The CSI Framework for Compiler-Inserted Program Instrumentation
The CSI Framework for Compiler-Inserted Program Instrumentation
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用于编译器插入程序检测的 CSI 框架
DOI：
10.1145/3154502
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Leiserson, Charles E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schardl, Tao B.;Denniston, Tyler;Doucet, Damon;Kuszmaul, Bradley C.;Lee, I-Ting Angelina;Leiserson, Charles E.
CSI框架提供了全面的静态检测工具，编译器可以将其插入到被测程序中，以便动态分析工具——内存检查器、竞争检测器、缓存模拟器、性能分析器、代码覆盖率分析器等——可以观察和调查运行时行为。到目前为止，基于编译器插装的工具将分别修改编译器以插入它们自己的插装。相反，CSI在被测程序中插入一个标准的检测挂钩集合。每个csi工具都是作为定义相关钩子的库实现的，其余的钩子在编译时或链接时优化期间被“空化”和省略，从而导致仪表化的运行时与自定义仪表化相当。CSI允许将许多基于编译器的工具编写为简单的库，而无需修改编译器，从而降低了开发动态分析工具的门槛。我们为CSI定义了一个标准API，并修改了LLVM，以便将CSI钩子插入到程序的编译器内部表示（IR）中。API将IR对象（如函数、基本块和内存访问）组织到扁平和紧凑的ID空间中，这不仅简化了工具的构建，而且比传统的哈希表更快地维护IR对象数据。CSI钩子包含一个“属性”参数，该参数允许工具基于静态信息定制行为，而不会引入开销。CSI提供了“取证”表，工具可以使用这些表将IR对象与源代码位置关联起来，并将IR对象彼此关联起来。为了评估CSI的疗效，我们实施了六个示范CSI工具。我们的一项研究表明，使用CSI进行编译并链接到“null”CSI工具会产生一个工具检测的可执行文件，其速度与原始的未检测代码一样快。另一项使用谷歌的ThreadSanitizer的CSI端口的研究表明，CSI工具的性能可以与谷歌的定制的基于编译器的实现相媲美。所有其他演示CSI工具将被测程序的执行速度降低不到70%。
The CSI framework provides comprehensive static instrumentation that a compiler can insert into a program-under-test so that dynamic-analysis tools - memory checkers, race detectors, cache simulators, performance profilers, code-coverage analyzers, etc. - can observe and investigate runtime behavior. Heretofore, tools based on compiler instrumentation would each separately modify the compiler to insert their own instrumentation. In contrast, CSI inserts a standard collection of instrumentation hooks into the program-under-test. Each CSI-tool is implemented as a library that defines relevant hooks, and the remaining hooks are "nulled" out and elided during either compile-time or link-time optimization, resulting in instrumented runtimes on par with custom instrumentation. CSI allows many compiler-based tools to be written as simple libraries without modifying the compiler, lowering the bar for the development of dynamic-analysis tools.We have defined a standard API for CSI and modified LLVM to insert CSI hooks into the compiler's internal representation (IR) of the program. The API organizes IR objects - such as functions, basic blocks, and memory accesses - into flat and compact ID spaces, which not only simplifies the building of tools, but surprisingly enables faster maintenance of IR-object data than do traditional hash tables. CSI hooks contain a "property" parameter that allows tools to customize behavior based on static information without introducing overhead. CSI provides "forensic" tables that tools can use to associate IR objects with source-code locations and to relate IR objects to each other.To evaluate the efficacy of CSI, we implemented six demonstration CSI-tools. One of our studies shows that compiling with CSI and linking with the "null" CSI-tool produces a tool-instrumented executable that is as fast as the original uninstrumented code. Another study, using a CSI port of Google's ThreadSanitizer, shows that the CSI-tool rivals the performance of Google's custom compiler-based implementation. All other demonstration CSI tools slow down the execution of the program-under-test by less than 70%.
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