Automatische Generierung von Java-Programmen zur Erkennung von Fehlern in Just-in-Time-Compilern

Core Concepts

LeJit ist ein Framework, das automatisch Java-Programm-Templates aus vorhandenem Code extrahiert und diese dann zur Erkennung von Fehlern in Java-Just-in-Time-Compilern verwendet.

Abstract

LeJit ist ein Framework, das Java-Just-in-Time-Compiler (JIT) effizient testet. Es besteht aus fünf Hauptphasen:

Sammlung: LeJit sammelt eine Liste von Methoden aus dem gegebenen Code und erhält Tests, die zur Erstellung sinnvoller Eingaben für diese Methoden verwendet werden können.

Extraktion: Für jede Methode in der Liste extrahiert LeJit ein Template, indem es Ausdrücke durch Platzhalter (Löcher) ersetzt und notwendigen Glue-Code generiert, um die extrahierten Templates ausführbar zu machen.

Generierung: LeJit führt jedes Template mit den ausgewählten Eingaben für die Einstiegsmethode aus, um konkrete Java-Programme zu generieren.

Testen: LeJit führt die generierten Programme über die Einstiegsmethode mit denselben ausgewählten Eingaben unter Verwendung verschiedener Java-JIT-Compiler für Differentialtests aus.

Bereinigung: LeJit bereinigt die erkannten Abstürze und/oder Inkonsistenzen, um Falschpositive zu minimieren, und meldet dann erkannte Fehler.

LeJit wurde entwickelt, um die Korrektheit von Java-JIT-Compilern sicherzustellen. Es wurde erfolgreich eingesetzt, um Fehler in HotSpot, OpenJ9 und GraalVM zu finden, darunter 11 bisher unbekannte Fehler, einschließlich zweier CVEs.

Stats

Die Verwendung von Templates und der Erstellung von Instanzen für Einstiegsmethoden tragen erheblich zur Leistungsfähigkeit von LeJit bei. LeJit𝑡 erhöhte die Codeabdeckung des C1-Compilers um 8,0% und des C2-Compilers um 8,2% im Vergleich zu JITfuzz. LeJit𝑝 erhöhte die Codeabdeckung um 3,3% und 4,0% im Vergleich zu JavaTailor, beim Testen von OpenJDK HotSpot.

Quotes

"LeJit ist ein leistungsfähiges Verfahren, um die Korrektheit von Java-JIT-Compilern sicherzustellen."
"11 der 15 gefundenen Fehler waren bisher unbekannt, einschließlich zweier CVEs."

Key Insights Distilled From

Java JIT Testing with Template Extraction

by Zhiqiang Zan... at arxiv.org 03-19-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.11281.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte LeJit erweitert werden, um die Erkennung von Fehlern in Java-JIT-Compilern weiter zu verbessern?

Um die Erkennung von Fehlern in Java-JIT-Compilern weiter zu verbessern, könnte LeJit durch die Implementierung zusätzlicher Analysetools erweitert werden. Zum Beispiel könnte eine verbesserte Fehlererkennung durch die Integration von statischen Analysewerkzeugen erfolgen, die potenzielle Schwachstellen im generierten Code identifizieren können. Darüber hinaus könnte LeJit um eine automatisierte Debugging-Funktionalität erweitert werden, um die Ursachen von Fehlern in den JIT-Compilern genauer zu lokalisieren und zu diagnostizieren. Durch die Integration von maschinellem Lernen könnte LeJit auch Muster in den entdeckten Fehlern erkennen und prädiktive Analysen für zukünftige Fehlerentdeckungen ermöglichen.

Welche Auswirkungen haben andere Ansätze zum Testen von Java-Laufzeitumgebungen auf die Erkennung von Fehlern im Vergleich zu LeJit?

Andere Ansätze zum Testen von Java-Laufzeitumgebungen, wie z.B. JITfuzz und JavaTailor, haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Erkennung von Fehlern im Vergleich zu LeJit. JITfuzz konzentriert sich auf die Generierung von Testfällen, um potenzielle Schwachstellen in JIT-Compilern aufzudecken, während JavaTailor auf die Erstellung von Vorlagen für das Testen von JVMs abzielt. Im Vergleich dazu verwendet LeJit eine Template-basierte Methode, um automatisch Testprogramme zu generieren und JIT-Compiler zu testen. LeJit hat gezeigt, dass es effektiv ist, um bisher unbekannte Fehler in Java JIT-Compilern aufzudecken und bietet eine alternative Herangehensweise zur Fehlererkennung in JIT-Compilern im Vergleich zu anderen Tools.

Wie könnte LeJit angepasst werden, um auch andere Arten von Compilern oder Laufzeitumgebungen zu testen?

Um LeJit anzupassen, um auch andere Arten von Compilern oder Laufzeitumgebungen zu testen, könnte die Flexibilität des Frameworks erweitert werden, um verschiedene Sprachen und Plattformen zu unterstützen. Durch die Implementierung von Schnittstellen und Erweiterungen könnte LeJit für die Testung von Compilern und Laufzeitumgebungen in anderen Programmiersprachen wie C++, Python oder JavaScript angepasst werden. Darüber hinaus könnte LeJit um zusätzliche Module erweitert werden, um spezifische Anforderungen und Funktionalitäten für die Testung verschiedener Compiler und Laufzeitumgebungen zu unterstützen. Durch die Integration von plattformspezifischen Tools und Bibliotheken könnte LeJit vielseitiger gestaltet werden, um eine breitere Palette von Compiler- und Laufzeitumgebungen zu testen.