基于回放分析的并發(fā)錯誤重現(xiàn)與檢測.pdf

1、隨著多線程等并發(fā)技術(shù)的發(fā)展,多線程編程技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于實際中。多線程技術(shù)通過提高CPU的利用率,減少資源的浪費,從而大大提高了程序執(zhí)行的效率。各種編程語言,如Java, C++等,也提出了各自的并發(fā)編程模型。這些并發(fā)編程模型,也被越來越多地應(yīng)用于實際的開發(fā)之中,并且被證明可以極大地提高程序運行速度。但是與此同時,并發(fā)程序也由于其執(zhí)行行為的不確定性,在發(fā)生錯誤后很難被開發(fā)人員定位；而錯誤發(fā)生后也往往需要花費開發(fā)人員大量的時間來重現(xiàn)

2、錯誤發(fā)生的場景。典型的如數(shù)據(jù)競爭(Data Race),死鎖(Deadlock)以及操作原子性的違反(Atomicity Violation),這些并發(fā)程序獨有的錯誤大大增加了測試及修正并發(fā)程序的難度?；谝陨蠋c,很大一部分傳統(tǒng)的程序測試方法在并發(fā)程序中并不適用。而線程間調(diào)度的不可確定性,也對并發(fā)程序的測試提出了新的要求。為了更加方便地調(diào)試并發(fā)程序,記錄及回放(Record & Replay)的方法被引入到了并發(fā)程序的測試之中。對于并

3、發(fā)程序的記錄及回放,目前存在兩種方法：基于內(nèi)容(Content-based)的以及基于順序(Order-based)的方法?；趦?nèi)容的方法可以準(zhǔn)確地重現(xiàn)對于內(nèi)存的讀寫內(nèi)容,而基于順序的方法則關(guān)注于線程間(inter-thread)事件的執(zhí)行順序。這兩種方法有各自的優(yōu)點及局限性：基于內(nèi)容的方法由于內(nèi)存讀寫數(shù)量的巨大,往往會生成過大的記錄文件；而基于順序的記錄回放方法則需要線程執(zhí)行過程中準(zhǔn)確地重現(xiàn)線程間所有事件的執(zhí)行順序。對于并發(fā)程序中的程

4、序錯誤(Software Bugs),目前已有的方法主要是通過長時間的壓力測試(Stress Testing)重現(xiàn)錯誤。但是這樣的方法除了需要耗費大量的時間以外,也無法保證能重現(xiàn)特定的并發(fā)錯誤?；谝陨系男枨?本文特別關(guān)注于并發(fā)程序中對于程序錯誤的記錄及確定性的回放。使用Soot對Java字節(jié)碼進(jìn)行插裝,將在原始程序的基礎(chǔ)上生成兩個版本的程序：記錄及回放版本。運行記錄版本的程序,將在程序運行同時記錄下線程間事件的執(zhí)行邏輯順序。通過研究及

5、擴展單線程程序錯誤重現(xiàn)架構(gòu),本文提出了工具ConCrash以在并發(fā)程序崩潰后自動生成多線程的測試用例以及程序運行的邏輯時鐘順序記錄文件。通過運行這些測試用例并調(diào)用回放版本的程序,并發(fā)程序的崩潰場景可以被確定性地重現(xiàn)。本文的主要貢獻(xiàn)在于以下幾點：提出了一個輕量級及可擴展的對于多線程程序錯誤的捕捉重現(xiàn)技術(shù),并可以同時與其他靜態(tài)分析的前端技術(shù)相結(jié)合。實現(xiàn)了基于Java語言的原型,ConCrash,并且可以在程序崩潰后自動生成模擬多線程場景的J