一种基于控制流图的内存泄漏自动修复方法技术

一种基于控制流图的内存泄漏自动修复方法，应用于计算机程序的内存泄露检测和自动修复，包括如下步骤：第一步：制作计算机程序的控制流图；第二步：根据所述控制流图进行内存泄露检测和修复；第三步：利用在控制流图中记录的代码位置信息，将添加到图中的修复代码映射回原计算机程序代码中。开发者可以使用本发明专利技术所述的方法自动修复计算机程序的内存泄漏，而不必担心修复错误或引入新错误。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于控制流图的技术，具体为一种能够自动修复C语言内存泄漏的错 误的方法，属于软件测试领域。
技术介绍
(一）错误修复相关技术 近年来有很多关于错误修复的研究。例如，一些研究人员试图利用一些方法 自动修复一般类型的错误。所使用的方法通常使用所违反的正确条件，修改代码以满足这 些条件。该正确条件来源于测试用例 ，或诸如前置条件和后置条件的断言。在所述 正确条件被说明后，通常使用演化算法来给出修复。例如，在Arcuri和Yao的工作 中， 计算机程序和测试用例同时演化，并相互影响。Weimer等人使用遗传算法的一种扩展形 式来演化程序变体。另外，Weiet等人 在状态图中基于类的布尔查询来使用状态的抽象 表示。以上这些技术使用的正确条件通常是不适当的，并且很少保证正确性。另外，说明修 复内存泄漏的正确条件(如测试用例或断言）也是困难的。 还存在一些修复特定类型错误的方法。例如，Jin等人的方法自动修复多种 并发性错误。这些方法中没有关于内存泄漏的修复。 修复可能是不好的，并引入新的错误。Gu等人形式化了不佳修复的问题，并且 定义了修复的两个维度。"覆盖"维度衡量了正确修复所有错误的广度，而"破坏"维度衡量 修复后的计算机程序与原有行为的偏差。在本专利技术中，我们能够确保修复的正确性，也就是 避免了"破坏"这个维度，同时尽可能提高"覆盖"维度。 (二）内存泄漏相关技术 有静态和动态两种方法来处理内存泄漏。静态方法主要用于内存泄漏的检测 。大多数检测算法只报告内存泄漏发生的位置。因为在大多数情况下，分配 内存和发生内存泄漏的位置分布在完全不同的位置，开发人员要进行修复仍然需要很多工 作。即便在Fastch eCk中，它给出了内存分配的泄漏路径，这个信息仍然不足以提供修 复。而且，所有这些方法都有假阳性错误，这让开发人员很难依赖这些方法来自动修复内存 泄漏。 另外一种处理内存泄漏的静态方法是关于Java的内存管理。这些方法在 Java字节码中插入专门的释放语句，以减少需要被垃圾回收器扫描的引用的数量并提高运 行时性能。这些方法与本专利技术有相似之处，即通过静态分析插入释放语句。但是，很难把这 些方法应用于C语言。这是因为，首先，在C语言中，必须保证没有双重释放，而在Java中不 存在这个问题。而且，不能仅仅通过在这些技术中增加功能来解决双重释放的问题，因为双 重释放与搜索策略紧密相关，必须重新设计算法。其次，现有技术都是直接修改Java字节 码，而在C语言中必须修改源代码，因而可读性是一个重要的方面。因此，现有工作中的很 多技术不能被使用。例如，频繁地插入临时变量在源代码级别是不能被接受的。最后，Java 有垃圾回收器，任何未被释放的内存可以被其安全回收。而在C语言中，每个错误都是潜在 重要的错误，而且报告是否完全修复是重要的。上述技术都没有提供这些功能。处理内存泄漏使用最广泛的动态方法是垃圾回收机制，它给运行时带来 开销。也有动态检测内存泄漏的方法，它提供了在运行时泄漏的内存分配的 位置。然而，类似于静态检测技术，这些技术都无法提供帮助快速修复的有用信息。 一些研究人员意识到修复内存泄漏的重要性，并尝试从多个方面解决这个问题。 LEAKP0INT 试图提供帮助定位修复位置的信息，该信息不仅报告内存分配的位置，它也 报告内存引用丢失的位置或被最后一次使用的位置。然而，修复泄漏需要考虑所有路径，这 个信息并不足以保证自动生成修复。Rayside和Mendel 使用对象所有权的分析来寻找 和修复垃圾（内存被引用但从未被使用）。但是，正像名称所指出的，这个技术只能给出统计 报告，并不是自动修复。Xu等人 提出了使用三个不同等级的知识来帮助不了解计算机 程序的开发人员快速发现错误的根源。这份工作也不能自动修复内存泄漏。上述方法均依 赖动态分析，引入了运行时开销。 也存在关于其它内存相关错误的研究。例如，Caballero等人使用动态方法检 测释放后使用和双重释放的错误，Demsky和Rinard 使用基于规约的方法来自动修复数 据结构。这些工作与本专利技术不同，不处理内存泄漏，并且使用了动态方法。Fischer等人 提出基于语义的方法来修复文件打开/关闭和队列上溢/下溢错误。该方法关注语义，并 没有给出方法的有效性或高效性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于控制流图的内存泄漏自动修复技术。本专利技术能够保 证修复的正确性，修复正确性定义如下： 给定分配好的内存块c，一个正确的内存泄漏的修复是将一条释放语句s插入计 算机程序中，使得下面三个条件在任何一个s被执行的路径被满足 ： l.c在s之前被分配，s释放c。 2.没有其它释放c的释放语句。 3.在s的执行后没有其它c的引用，也就是说，c在插入点后死亡。 除了正确性，还要求尽早释放，这样当我们不需要使用内存块时，就将其释放。 本专利技术的技术方案如下： ，应用于计算机程序的内存泄露检测 和自动修复，包括如下步骤(参见图4): 第一步：制作计算机程序的控制流图，根据现有技术，即可将计算机程序转 换为控制流图； 第二步：根据所述控制流图进行内存泄露检测和修复，包括： _在控制流图上进行指针分析，并标注出分配结点和内存释放结点；_内存泄漏检测：将控制流图中的边分为一定发生内存泄漏、可能发生内存泄漏 和一定不发生内存泄漏三类； _内存泄漏修复：分析变量的活跃度，在控制流图中一定发生内存泄漏的边添加 修复代码； 第三步：利用在控制流图中记录的代码位置信息，将添加到图中的修复代码映射 回原计算机程序代码中。 优选的，所述的内存泄漏自动修复方法，包括如下步骤： 1)构造计算机程序的控制流图； 2)在控制流图上进行指针分析；同时，在控制流图中标注出分配结点、内存释放 结点；指针分析用于分析控制流图中指向同一块内存的指针；分析时，对于指针赋值语句， 将赋值语句左侧被赋值的指针加入右侧赋值的指针所在的别名集合，并将该左侧指针从原 集合中删掉；对于其他语句不进行操作；分析的结果是在控制流图中的每个结点前、后，都 提供指针的别名集合；3)内存泄漏检测：将控制流图中的边分为一定发生内存泄漏、可能发生内存泄漏 和一定不发生内存泄漏三类； 4)内存泄漏修复：在控制流图中一定发生内存泄漏的边添加修复代码；添加修复 代码有三个条件：a)在该边存在指向该内存块的指针；b)该边是"一定发生内存泄漏"这一 类的边；c)在该边指向该内存块的指针是不活跃的；迭代运行步骤3)和4)，直到不能再提 供更多修复为止； 5)将控制流图映射回代码：利用在控制流图中记录的代码位置信息，将添加到控 制流图中的修复代码映射回原计算机程序代码中。 本专利技术的有益效果：开发者可以使用本专利技术所述的方法自动修复计算机程序的内 存泄漏，而不必担心修复错误或引入新错误。【附图说明】 图1内存泄漏代码示例。图1中，第1行分配了内存，但在第27和29行计算机程 序返回时没有释放内存，因而发生内存泄漏。本修复工具可在26、27行之间，以及27、28行 之间加入修复，释放array指向的内存块。 图2示例代码对应的控制流图示例。其中，椭圆代表计算机程序中的语句，有向边 代表计算机程序控制流的流向。有向边上的和"〇"分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于控制流图的内存泄漏自动修复方法，其特征是，包括如下步骤：第一步：制作计算机程序的控制流图；第二步：根据所述控制流图进行内存泄露检测和修复，包括：‑在控制流图上进行指针分析，并标注出分配结点和内存释放结点；‑内存泄漏检测：将控制流图中的边分为一定发生内存泄漏、可能发生内存泄漏和一定不发生内存泄漏三类；‑内存泄漏修复：分析变量的活跃度，在控制流图中一定发生内存泄漏的边添加修复代码；第三步：利用在控制流图中记录的代码位置信息，将添加到图中的修复代码映射回原计算机程序代码中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高庆，熊英飞，张路，谢冰，梅宏，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11