你如何告诉 Frama-C 和 Eva 入口点的参数被假定为有效？答案

【问题标题】：How do you tell Frama-C and Eva that an entry point's parameters are assumed valid?你如何告诉 Frama-C 和 Eva 入口点的参数被假定为有效？
【发布时间】：2020-10-07 10:49:11
【问题描述】：

以下面的 C 代码示例为例。

struct foo_t {
    int bar;
};

int my_entry_point(const struct foo_t *foo) {
    return foo->bar;
}

在我们的例子中，my_entry_point 将从程序集中调用，而这里的*foo 必须假定始终正确。

使用命令行运行...

frama-c -eva -report -report-classify -report-unclassified-warning ERROR -c11 -main my_entry_point /tmp/test.c

...结果...

[report] Monitoring events
[kernel] Parsing /tmp/override.c (with preprocessing)
[eva] Analyzing a complete application starting at my_entry_point
[eva] Computing initial state
[eva] Initial state computed
[eva:initial-state] Values of globals at initialization

[eva:alarm] /tmp/override.c:6: Warning:
  out of bounds read. assert \valid_read(&foo->bar);
[eva] done for function my_entry_point
[eva] ====== VALUES COMPUTED ======
[eva:final-states] Values at end of function my_entry_point:
  __retres ∈ [--..--]
[eva:summary] ====== ANALYSIS SUMMARY ======
  ----------------------------------------------------------------------------
  1 function analyzed (out of 1): 100% coverage.
  In this function, 2 statements reached (out of 2): 100% coverage.
  ----------------------------------------------------------------------------
  No errors or warnings raised during the analysis.
  ----------------------------------------------------------------------------
  1 alarm generated by the analysis:
       1 invalid memory access
  ----------------------------------------------------------------------------
  No logical properties have been reached by the analysis.
  ----------------------------------------------------------------------------
[report] Classification
[ERROR:eva.unclassified.warning] Unclassified Warning (Plugin 'eva')
[REVIEW:unclassified.unknown] my_entry_point_assert_Eva_mem_access
[report] Reviews     :    1
[report] Errors      :    1
[report] Unclassified:    2
[report] User Error: Classified errors found
[kernel] Plug-in report aborted: invalid user input.

当然，我们总是可以添加一个基本情况 NULL 检查，它满足检查器（这可能是我们现在解决这个问题的方法，无论如何）。

if (!foo) return 0;

但我更好奇（出于学习目的）如何使用例如ACSL 注释告诉检查器“嘿，我们知道这是指针在理论上可能是无效的 - 但是，请假设，因为它是入口点，它确实是有效的”。

这是 ACSL 支持的东西，还是可以通过 frama-c 的命令行参数更改行为？我可以理解为什么标准委员会在向 ACSL 添加这种机制时可能会犹豫不决，因为它可能会被滥用，但鉴于我刚刚学习 ACSL，我很想知道这里的常用方法是什么。

【问题讨论】：

标签： c frama-c acsl

【解决方案1】：

ACSL 没有“分析的初始状态”或“入口点”的内在概念。每个分析，无论是否模块化，都有自己的初始上下文概念。例如，WP 是模块化的，因此它的初始状态是当前正在分析的函数的前提条件。在 Eva 中，整个程序分析的初始状态更接近 C11 的“5.1.2.1.独立环境”而不是“5.1.2.2.托管环境”，在某种意义上，虽然默认初始函数称为 main，但用户可以用另一个函数名覆盖它，初始参数由 Eva 的上下文概念定义，并带有相关选项（-eva-context-depth、-eva-context-width、-eva-context-valid-pointers）。

因此，在您的情况下，设置 -eva-context-valid-pointers 将起作用。请注意，此选项会影响为初始状态创建的所有指针，因此如果有多个指针参数，则可能会出现问题。

另一种解决方案是编写一个前置条件，例如/*@ requires \valid_read(foo); */。它不会被 Eva 证明（它将保持为未知），但在分析过程中会考虑到它，从而防止发出警报。未来版本的 Frama-C 可能包含 admit（或类似关键字），以便能够声明此类属性并将其视为有效。

最后，对于更复杂的情况，可能需要更复杂的初始上下文，并且有插件可以做到这一点，但在开源发行版中没有。在这种情况下，通常会手动编写一个存根函数以在调用该函数之前创建初始状态。一些 Frama-C 内置函数，例如 Frama_C_interval 可用于帮助创建此状态。 available here 是初始状态的示例，其中argv 最多可以有 5 个任意字符串，每个字符串最多 256 个字符。这种基于存根的方法提供了更高的精度，例如如果您有一个包含多个指针字段作为初始上下文的复杂结构，但这需要更多的努力。

【讨论】：

【解决方案2】：

requires（这里，类似\valid(foo) 子句的意思是：从被调用者的角度来看，这是可以假设的，因为它取决于调用者（或者在特定情况下主要入口点，外部世界）以保证函数的执行将以尊重前提条件的状态开始。

但是，在您的特定情况下，有一个问题：出于技术原因，Eva 确实首先创建了一个初始上下文，然后根据前提条件对其进行缩减。因此，您会收到requires 未知的警告。

一般来说，让 Eva 在特定上下文中启动的常用方法是编写一个小型包装函数，可能使用Eva manual 的第 9.2.1 节中提到的内置函数。还有一些选项（在手册的第 6.3 节中描述）可以控制计算初始状态的方式。如果您不需要关于初始状态的太精确的信息，它们可能就足够了（例如，只要确保 foo 和任何其他指针有效，请使用 -eva-context-valid-pointers）

最后，已经有从 ACSL requires 子句生成包装函数的实验（参见this paper），但据我所知，相应的插件不是免费提供的。

【讨论】：