프로그래밍 언어와 프로그램 오류 자동 검출 기술Automatic Technology for Detecting Fatal SW Errors Before Testing 이광근 교수 Programming Research Laboratory ropas.snu.ac.kr 11/07/2007 @ POSTECH CSE Seminar Thank you. Good afternoon. This work was done with ~

Content What Challenges Us & How We Responded Within SW Technology Within Programming Language Technology What An Exciting Opportunities Ahead!

Is CSE Advanced? How Much?

CSE Is NOT Advanced At All

컴퓨터 하드웨어의 발전속도? 1946 ENIAC 1997 Intel Teraflops 2002 IBM ASCI White

다른 분야의 발전속도도 비슷했습니다

에너지 1980년 원자력발전소1기 1899년 하인1명 hp hp

교통 Boeing Delta-II Rocket 가마 j j

SWs Are Everywhere So, We Are As Advanced As Other Disciplines SWs Are Everywhere So, We Are As Advanced As Other Disciplines? No, Fortunately.

소프트웨어 기술의 발전은 얼마나 느린가? Open Problem: 작성한 소프트웨어가 제대로 실행될 지를 소프트웨어 기술의 발전은 얼마나 느린가? Open Problem: 작성한 소프트웨어가 제대로 실행될 지를 미리 엄밀하게 확인하는 방법은? 다른 분야에서는 이미 푼 문제: 기계공학: 제대로 작동할 지를 미리 검증할 수 있는 기계설계 건축공학: 제대로 서 있을 지를 미리 검증할 수 있는 건축설계 화학공학: 제대로 진행될 지를 미리 검증할 수 있는 공정설계 전자공학: 제대로 작동할 지를 미리 검증할 수 있는 회로 설계 뉴튼역학, 미적분 방정식, 통계역학, XX이론, XX방정식 등등

SW Bugs Are Everywhere WE Should Provide A Solution

소프트웨어 오류 자동 검출의 발달과정 3박자 1. 오류의 정의(logic) 2. 검증방법 고안(logic) 3. 그 방법을 구현(logic and computation) 오류 자동 검출 방법의 연구 = 3박자의 반복된 발전과정

오류 자동 검출 프로그램: 1세대 문법 검증기: lexical analyzer & parser (80년대 초에 완성) 1. 오류 = 프로그램 생김새 틀린것 “{intt x = 8*) }” 2.3. 100% 검증: 오류없슴 <=> 문법이 맞음

오류 자동 검출 프로그램: 2세대 타입 검증기: type checker (30년 PL분야의 결실) 1. 오류 = 타입에 어긋나게 실행된다 “ free(1);” 2. Thm. “검증됨”(logic) => “오류없슴” 3. Thm. “검증됨”(logic) <=> “YES”(computation) 효과적인 검증기 (10000 lines/sec) 전자동 higher-order & typed(HOT) languages: ML, Haskell v.s. C, C++, Java, Python

오류 자동 검출 프로그램: 3세대 프로그램분석기: static program analysis (2000년이후) 1. 오류 = 타입보다 더 정교한 오류 “라면끓이기(신, 물, 불);” 2. Thm. “검증됨”(logic) => “오류없슴” 3. Thm. “검증됨”(logic) <= “YES”(computation) 현재성능 (10-10000lines/sec) 전자동

Open Problem 소프트웨어가 실행되기 전에 우리가 바라는대로 실행될 지를 엄밀하게 미리 확인해주는 기술은? no core dump/segmentation fault no buffer overrun no memory leak “x.s > 0 at line 321” “notNull(y) whenever x = 0” etc. 엄밀하게 미리 확인해주는 기술은?

3rd Gen. Solution: Static Program Analysis 프로그램의 실행 내용을 실행전에 자동으로 안전하게 어림잡는 일반적인 기술 “static analysis” “정적분석” “프로그램분석”

“일반적”: 소스 언어와 분석가능한 성질이 무제한 “실행전”: 프로그램을 실행시키지 않고 “자동으로”: 프로그램이 프로그램을 분석 “안전하게”: 모든 가능성을 포섭 “어림잡는”: 실제 이외의 것들이 포함됨 어림잡지 않으면 불가능 “일반적”: 소스 언어와 분석가능한 성질이 무제한 C, C++, C#, Java, ML, UML, JVM, x86, bits, etc. buffer overrun? memory leak? x=y at line 2? notNull(x) whenever y.s=0?

테스트와 다른점 테스트는 SW 를 실행시킬 수 있을 때 까지 기다려야 테스트는 찾고자 하는 오류를 모두 찾을 수 없음 프로그램 분석기(static program analyzer)는 SW를 실행시키지 않고 타겟 오류의 위치를 자동으로 찾아줌 SW의 소스만 준비되면 됨

정적분석이론 대상 언어 L 디자인 구현 ropas.snu.ac.kr/~kwang/4541.664A/07 분석기: L_PGM --> 분석결과 모든 L 프로그램 pgm에 대해서 모든실행성질(pgm) < 분석기(pgm) 구현 많은 엔지니어링: cost-accuracy tradeoff, scalability ropas.snu.ac.kr/~kwang/4541.664A/07

SW오류 검증 기술의 진화 자동증명기술 정적분석기술 Sparrow 1.0 테스트기술 효용 및 성숙도 1980s 1990s 효용 및 성숙도 coverity.com polyspace.com Sparrow 1.0 테스트기술 1980s 1990s 2000s 2010s

Sparrow 1.0 이론: Semantic-based Static Analysis 타겟 소스언어 타겟 오류 C, C++ ANSI, GNU, MS, ARM, etc. 타겟 오류 buffer overrun memory leak uninitialized access

spa-arrow.com

Other Players coverity.com polyspace.com grammatech.com Stanford U., 미국시장에서 활발, ’05 국내 진출 polyspace.com Ecole Polytech., 유럽시장에서 활발, ’06 국내 진출 grammatech.com U. of Wisconsin-Madison, 미국정부시장, ’07 국내 진출 기타 (분석기술 미흡: “shallow” analysis) fortify, klocwork, secure, seque, wily 기존의 runtime tools 상용 PurifyPlus, Parasoft Insure++, Trace32, WinDBG, … 공개SW Valgrind …

BMT Results (by S company) S사 내부 소스코드 오류분석의 BMT결과 총 약 200만 라인 C코드 분석 Sparrow만 찾을 수 있는 오류 다수 존재 Prevent Sparrow 11 6 19 7 2 3 11 K7 찾은 실제 오류의 수

BMT Results (by D company) 약 70만 라인 상용 OS source (Linux-base) buffer overrun memory leak 75 81 69 22 24 25 CodeSonar Sparrow CodeSonar Sparrow

BMT Result (Open Source)

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