<p>Det här examensarbetet är baserat på idéer ur ett uppdrag från företaget Saab Aerotech men är ett eget arbete.</p><p>Målet var att undersöka om det finns behov av ett verktyg som statiskt kan detektera dynamiska minneshanteringsproblem, som till exempel minnesläckage, i applikationer skrivna i C/C++. På grund av att minneshanteringsfel i C/C++ länge har varit ett känt problem undersökte vi detta och de befintliga lösningarna till det.</p><p>Vi fann två metoder till lösningar som de flesta verktyg använde sig av; statisk och dynamisk detektering. De flesta verktyg löste problemet genom att dynamiskt detektera minnesläckor och andra brister som till exempel buffer overflows. Ett verktyg löste dock problemet genom att statisk detektera minneshanteringsfel i källkoden för applikationerna. Eftersom alla befintliga lösningar har någon form av ineffektivitet så har vi undersökt möjligheten att utveckla ett mer effektivt verktyg. Vi har kommit fram till att denna möjlighet finns men det kräver enormt mycket tid och arbete att göra ett komplett verktyg som detekterar minneshanteringsfel statiskt.</p><p>Vår prototyp detekterar dynamiska minneshanteringsproblem i källkoden statiskt. Vi har använt oss av hjälpverktygen Flex och Bison för att utveckla vår prototyp av verktyget. Prototypen kan analysera källkod skriven i programspråken C och C++ och klarar att detektera minnesläckage, felaktiga avallokeringar av minne, dangling pointers, samt läsning från och skrivning till ogiltiga minnesområden. På grund av tidsbrist har vi i nuläget inte implementerat något stöd för klasser och objekt i prototypen.</p> / <p>This bachelor’s project is our own project, but it is based on ideas from an assignment from the Saab Aerotech company.</p><p>The goal was to investigate if there is a need for a tool that statically can detect dynamic memory management errors, such as memory leaks, in applications written in C/C++. Since the problem of memory management errors in the C/C++ languages has been known for a long time, we decided to investigate this and the existing solutions.</p><p>We found that most tools used two methods as solutions; static and dynamic detection. Most of these tools solve the problem by dynamically detecting memory leaks and other deficiencies such as buffer overflows. However, one of these tools used static detection of these deficiencies by scanning the source code of the applications. Since all the existing solutions have some kind of inefficiency, we have investigated the possibility to develop a more efficient tool. We concluded that this is possible but it will take a lot of time and effort to implement a complete tool that statically detects memory management errors.</p><p>Our prototype statically detects dynamic memory management problems in the source code. We have used the tools Flex and Bison to develop our prototype of a static detection tool. The prototype analyzes source code written in the programming languages C and C++ and is capable of detecting memory leaks, invalid deallocations of memory, dangling pointers and reading from and writing to invalid memory areas. Currently, due to lack of time, we have not implemented any support for classes and objects in the prototype.</p>

Det här examensarbetet är baserat på idéer ur ett uppdrag från företaget Saab Aerotech men är ett eget arbete. Målet var att undersöka om det finns behov av ett verktyg som statiskt kan detektera dynamiska minneshanteringsproblem, som till exempel minnesläckage, i applikationer skrivna i C/C++. På grund av att minneshanteringsfel i C/C++ länge har varit ett känt problem undersökte vi detta och de befintliga lösningarna till det. Vi fann två metoder till lösningar som de flesta verktyg använde sig av; statisk och dynamisk detektering. De flesta verktyg löste problemet genom att dynamiskt detektera minnesläckor och andra brister som till exempel buffer overflows. Ett verktyg löste dock problemet genom att statisk detektera minneshanteringsfel i källkoden för applikationerna. Eftersom alla befintliga lösningar har någon form av ineffektivitet så har vi undersökt möjligheten att utveckla ett mer effektivt verktyg. Vi har kommit fram till att denna möjlighet finns men det kräver enormt mycket tid och arbete att göra ett komplett verktyg som detekterar minneshanteringsfel statiskt. Vår prototyp detekterar dynamiska minneshanteringsproblem i källkoden statiskt. Vi har använt oss av hjälpverktygen Flex och Bison för att utveckla vår prototyp av verktyget. Prototypen kan analysera källkod skriven i programspråken C och C++ och klarar att detektera minnesläckage, felaktiga avallokeringar av minne, dangling pointers, samt läsning från och skrivning till ogiltiga minnesområden. På grund av tidsbrist har vi i nuläget inte implementerat något stöd för klasser och objekt i prototypen. / This bachelor’s project is our own project, but it is based on ideas from an assignment from the Saab Aerotech company. The goal was to investigate if there is a need for a tool that statically can detect dynamic memory management errors, such as memory leaks, in applications written in C/C++. Since the problem of memory management errors in the C/C++ languages has been known for a long time, we decided to investigate this and the existing solutions. We found that most tools used two methods as solutions; static and dynamic detection. Most of these tools solve the problem by dynamically detecting memory leaks and other deficiencies such as buffer overflows. However, one of these tools used static detection of these deficiencies by scanning the source code of the applications. Since all the existing solutions have some kind of inefficiency, we have investigated the possibility to develop a more efficient tool. We concluded that this is possible but it will take a lot of time and effort to implement a complete tool that statically detects memory management errors. Our prototype statically detects dynamic memory management problems in the source code. We have used the tools Flex and Bison to develop our prototype of a static detection tool. The prototype analyzes source code written in the programming languages C and C++ and is capable of detecting memory leaks, invalid deallocations of memory, dangling pointers and reading from and writing to invalid memory areas. Currently, due to lack of time, we have not implemented any support for classes and objects in the prototype.

Memory management errors in concurrent software running on multi-core architectures can be difficult and costly to detect and repair. Examples of errors are usage of uninitialized memory, memory leaks, and data corruptions due to unintended overwrites of data that are not owned by the writing entity. If memory management errors could be detected at an early stage, for example when using a simulator before the software has been delivered and integrated in a product, significant savings could be achieved. This thesis investigates and develops methods for detection of usage of uninitialized memory in software that runs on a virtual hardware platform. The virtual hardware platform has models of Ericsson Radio Base Station hardware for baseband processing and digital radio processing. It is a bit-accurate representation of the underlying hardware, with models of processors and peripheral units, and it is used at Ericsson for software development and integration. There are tools available, such as Memcheck (Valgrind), and MemorySanitizer and AddressSanitizer (Clang), for memory management error detection. The features of such tools have been investigated, and memory management error detection algorithms were developed for a given processor’s instruction set. The error detection algorithms were implemented in a virtual platform, and issues and design considerations reflecting the application-specific instruction set architecture of the processor, were taken into account. A prototype implementation of memory error presentation with error locations mapped to the source code of the running program, and presentation of stack traces, was done, using functionality from a debugger. An experiment, using a purpose-built test program, was used to evaluate the error detection capability of the algorithms in the virtual platform, and for comparison with the error detection capability of Memcheck. The virtual platform implementation detects all known errors, except one, in the program and reports them to the user in an appropriate manner. There are false positives reported, mainly due to the limited awareness about the operating system used on the simulated processor / Minneshanteringsfel i parallell mjukvara som exekverar på flerkärniga arkitekturer kan vara svåra att detektera, samt kostsamma att åtgärda. Exempel på fel kan vara användning av ej initialiserat minne, minnesläckage, samt att data blir överskrivna av en process som inte är ägare till de data som skrivs över. Om minneshanteringsfel kan detekteras i ett tidigt skede, t ex genom att använda en simulator, som körs innan mjukvaran har levererats och integrerats i en produkt, skulle man kunna erhålla signifikanta kostnadsbesparingar. Detta examensarbete undersöker och utvecklar metoder för detektion av ej initialiserat minne i mjukvara som körs på en virtuell plattform. Den virtuella plattformen innehåller modeller av delar av den digitala hårdvara, för basband och radio, som finns i en Ericsson radiobasstation. Modellerna är bit-exakta representationer av motsvarande hårdvarublock, och innefattar processorer och periferienheter. Den virtuella plattformen används av Ericsson för utveckling och integration av mjukvara. Det finns verktyg, exempelvis Memcheck (Valgrind), samt MemorySanitizer och AddressSanitizer (Clang), som kan användas för att detektera minneshanteringsfel. Egenskaper hos sådana verktyg har undersökts, och algoritmer för detektion av minneshanteringsfel har utvecklats, för en specifik processor och dess instruktioner. Algoritmerna har implementerats i en virtuell plattform, och kravställningar och design-överväganden som speglar den tillämpnings-specifika instruktionsrepertoaren för den valda processorn, har behandlats. En prototyp-implementation av presentation av minneshanteringsfel, där källkodsraderna samt anropsstacken för de platser där fel har hittats pekas ut, har utvecklats, med användning av en debugger. Ett experiment, som använder sig av ett för ändamålet utvecklat program, har använts för att utvärdera feldetektions-förmågan för de algoritmer som implementerats i den virtuella plattformen, samt för att jämföra med feldetektions-förmågan hos Memcheck. De algoritmer som implementerats i den virtuella plattformen kan, för det program som används, detektera alla kända fel, förutom ett. Algoritmerna rapporterar också falska felindikeringar. Dessa rapporter är huvudsakligen ett resultat av att den aktuella implementationen har begränsad kunskap om det operativsystem som används på den simulerade processorn.