一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及计算机软件安全分析领域，提供一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法，所述方法包括如下步骤：截获C/C++源程序中动态内存的内存管理函数；在截获的内存管理函数中加入监测代码，分析程序所申请的内存资源，推测出内存泄露的原因并进行监控；依据Valgrind工具内存泄露的规则，确定系统中应用程序内存泄露的原因并最终给出分析报告。本发明专利技术可动态检测C/C++源程序中内存错误的问题，从而解决静态分析技术的缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机软件安全分析领域，尤其涉及一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法及系统。
技术介绍
C++因其灵活性、高效性等特点一直以来都是主流程序设计语言之一。它与Java等高级语言相比，在编程中程序员需要自己管理内存，并对程序中所涉及的内存操作有很清晰的认识。内存问题很难让人察觉，特别是内存泄漏，它不同于其他内存错误，如多次释放、野指针、或者是数组越界等容易暴露出来，内存泄漏错误一般隐藏得比较深，在数万行的代码之中寻找内存泄漏无异于大海捞针。因此借助内存分析工具来检验内存错误是非常具有实用价值的，不仅能够提高软件的质量，还能缩短软件的开发周期。一般地，内存泄漏的检测方法分为两大类，一类是静态检测方法，另一类是动态检测方法。静态检测方法通过分析程序源代码，模拟所有可能执行路径，判定程序可能执行路径中存在的安全缺陷。这种方法无需实际执行程序，克服了动态分析性能开销较大的问题，但是由于静态分析无法精确判断程序的输入、环境变量等信息，模拟执行路径中可能存在不可行路径。因此，静态分析方法较高的误报率是至今未解的一个重要难题。动态检测方法主要原理是在程序中进行动态内存分配时，在堆中作以标记。当程序退出并释放所有已分配的内存时，检查堆上残留的对象，这些残留的对象就是程序中泄漏的内存。这种分析方法能够直接发现实际发生的程序缺陷。但是，动态特性要求实际执行程序引入较大性能和时间开销，另外由于程序执行的路径覆盖存在死角，检测结果完备性不足，漏报率较高。动态检测法的实现主要有以下几种方法：第一种方法是通过重新编写编译器来实现。重新编写编译器需要花费大量的时间，而且需要的人力和物力代价也很高。因此，几乎没有采用该种方法来完成C++内存泄露检测的工具。第二种方法是对源代码进行修改，通过语法分析和语义分析，插入监测代码，将原始的源代码转换为新的源代码。该种方法虽然实现的代价比较低，但是由于源代码的转换需要人工参与，自动化程度
低，而且得出的结果不太理想，该种方法的应用范围也不太广泛。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术，以便提供一种克服上述问题或至少部分地解决上述问题的一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法及系统。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法，所述方法包括如下步骤：截获C/C++源程序中动态内存的内存管理函数；在截获的内存管理函数中加入监测代码，分析程序所申请的内存资源，推测出内存泄露的原因并进行监控；依据Valgrind工具内存泄露的规则，确定系统中应用程序内存泄露的原因并最终给出分析报告。进一步的，通过Valgrind工具提供的相关API获取所述内存管理函数的控制权。进一步的，所述监测代码为内存信息块，所述内存信息块记录所述内存管理函数中所涉及的内存相关信息，所述内存相关信息包括内存的大小，返回给用户内存块首地址、申请的时间、当前堆栈中最近几层函数的调用地址。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于动态检测C/C++内存泄露的系统，所述系统包括内存管理函数接口模块、内存信息块管理模块、内存泄露检测模块和日志输出模块，其中：所述内存管理函数接口模块，用于对C/C++源程序中内存管理函数进行捕获和记录，从而获得这些函数的控制权；所述内存信息块管理模块，用于记录C/C++源程序中申请或释放的动态内存块的相关信息的数据结构；所述内存泄露检测模块，用于对内存泄露的类型进行检测；所述日志输出模块，用于输出内存泄露错误信息并提供可以定位到内存泄露具体位置的信息。进一步的，所述内存管理函数接口模块，具体通过截获C/C++程序中对应的符号信息来获取到该函数的控制权限。进一步的，每一个函数族都有一个完全属于本函数族的内存信息块链表，所有的函数族表头都链成一个链表，由全局指针索引；同时，采用生命周期法需要将程序中
分配的所有内存信息块统一进行分组管理，以执行到内存分配函数时当前堆栈中的最近五层函数返回地址作为关键字进行分组。进一步的，在系统截获申请函数后，将内存信息块加入管理列表，具体流程包括：记录当前分配时间，将当前堆栈中的最近五层函数返回地址的异或值作为组号，判断该组号是否存在，如果存在，则将内存信息块加入该组并更新该组的相关信息；否则，将申请组结点空间并初始化，将该组结点加入内存信息块管理列表中，同时将内存信息块加入该组，并设置该组的相关信息。进一步的，在系统截获释放函数后，将内存信息块从管理列表中删除，具体流程包括：通过内存块管理信息中记录的组号，找到该内存块所在的组；计算当前内存块的生存时间，判断该内存信息块的生存时间是否大于该组所保存的最大生命周期，如果是，则将该组中最大生命周期更新为当前内存块的生存周期后，将该内存信息块从该组中删除；否则，直接将该内存信息块从该组中删除。进一步的，当一个内存块的生存周期大于所在组中最大生命周期的两倍则将该块内存标记为疑似泄漏；在C/C++程序结束以后检测各个函数族中是否还有没有释放的内存信息块，如果有则表示存在内存泄漏，报告内存泄漏错误，内存泄漏类型是确定泄漏。进一步的，所述系统还包括应用程序函数调用跟踪模块，用于在加入监测代码后，对动态内存使用情况进行跟踪，并将动态内存使用信息输出给内存信息块管理模块。本专利技术可动态检测C/C++源程序中内存错误的问题，从而解决静态分析技术的缺陷。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种实施例的一种用于动态检测C/C++内存泄露方法的流程示意图。图2为本专利技术一种实施例的一种用于动态检测C/C++内存泄露系统的框架示意图。图3为本专利技术一种实施例的一种用于动态检测C/C++内存泄露系统的功能结构示意图。图4为本专利技术一种实施例的一种用于动态检测C/C++内存泄露系统在加入内存信
息块时的处理流程示意图。图5为本专利技术一种实施例的一种用于动态检测C/C++内存泄露系统在删除内存信息块时的处理流程示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细的描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能更透彻的理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术的动态检测方法是对中间代码进行修改，即在编译或链接阶段插入监测代码。这种方法的实现代价介于现有技术中提到的第一种方法和第二种方法之间，而且自动化程度很高，得出来的结果比较令人满意。Valgrind工具的检测原理是通过修改可执行文件来进行内存泄露检测，所以不需要重新编译程序。但它并不是在执行前对可执行文件和所有相关的共享库进行一次性修改，而是和应用程序在同一个进程中运行，动态地修改即将执行的下一段代码。Valgrind是插件式设计的，它的Core部分负责对应用程序的整体控制，并把即将修改的代码，转换成一种中间格式，这种格式类似于RISC指令，然后把中间代码传给插件。插件根据要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法，所述方法包括如下步骤：截获C/C++源程序中动态内存的内存管理函数；在截获的内存管理函数中加入监测代码，分析程序所申请的内存资源，推测出内存泄露的原因并进行监控；依据Valgrind工具内存泄露的规则，确定系统中应用程序内存泄露的原因并最终给出分析报告。

【技术特征摘要】
1.一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法，所述方法包括如下步骤：截获C/C++源程序中动态内存的内存管理函数；在截获的内存管理函数中加入监测代码，分析程序所申请的内存资源，推测出内存泄露的原因并进行监控；依据Valgrind工具内存泄露的规则，确定系统中应用程序内存泄露的原因并最终给出分析报告。2.根据权利要求1所述的一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法，其特征在于：通过Valgrind工具提供的相关API获取所述内存管理函数的控制权。3.根据权利要求1所述的一种用于动态检测C/C++内存泄露的方法，其特征在于：所述监测代码为内存信息块，所述内存信息块记录所述内存管理函数中所涉及的内存相关信息，所述内存相关信息包括内存的大小，返回给用户内存块首地址、申请的时间、当前堆栈中最近几层函数的调用地址。4.一种用于动态检测C/C++内存泄露的系统，所述系统包括内存管理函数接口模块、内存信息块管理模块、内存泄露检测模块和日志输出模块，其中：所述内存管理函数接口模块，用于对C/C++源程序中内存管理函数进行捕获和记录，从而获得这些函数的控制权；所述内存信息块管理模块，用于记录C/C++源程序中申请或释放的动态内存块的相关信息的数据结构；所述内存泄露检测模块，用于对内存泄露的类型进行检测；所述日志输出模块，用于输出内存泄露错误信息并提供可以定位到内存泄露具体位置的信息。5.根据权利要求4所述的一种用于动态检测C/C++内存泄露的系统，其特征在于：所述内存管理函数接口模块，具体通过截获C/C++程序中对应的符号信息来获取到该函数的控制权限。6.根据权利要求4所述的一种用于动态检测C/C++内存泄露的系统，其特征在于：每一个函数族都有一个完全属于本函数族的内存信息块链表，所有的函数族表...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱朝阳，崔宝江，韩丽芳，周亮，齐俊鑫，单松玲，李凌，李怡康，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11