stringtranslate.com

Отладка

В инженерии отладка — это процесс поиска первопричины ошибок , а также путей их обхода и возможных исправлений .

Для программного обеспечения тактика отладки может включать интерактивную отладку, анализ потока управления , анализ файла журнала , мониторинг на уровне приложения или системы , дампы памяти и профилирование . Многие языки программирования и инструменты разработки программного обеспечения также предлагают программы для помощи в отладке, известные как отладчики .

Этимология

Запись в журнале компьютера Mark II с изображением моли, приклеенной к странице.

Термин «баг » в значении «дефект» появился как минимум в 1878 году, когда Томас Эдисон обозначил «небольшие неисправности и трудности» в своих изобретениях как «баги».

Популярная история из 1940-х годов принадлежит адмиралу Грейс Хоппер . [1] Когда она работала над компьютером Mark II в Гарвардском университете, ее коллеги обнаружили моль , застрявшую в реле, которая мешала работе, и записали в бортовом журнале: «Первый реальный случай обнаружения ошибки». Хотя, вероятно, это шутка , объединяющая два значения слова bug (биологический и дефект), история указывает на то, что этот термин использовался в компьютерной сфере в то время.

Аналогично, термин отладка использовался в аэронавтике до того, как появился мир компьютеров. В письме Дж. Роберта Оппенгеймера , директора Манхэттенского проекта по атомной бомбе во время Второй мировой войны в Лос-Аламосе, этот термин использовался в письме доктору Эрнесту Лоуренсу в Калифорнийский университет в Беркли от 27 октября 1944 г. [2] относительно набора дополнительного технического персонала. В статье Оксфордского словаря английского языка для отладки термин отладка используется в отношении испытаний двигателей самолетов в статье 1945 г. в Журнале Королевского авиационного общества. Статья в "Airforce" (июнь 1945 г., стр. 50) относится к отладке камер самолетов.

Основополагающая статья Гилла [3], опубликованная в 1951 году, является самым ранним подробным обсуждением ошибок программирования, но в ней не используются термины «ошибка» или «отладка» .

В цифровой библиотеке ACM термин «отладка» впервые использован в трех работах с Национальных собраний ACM 1952 года. [4] [5] [6] В двух из трех работах термин используется в кавычках.

К 1963 году отладка стала настолько распространённым термином, что его упоминали вскользь без пояснений на странице 1 руководства CTSS . [7]

Объем

Поскольку программное обеспечение и электронные системы стали в целом более сложными, различные общие методы отладки расширились за счет большего количества методов обнаружения аномалий, оценки воздействия и планирования исправлений программного обеспечения или полных обновлений системы. Слова «аномалия» и «несоответствие» можно использовать как более нейтральные термины , чтобы избежать слов «ошибка» и «дефект» или «баг», где может подразумеваться, что все так называемые ошибки , дефекты или баги должны быть исправлены (любой ценой). Вместо этого можно провести оценку воздействия , чтобы определить, будут ли изменения для устранения аномалии (или несоответствия ) экономически эффективными для системы, или, возможно, запланированный новый выпуск может сделать изменение(я) ненужным. Не все проблемы являются критически важными для безопасности или миссии в системе. Кроме того, важно избегать ситуации, когда изменение может быть более расстраивающим для пользователей в долгосрочной перспективе, чем жизнь с известной(ыми) проблемой(ами) (где «лечение будет хуже, чем болезнь»). Принятие решений о приемлемости некоторых аномалий может помочь избежать культуры мандата «нулевых дефектов», когда люди могут поддаться искушению отрицать существование проблем, чтобы результат выглядел как нулевые дефекты . Принимая во внимание сопутствующие вопросы, такие как оценка влияния затрат и выгод, более широкие методы отладки будут расширяться для определения частоты аномалий (как часто происходят одни и те же «ошибки»), чтобы помочь оценить их влияние на всю систему.

Инструменты

Отладка на игровых консолях обычно выполняется с помощью специального оборудования, такого как это отладочное устройство Xbox, предназначенное для разработчиков.

Отладка варьируется по сложности от исправления простых ошибок до выполнения длительных и утомительных задач по сбору данных, анализу и планированию обновлений. Навыки отладки программиста могут быть основным фактором в способности отлаживать проблему, но сложность отладки программного обеспечения сильно зависит от сложности системы, а также в некоторой степени от используемого языка(ов) программирования и доступных инструментов, таких как отладчики . Отладчики — это программные инструменты, которые позволяют программисту контролировать выполнение программы, останавливать ее, перезапускать, устанавливать точки останова и изменять значения в памяти. Термин отладчик также может относиться к человеку, который выполняет отладку.

Как правило, языки программирования высокого уровня , такие как Java , упрощают отладку, поскольку обладают такими функциями, как обработка исключений и проверка типов , которые облегчают обнаружение реальных источников неустойчивого поведения. В таких языках программирования, как C или ассемблер , ошибки могут вызывать скрытые проблемы, такие как повреждение памяти , и часто бывает трудно увидеть, где возникла первоначальная проблема. В таких случаях могут потребоваться инструменты отладчика памяти .

В определенных ситуациях могут быть очень полезны универсальные программные инструменты, которые по своей природе являются языково-специфичными. Они принимают форму инструментов статического анализа кода . Эти инструменты ищут очень конкретный набор известных проблем, некоторые из которых распространены, а некоторые редки, в исходном коде, концентрируясь больше на семантике (например, потоке данных), а не на синтаксисе, как это делают компиляторы и интерпретаторы.

Для различных языков существуют как коммерческие, так и бесплатные инструменты; некоторые утверждают, что способны обнаруживать сотни различных проблем. Эти инструменты могут быть чрезвычайно полезны при проверке очень больших исходных деревьев, где непрактично выполнять сквозной анализ кода. Типичным примером обнаруженной проблемы может быть разыменование переменной, которое происходит до того, как переменной будет присвоено значение. В качестве другого примера, некоторые такие инструменты выполняют строгую проверку типов, когда язык этого не требует. Таким образом, они лучше обнаруживают вероятные ошибки в коде, который синтаксически верен. Но эти инструменты имеют репутацию ложных срабатываний, когда правильный код помечается как сомнительный. Старая программа lint для Unix является ранним примером.

Для отладки электронного оборудования (например, компьютерного оборудования ), а также низкоуровневого программного обеспечения (например, BIOS , драйверов устройств ) и прошивок часто используются такие инструменты, как осциллографы , логические анализаторы или внутрисхемные эмуляторы (ICE), по отдельности или в сочетании. ICE может выполнять многие из типичных задач отладчика программного обеспечения для низкоуровневого программного обеспечения и прошивок .

Процесс отладки

Процесс отладки обычно начинается с определения шагов для воспроизведения проблемы. Это может быть нетривиальной задачей, особенно с параллельными процессами и некоторыми Heisenbugs , например. Конкретная пользовательская среда и история использования также могут затруднить воспроизведение проблемы.

После воспроизведения ошибки входные данные программы, возможно, придется упростить, чтобы упростить отладку. Например, ошибка в компиляторе может привести к сбою при разборе большого исходного файла. Однако после упрощения тестового случая для воспроизведения того же сбоя может быть достаточно всего нескольких строк из исходного исходного файла. Упрощение можно выполнить вручную, используя подход « разделяй и властвуй» , при котором программист пытается удалить некоторые части исходного тестового случая, а затем проверяет, сохраняется ли проблема. При отладке в графическом интерфейсе программист может попробовать пропустить некоторое взаимодействие с пользователем из исходного описания проблемы, чтобы проверить, достаточно ли оставшихся действий для возникновения ошибки.

После того, как тестовый случай достаточно упрощен, программист может использовать отладчик для проверки состояний программы (значений переменных, а также стека вызовов ) и отслеживания источника проблемы(проблем). В качестве альтернативы можно использовать трассировку . В простых случаях трассировка представляет собой всего несколько операторов печати, которые выводят значения переменных в определенных точках во время выполнения программы. [ необходима цитата ]

Методы

Автоматическое исправление ошибок

Автоматическое исправление ошибок — это автоматическое исправление ошибок программного обеспечения без вмешательства человека-программиста. [15] [16] [17] Его также часто называют автоматической генерацией исправлений , автоматическим исправлением ошибок или автоматическим исправлением программ . [17] Типичная цель таких методов — автоматическая генерация правильных исправлений для устранения ошибок в программах, не вызывая регрессии программного обеспечения . [18]

Отладка встраиваемых систем

В отличие от среды разработки программного обеспечения общего назначения, основной характеристикой встроенных сред является огромное количество различных платформ, доступных разработчикам (архитектуры ЦП, поставщики, операционные системы и их варианты). Встроенные системы по определению не являются универсальными: они, как правило, разрабатываются для одной задачи (или небольшого диапазона задач), а платформа выбирается специально для оптимизации этого приложения. Этот факт не только усложняет жизнь разработчикам встроенных систем, но и усложняет отладку и тестирование этих систем, поскольку для разных платформ требуются разные инструменты отладки.

Несмотря на проблему гетерогенности, упомянутую выше, некоторые отладчики были разработаны как коммерчески, так и в качестве исследовательских прототипов. Примерами коммерческих решений являются Green Hills Software , [19] Lauterbach GmbH [20] и MPLAB-ICD от Microchip (для внутрисхемного отладчика). Двумя примерами исследовательских прототипов инструментов являются Aveksha [21] и Flocklab. [22] Все они используют функциональность, доступную на недорогих встраиваемых процессорах, On-Chip Debug Module (OCDM), сигналы которого выводятся через стандартный интерфейс JTAG . Они тестируются на основе того, сколько изменений необходимо внести в приложение, и скорости событий, с которой они могут справиться.

Помимо типичной задачи выявления ошибок в системе, отладка встроенных систем также направлена ​​на сбор информации о рабочих состояниях системы, которая затем может быть использована для анализа системы: поиска способов повышения ее производительности или оптимизации других важных характеристик (например, энергопотребления, надежности, отклика в реальном времени и т. д.).

Анти-отладка

Антиотладка — это «реализация одного или нескольких методов в компьютерном коде, которые препятствуют попыткам обратного проектирования или отладки целевого процесса». [23] Он активно используется признанными издателями в схемах защиты от копирования , но также используется вредоносным ПО для усложнения его обнаружения и устранения. [24] Методы, используемые в антиотладке, включают:

Ранний пример антиотладки существовал в ранних версиях Microsoft Word , где при обнаружении отладчика выводилось сообщение: «Дерево зла приносит горькие плоды. Теперь программа уничтожает дискету», после чего привод гибких дисков издавал тревожные звуки с целью отпугнуть пользователя и отвадить его от повторных попыток. [25] [26]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "InfoWorld Oct 5, 1981". 5 октября 1981. Архивировано из оригинала 18 сентября 2019 года . Получено 17 июля 2019 года .
  2. ^ "Архивная копия". Архивировано из оригинала 21.11.2019 . Получено 17.12.2019 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  3. ^ S. Gill, Диагностика ошибок в программах на EDSAC. Архивировано 06.03.2020 в Wayback Machine , Труды Лондонского королевского общества. Серия A, Математические и физические науки, том 206, № 1087 (22 мая 1951 г.), стр. 538-554.
  4. ^ Роберт В. Д. Кэмпбелл, Эволюция автоматических вычислений. Архивировано 18 сентября 2019 г. в Wayback Machine , Труды национального собрания ACM 1952 г. (Питтсбург), стр. 29–32, 1952 г.
  5. ^ Алекс Орден, Решение систем линейных неравенств на цифровом компьютере, Труды национального собрания ACM 1952 года (Питтсбург), стр. 91-95, 1952.
  6. ^ Говард Б. Демут, Джон Б. Джексон, Эдмунд Кляйн, Н. Метрополис, Уолтер Орведаль, Джеймс Х. Ричардсон, MANIAC doi=10.1145/800259.808982, Труды национального собрания ACM 1952 года (Торонто), стр. 13-16
  7. ^ Совместимая система разделения времени. Архивировано 27 мая 2012 г. в Wayback Machine , MIT Press, 1963 г.
  8. ^ "Postmortem Debugging". Архивировано из оригинала 2019-12-17 . Получено 2019-12-17 .
  9. ^ EJ Gauss (1982). "Pracniques: The 'Wolf Fence' Algorithm for Debugging". Communications of the ACM . 25 (11): 780. doi : 10.1145/358690.358695 . S2CID  672811.
  10. ^ Целлер, Андреас (2005). Почему программы терпят неудачу: руководство по систематической отладке . Морган Кауфманн. ISBN 1-55860-866-4.
  11. ^ "Кент Бек, Hit 'em High, Hit 'em Low: Regression Testing and the Saff Squeeze". Архивировано из оригинала 2012-03-11.
  12. ^ Rainsberger, JB (28 марта 2022 г.). «The Saff Squeeze». The Code Whisperer . Получено 28 марта 2022 г.
  13. ^ Целлер, Андреас (2002-11-01). «Изоляция причинно-следственных цепочек из компьютерных программ». ACM SIGSOFT Software Engineering Notes . 27 (6): 1–10. doi :10.1145/605466.605468. ISSN  0163-5948. S2CID  12098165.
  14. ^ Бонд, Майкл Д.; Нетеркот, Николас; Кент, Стивен В.; Гайер, Сэмюэл З.; МакКинли, Кэтрин С. (2007). "Отслеживание плохих яблок". Труды 22-й ежегодной конференции ACM SIGPLAN по системам и приложениям объектно-ориентированного программирования - OOPSLA '07 . стр. 405. doi :10.1145/1297027.1297057. ISBN 9781595937865. S2CID  2832749.
  15. ^ Ринард, Мартин С. (2008). «Техническая перспектива исправления ошибок программ». Сообщения ACM . 51 (12): 86. doi :10.1145/1409360.1409381. S2CID  28629846.
  16. ^ Харман, Марк (2010). «Автоматизированные методы исправления». Сообщения ACM . 53 (5): 108. doi :10.1145/1735223.1735248. S2CID  9729944.
  17. ^ ab Gazzola, Luca; Micucci, Daniela; Mariani, Leonardo (2019). «Автоматическое восстановление программного обеспечения: обзор» (PDF) . IEEE Transactions on Software Engineering . 45 (1): 34–67. doi : 10.1109/TSE.2017.2755013 . hdl :10281/184798. S2CID  57764123.
  18. ^ Тан, Шин Хвей; Ройчоудхури, Абхик (2015). "relifix: Автоматизированное исправление регрессий программного обеспечения". 2015 IEEE/ACM 37-я Международная конференция IEEE по программной инженерии . IEEE. стр. 471–482. doi :10.1109/ICSE.2015.65. ISBN 978-1-4799-1934-5. S2CID  17125466.
  19. ^ "SuperTrace Probe hardware debugger". www.ghs.com . Архивировано из оригинала 2017-12-01 . Получено 2017-11-25 .
  20. ^ "Debugger and real-time trace tools". www.lauterbach.com . Архивировано из оригинала 2022-01-25 . Получено 2020-06-05 .
  21. ^ Танкрети, Мэтью; Хоссейн, Мохаммад Саджад; Багчи, Саурабх; Рагхунатхан, Виджай (2011). «Aveksha». Труды 9-й конференции ACM по встраиваемым сетевым сенсорным системам . SenSys '11. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: ACM. стр. 288–301. doi :10.1145/2070942.2070972. ISBN 9781450307185. S2CID  14769602.
  22. ^ Лим, Роман; Феррари, Федерико; Циммерлинг, Марко; Вальзер, Кристоф; Зоммер, Филипп; Бойтель, Ян (2013). "FlockLab". Труды 12-й международной конференции по обработке информации в сенсорных сетях . IPSN '13. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: ACM. стр. 153–166. doi :10.1145/2461381.2461402. ISBN 9781450319591. S2CID  447045.
  23. ^ Шилдс, Тайлер (2008-12-02). "Anti-Debugging Series – Part I". Veracode . Архивировано из оригинала 2016-10-19 . Получено 2009-03-17 .
  24. ^ ab "Защита программного обеспечения с помощью антиотладки Майкл Н. Ганьон, Стивен Тейлор, Ануп Гош" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-10-01 . Получено 2010-10-25 .
  25. ^ Росс Дж. Андерсон (2001-03-23). ​​Инженерная безопасность . Wiley. стр. 684. ISBN 0-471-38922-6.
  26. ^ "Microsoft Word для DOS 1.15". Архивировано из оригинала 2013-05-14 . Получено 2013-06-22 .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки