PURITY ANS SIDE EFFECT ANALYSIS FOR JAVA PROGRAMS

Alexandre D. Salcianu and Martin C. Rinard

Definiciones

Un método es puro si no “muta” ninguna locación existente en el estado correcto anterior a la invocación del método.

Para qué?

Cómo input para algunos análisis de programas

Para entender y documentar el programa

Para reducir el trabajo de los model checkers

Idea

Método para analizar la pureza de programas Java (no anotados).

Construido sobre una mejora de “combined pointer and escape analysis method” (Rinard-Whaley)

Chequea si un método es puro, en el sentido de que no cambia ningún objeto existente en el pre-estado.

Mejoras

Se distingue entre objetos existentes en el pre-estado y objetos nuevos (creado por el método)

La información adicional generada por el método sirve para identificar información útil sobre efectos colaterales.

El método fue probado (correctitud), implementado y utilizado en variedad de tareas.

Generalizaciones de Pureza Parámetros Read-Only : el método no

cambia ningún objeto alcanzable desde el parámetro.

Parámetros Seguros (safe): parámetros read-only el método no crea ningún camino externo

visible en el heap hacia objetos alcanzables desde el parámetro.

Resumen hasta acá

Análisis para detectar métodos puros en programas Java no anotados

Presenta mejoras con respecto a análisis anteriores Permite la alocación de objetos nuevos

en el heap Detecta parámetros read-only y safe.

Revisión del análisis

Para cada método m y cada punto del programa dentro de m el análisis computa un points-to graph que modela la parte del heap que el método m accede antes de ese punto.

Revisión del análisis

Un objeto “escapa” si es alcanzable desde afuera del método analizable (ej: desde uno de los parámetros)

En otro caso, el objeto está “capturado”

Un eje externo siempre termina en un load node

Revisión del Análisis Para cada método m el análisis

computa un conjunto Wm que contiene los campos abstractos modificados que son visibles externamente.

Un campo abstracto es un campo para un nodo específico.

Revisión del Análisis

El análisis examina métodos empezando desde las hojas.

Se realiza sin conocer el contexto en que se llamó el método.

Obtiene un único resultado parametrizable El resultado es luego instanciado en cada

lugar que se invoque el método m. Normalmente, el análisis procesa cada

método una única vez. Métodos recursivos requieren varias pasadas

hasta llegar a un punto fijo.

Ejemplo: Cell Constructor

Ejemplo: List.add

Descanso??????

Continuando el Análisis Cada points-to graph registra los nodos

que “escapan globalmente” , es decir, aquellos nodos que son potencialmente accesibles por código que desconocemos.

Cualquier nodo alcanzable desde estos nodos también escapa globalmente

El análisis debe ser muy conservativo con respecto a estos nodos, en particular, porque pueden ser mutados por código no conocido.

Se utiliza un nodo especial para otros nodos desconocidos que escapan globalmente

Análisis Intraprocedural

Análisis Interprocedural Por cada llamada (call) del tipo

vR = v0.s(v1, … , vj)

el análisis usa el points-to graph G anterior a la llamada y el points-to graph Gcalle (gráfico final del método invocado) para computar un points-to graph posterior a la invocación del método.

Si hay múltiples posibles invocaciones, el análisis las considera a todas y mergea el conjunto de resultados de los points to graph

Paso 1

El análisis computa un mapeo, que relaciona los parámetros y los nodos cargados del método invocado, con los nodos que representan

Incluir gráfico

Paso 2

Análisis de Efectos

Este análisis se realiza sobre el análisis descripto anteriormente.

El análisis propaga efectos interprocedurales de las siguiente forma: cuando el análisis del método m encuentra una invocación, se utiliza el mapeo de nodos intraprocedural para proyectar los efectos del método invocado e incluir esos efectos en el conjunto Wm.

ANNOTATIONS FOR (MORE)PRECISE POINTS-TO ANALYSIS

Diego Garbervetsky, Mike Barnett, Manuel Fähndrich, Francesco Logozzo

Objetivos

Extender el análisis de grafos Points-to para .NET (parámetros por referencia y estructuras).

Incrementar la precisión en el análisis de efectos de métodos no analizables.

Definiciones

Un método es no analizable si su código no está disponible.

Un método es débilmente puro si no “muta” ninguna locación existente en el estado correcto anterior a la invocación del método.

El problema

List<int> Copy(IEnumerable<int> src)

{

List<int> l = new List<int>();

IEnumerator<int> iter = src.GetEnumerator();

while (iter.MoveNext()){

int x = iter.get_Current();

l.Add(x);

}

return l;

}

Salcianu

No puede analizar llamadas a métodos de interfaces: src podría escapar a cualquier posición

en memoria El método tiene una (potencial) escritura

a cualquier posición accesible, como las variables estáticas.

Extensiones para .NET

Address nodes: representan objetos y estructuras.

Un address node que representa un objeto tiene ejes salientes con etiqueta *.

Un address node para valores de estructuras tiene un eje saliente por campo (la etiqueta es el nombre del campo).

Ejemplo: v1 = v2

Ejemplo: v1 = v2

Ejemplo: v1 = v2

Métodos no analizables

Métodos analizables: se matchea las escrituras y lecturas en los load nodes con los nodos del llamador.

A diferencia de los métodos analizables, los efectos en estos pueden no mapear directamente con el grafo del método llamador.

Extensiones para métodos no analizables (nodos) Omega nodes (ω): modelan el

conjunto de nodos alcanzables desde ese nodo.

Omega Confined nodes (ωC): subcojunto de ω. Son nodos ω que representan solo aquellos alcanzables por los campos propios del llamador.

Un campo f es propio de la clase T si el objeto O de tipo T posee el objeto apuntado por su campo f.

Extensiones para métodos no analizables (ejes) Ejes “?”: eje desconocido.

Representan cualquier campo.

Ejes “$”: campos no propios. Permite distinguir entre referencias a objetos que pueden ser escritos por el método y los que únicamente pueden ser leídos.

Matcheo interprocedural

Matcheo con ω: calculamos el conjunto de nodos (del llamador) alcanzables desde este, y finalmente todos los load nodes se convierten en ω.

Matcheo con ωC: consideramos solo caminos que pasan por los ejes “?” y los ejes propios. Rechazamos los que contienen ejes “$”.

Ejemplo: omega nodes

Ejemplo: omega nodes

Ejemplo: omega nodes

Anotaciones