软件崩溃自动化分析的关键技术研究

Software crash is one of severe manifestation of software bugs. It typically will terminate the software abnormally and sometimes even lead to security issues. However, due to the limited human resource and cost in software maintenance, as well as the lack of automated crash analysis techniques, software crashes still cannot be promptly resolved. The goal of this project is to explore the automated software crash analysis techniques that can be directly deployed in the production software. This study will facilitate the reduction of software maintenance cost and the improvement of the software reliability and security. The proposed study will mainly focus on two research problems. First, we will study what kind of crash data is more informative in crash analysis, and how to collect such data. The key challenge is that, the collected crash data should guarantee not only the analysis capability, but also the user privacy. Meanwhile, the way to collect it should not affect the software usage and performance. Second, we will study the automated fault localization techniques for software crashing bugs which can provide developers with the contextual clues for debugging. The key challenge is that, we should provide not only the precise location of the error code, but also the cause and effect chain that lead to the crash. By resolving these two key problems, we will develop a series of automated software crash analysis techniques. This research will be valuable in both academia and practice, due to the importance of software reliability and security nowadays.

软件崩溃是一类影响严重的软件缺陷。它通常会使软件非正常地中断，甚至会导致严重的软件安全问题。但是，由于软件维护的人力和成本的有限，软件崩溃仍然无法快速和有效地解决。本项目旨在探索和研究可在工业环境中使用的软件崩溃自动化分析技术，以此节省软件维护成本，提高软件可靠性和安全性。具体研究内容包括两个方面：（1）研究可用于分析软件崩溃的数据类型和收集方法。其难点在于，可适用于工业级软件的崩溃数据，不仅需要能够提高诊断分析的成功率，并且不能泄露用户隐私数据，收集数据的方法不能影响软件的正常使用和执行效率等。（2）研究可提供开发人员理解上下文的软件崩溃缺陷定位技术。其难度在于，我们不仅需要精确地定位错误的代码位置，而且需要提供产生缺陷的根源的因果链。我们将针对上述的两个研究难点，研究一系列自动化软件崩溃分析技术。在软件可靠性和安全性日益重要的今天，本项目的实施具有重要的实践意义和研究价值。

软件崩溃是一类影响严重的软件缺陷。它在现有的各种软件系统中十分普遍，通常会使软件非正常地中断，甚至会导致严重的软件安全问题。尽管工业界对软件崩溃非常重视，然而目前尚缺乏有效的、实用的自动化分析方法。而学术界的许多相关的研究工作尚不足以满足工业级软件的实用需求，无法被应用。因此，探索和研究适用于工业级软件的软件崩溃自动化分析技术，对于保证软件的可靠性和安全性有着非常重要的意义。...本课题以编译构建系统和应用软件系统为研究场景，围绕软件崩溃错误为研究对象，开展了三方面的具体研究：（1）研究可用于编译构建系统崩溃错误的检测技术，探索了编译构建系统崩溃错误所需的诊断数据类型，并设计和实现了轻量级的编译构建过程监控方法，不仅能够保证诊断分析的成功率，并且诊断数据收集的时间开销比最新的研究技术快6.13倍。（2）研究可用于应用软件的测试环境下检测崩溃错误的模糊测试技术，创新性地提出了一种可加快测试效率的测试断言插桩方法，以及增量式的模糊测试方法。（3）研究可提供开发人员理解上下文的软件崩溃缺陷定位技术，从大量的实证研究中挖掘出软件库中的变更提交数据是一类高效的易于开发人员理解错误根源的有效数据，设计和实现了一类有效定位缺陷错误代码和变更的定位技术；设计和实现了系列的基于稀疏值流的静态漏洞检测技术，可针对不同类型的崩溃错误的根源进行建模和检测。本课题的研究成果，最终形成了系列的自动化软件崩溃分析技术。在软件可靠性和安全性日益重要的今天，本项目的实施具有重要的实践意义和研究价值。