有没有同时检查内存安全和数据竞争的算法？

Question

我知道有关组合 AddressSanitizer 和 ThreadSanitizer 的问题。我是从理论计算机科学的角度来问这个问题的，是由之前的讨论引发的。

考虑以下有缺陷的 C++ 程序：

#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <thread>
#include <mutex>

static std::mutex m;
static char *buf;

static void a()
{
  for (;;) {
    char *b;
    {
      std::lock_guard<std::mutex> g{m};
      b = buf;
    }
    if (b)
      puts(b);
  }
}

static void b()
{
  for (;;) {
    {
      std::lock_guard<std::mutex> g{m};
      buf = strdup("foo");
    }

    {
      std::lock_guard<std::mutex> g{m};
      buf = static_cast<char*>(realloc(buf, 10000));
      strcpy(buf, "barbarbar");
    }

    {
      std::lock_guard<std::mutex> g{m};
      free(buf);
      buf = nullptr;
    }
  }
}

int main()
{
  auto thread_a = std::thread(a);
  auto thread_b = std::thread(b);
  thread_a.join();
  // unreachable
  thread_b.join();
  return 0;
}

当使用

-fsanitize=address

使用 GCC 14.2.0 或 Clang 20 进行编译时，程序将立即终止并出现

heap-use-after-free

错误，因为

a()

使用的是指针的过时副本。

当在没有特殊选项的情况下编译并使用

valgrind ./a.out

运行时，在我的系统上，程序将运行近 4 分钟，然后报告第一个

Invalid read of size 1

。我认为这是因为 Valgrind 通过在单个线程中抢占式调度来模拟多个线程，因此您需要一些运气才能在正确的时刻在

a()

和

b()

之间进行上下文切换，以便重现错误。

同样，当使用GCC或Clang使用

-fsanitize=thread

编译程序时，它似乎可以继续运行，没有任何问题。

我的问题：最近是否有任何学术研究可以在这方面改进ThreadSanitizer算法？

Answer 1

Valgrind memecheck、DRD 和 Helgrind 都检测到此代码中的错误。

对于 DRD，我建议使用

--tool=drd --fair-sched=yes --check-stack-var=yes

。

对于 Helgrind，我建议使用

--tool=helgrind --fair-sched=yes

。

对于 memcheck 只是

--fair-sched=yes

。

如果没有公平调度，在我的测试中触发错误需要更长的时间，有时需要 10 秒，而公平调度通常在几秒钟内。

公平调度仅适用于 Linux。将其移植到 FreeBSD 已在我的待办事项清单上。

只需要一次构建，而且我只使用了 GCC。