高精度的靜態(tài)分析通常其復雜度比較高，因此本文試圖在精度、易用性、可擴展性等方面追求一個好的平衡。本文致力于研究如何在接近源程

3、序語義的前提下，產生資源行為精簡切片，并通過多種技術提高靜態(tài)分析精度的問題。為此針對這些問題提出了資源行為精簡切片構建方法、循環(huán)處理策略，以及用于實現完全上下文敏感的抽象函數摘要技術，并在初步檢測結果基礎上進一步優(yōu)化給用戶產生可讀性好的故障報告。
　　根據上述研究問題和研究思路，本文所進行的主要研究工作和創(chuàng)新點包括:
　　(1)本文提出一種資源行為精簡切片構建方法。目前已有的資源泄露檢測多采用路徑敏感方法，但是由于采用的程序

4、語義抽象方法、路徑爆炸等問題，效率和精度都有待提高。本文首先根據資源泄露故障模式提出了資源行為精簡切片準則，然后根據切片準則構建資源行為切片。所提出方法首先基于控制流圖進行Def-Use數據流分析獲得資源行為前向切片，然后基于前向切片從資源釋放點后向遍歷對前向切片進行優(yōu)化，最后通過符號執(zhí)行獲取切片的數據流約束條件。本方法實際是一種多層漸進方式，首先基于前向切片，凡是對于沒有釋放點的資源即可判斷該資源被泄露。否則，需在優(yōu)化后的切片上根據值

5、流條件判斷資源分配點到釋放點數據流的可達性。此方面的研究是對目前流敏感靜態(tài)分析控制流模型精簡優(yōu)化技術，減少控制流中的節(jié)點數以及狀態(tài)迭代的計算量。
　　(2)針對已有靜態(tài)分析方法不能精確分析循環(huán)的問題，提出一種基于擴展遞推鏈代數的循環(huán)次數估算方法。目前靜態(tài)分析方法為了降低復雜度，簡單地將循環(huán)展開1次避免路徑爆炸，或者通過設置時間閾值來終止循環(huán)展開，但循環(huán)與資源泄露等故障有密切的關系，因此本文針對靜態(tài)分析中的循環(huán)處理問題提出了針對性措

6、施。該方法采用基于遞推鏈代數將循環(huán)變量進行統(tǒng)一表示，根據運算規(guī)則化簡并推導出循環(huán)條件關于迭代次數L的閉形式函數，將閉形式函數交由約束求解器進行求解，并將該信息增加到控制流圖中用于循環(huán)的進一步分析，然后根據故障屬性與循環(huán)的關系確定展開循環(huán)的次數，從而指導靜態(tài)分析中對循環(huán)的處理，進一步提高靜態(tài)分析的精度。此方面的研究是靜態(tài)分析中對循環(huán)具有針對性處理的創(chuàng)新型工作。
　　(3)針對已有的函數摘要不能精確地實現上下文敏感分析的問題，本文提出

7、基于符號的抽象函數摘要的上下文敏感分析技術。目前函數間分析采用的函數摘要方法無法全面考慮上下文信息的傳遞（如變量的逃逸、參數的傳遞、函數返回等）?；诜柕某橄蠛瘮嫡０澹ˋbstract Function Summary Template，即AFST）全面總結了變量、參數、返回值在函數間名字空間轉換關系，從而產生基于符號的抽象函數摘要模板，然后根據函數調用點上下文變量信息對抽象函數摘要模板進行實例化。此方面的研究是函數間分析時對函數