Nové metody statické analýzy nejen pro ahead-of-time překladače objektově orientovaných jazyků

Abstract

Tato práce se primárně zaměřuje na metody statické analýzy pro ahead-of-time překladače pro objektově orientované jazyky. Kromě toho se práce zabývá i aplikací statické analýzy v oblasti mikroslužeb. V první části práce se zaměřujeme na vylepšení statické analýzy pro překladače pracující v režimu ahead-of-time za předpokladu uzavřeného světa. Nejdříve uvádíme rozsáhlé srovnání rapid type analýzy s points-to analýzou v kontextu GraalVM Native Image. Poté představíme saturaci, techniku, která dokáže výrazně urychlit points-to analýzu při zanedbatelném snížení přesnosti. Nakonec představíme SkipFlow, rozšíření points-to analýzy, které sleduje tok primitivních hodnot a používá predikátové hrany, aby zabránilo šíření hodnot z nedosažitelných větví programu. Všechny tyto techniky byly vyhodnoceny na sadě standardních benchmarků a začleněny do oficiálního repozitáře GraalVM. Saturace a SkipFlow jsou dokonce zapnuty automaticky během každého překladu. Ve druhé části práce se zaměřujeme na statickou analýzu mikroslužeb. Konkrétně poskytujeme metodiku pro automatizovanou rekonstrukci softwarové architektury mikroservisních systémů. Tato metodika byla implementována v nástroji MicroGraal, který je k dispozici v open-source doméně. Následně popisujeme nástroj SAVAT, který jsme vytvořili pro analýzu dopadu změn pro systémy vytvořené pomocí mikroslužeb.

This thesis focuses primarily on novel static analysis methods for ahead-of-time compilers for managed object-oriented languages. In addition, the thesis also considers the application of static analysis in the domain of microservices. In the first part of the thesis, we focus on improving static analysis for ahead-of-time compilers operating under the closed-world assumption. First, we provide an extensive comparison of rapid type analysis and points-to analysis in the context of GraalVM Native Image. Then, we introduce saturation, a technique that can significantly speed up points-to analysis with only a negligible reduction in precision. Finally, we introduce SkipFlow, an extension of points-to analysis that tracks primitive values and uses predicate edges to prevent value propagation from unreachable branches. All these techniques were evaluated on a set of well-established benchmarks and merged into the official GraalVM repository. On top of that, saturation and SkipFlow are even enabled by default. In the second part of the thesis, we consider the application of the studied static analysis techniques beyond their primary usages - in particular, for static analysis of microservices. We provide a methodology for automated software architecture reconstruction of microservice systems. This methodology was implemented in a tool called MicroGraal, which was open-sourced. Furthermore, we present another tool called SAVAT focusing on change impact analysis of microservice systems.