تصحيح أخطاء WebAssembly: خرائط المصدر وأدوات تصحيح الأخطاء

أحدث WebAssembly (Wasm) ثورة في تطوير الويب من خلال تمكين أداء شبه أصلي للتطبيقات التي تعمل في المتصفح. مع تزايد انتشار Wasm، أصبحت تقنيات تصحيح الأخطاء الفعالة حاسمة للمطورين لتحديد المشكلات وحلها بكفاءة. يقدم هذا الدليل نظرة شاملة على تصحيح أخطاء WebAssembly، مع التركيز على خرائط المصدر والأدوات القوية المتاحة للمطورين. سنغطي كل شيء بدءًا من الإعداد الأساسي إلى التقنيات المتقدمة، مما يضمن أنك مجهز جيدًا لمواجهة أي تحدٍ في تصحيح أخطاء Wasm.

ما هو WebAssembly (Wasm)؟

WebAssembly هو تنسيق تعليمات ثنائي لآلة افتراضية قائمة على المكدس. تم تصميمه كهدف تجميع محمول للغات عالية المستوى مثل C و C++ و Rust، مما يمكّن المطورين من تشغيل التعليمات البرمجية المكتوبة بهذه اللغات بسرعة شبه أصلية في متصفحات الويب. يوفر Wasm تحسينات كبيرة في الأداء مقارنةً بـ JavaScript التقليدية، مما يجعله مناسبًا للمهام الحسابية المكثفة مثل:

• تطوير الألعاب
• معالجة الصور والفيديو
• المحاكاة العلمية
• التشفير
• التعلم الآلي

بعيدًا عن المتصفح، يجد WebAssembly أيضًا تطبيقات في الحوسبة بدون خادم، والأنظمة المدمجة، وغيرها من البيئات حيث يكون الأداء وقابلية النقل أمرين حاسمين.

أهمية تصحيح الأخطاء في WebAssembly

يمكن أن يكون تصحيح أخطاء كود WebAssembly أكثر تعقيدًا من تصحيح أخطاء JavaScript بسبب تنسيقه الثنائي. غالبًا ما يكون فحص ثنائي Wasm مباشرة أمرًا غير عملي، مما يجعل أدوات وتقنيات تصحيح الأخطاء ضرورية. تشمل الأسباب الرئيسية التي تجعل تصحيح الأخطاء حاسمًا لتطوير Wasm ما يلي:

• تحديد اختناقات الأداء: يساعد تصحيح الأخطاء في تحديد المناطق التي يكون فيها أداء كود Wasm دون المستوى الأمثل.
• حل الأخطاء المنطقية: العثور على الأخطاء وإصلاحها في الكود المترجم لضمان تصرف التطبيق كما هو متوقع.
• التحقق من الصحة: التأكد من أن كود Wasm ينتج النتائج الصحيحة في ظل ظروف مختلفة.
• فهم سلوك الكود: يساعد تصحيح الأخطاء المطورين على اكتساب فهم أعمق لكيفية تنفيذ الكود الخاص بهم داخل بيئة Wasm.

خرائط المصدر: سد الفجوة بين Wasm والكود المصدري

تعد خرائط المصدر حاسمة لتصحيح أخطاء WebAssembly لأنها تربط كود Wasm المترجم مرة أخرى بالكود المصدري الأصلي (مثل C++، Rust). هذا يسمح للمطورين بتصحيح أخطاء الكود الخاص بهم من منظور لغة المصدر الأصلية، بدلاً من الاضطرار إلى التعامل مباشرة مع ثنائي Wasm أو تمثيله المفكك.

كيف تعمل خرائط المصدر

خريطة المصدر هي ملف JSON يحتوي على معلومات حول الربط بين الكود الذي تم إنشاؤه (Wasm) والكود المصدري الأصلي. تتضمن هذه المعلومات:

• أسماء الملفات: أسماء ملفات المصدر الأصلية.
• ربط الأسطر والأعمدة: التطابق بين الأسطر والأعمدة في الكود الذي تم إنشاؤه والكود المصدري الأصلي.
• أسماء الرموز: أسماء المتغيرات والدوال في الكود المصدري الأصلي.

عندما يواجه مصحح الأخطاء كود Wasm، فإنه يستخدم خريطة المصدر لتحديد الموقع المقابل في الكود المصدري الأصلي. هذا يسمح لمصحح الأخطاء بعرض الكود المصدري الأصلي، وتعيين نقاط التوقف، والتنقل عبر الكود بطريقة أكثر ألفة وبديهية.

إنشاء خرائط المصدر

يتم إنشاء خرائط المصدر عادةً أثناء عملية الترجمة. توفر معظم المترجمات وأدوات البناء التي تدعم WebAssembly خيارات لإنشاء خرائط المصدر. فيما يلي بعض الأمثلة:

Emscripten (C/C++)

Emscripten هي مجموعة أدوات شائعة لترجمة كود C و C++ إلى WebAssembly. لإنشاء خرائط المصدر باستخدام Emscripten، استخدم العلامة -g أثناء الترجمة:

            emcc -g input.c -o output.js
            

              
                Copy
              
            
          

يُنشئ هذا الأمر output.js (كود الغراء JavaScript) و output.wasm (ثنائي WebAssembly)، بالإضافة إلى output.wasm.map (ملف خريطة المصدر).

Rust

تدعم Rust أيضًا إنشاء خرائط المصدر عند الترجمة إلى WebAssembly. لتمكين خرائط المصدر، أضف ما يلي إلى ملف Cargo.toml الخاص بك:

            [profile.release]
debug = true
            

              
                Copy
              
            
          

بعد ذلك، قم ببناء مشروعك في وضع الإصدار:

            cargo build --target wasm32-unknown-unknown --release
            

              
                Copy
              
            
          

سيؤدي هذا إلى إنشاء ملف Wasm وخريطة مصدر مقابلة في دليل target/wasm32-unknown-unknown/release/.

AssemblyScript

AssemblyScript، وهي لغة تشبه TypeScript تُترجم مباشرة إلى WebAssembly، تدعم أيضًا خرائط المصدر. يتم تمكين خرائط المصدر افتراضيًا عند استخدام مترجم asc.

            asc input.ts -o output.wasm -t output.wat -m output.wasm.map
            

              
                Copy
              
            
          

تحميل خرائط المصدر في المتصفح

تكتشف المتصفحات الحديثة خرائط المصدر وتحملها تلقائيًا إذا كانت متاحة. يقرأ المتصفح تعليق sourceMappingURL في ملف JavaScript أو Wasm الذي تم إنشاؤه، والذي يشير إلى موقع ملف خريطة المصدر. على سبيل المثال، قد يحتوي JavaScript الذي تم إنشاؤه على:

            //# sourceMappingURL=output.wasm.map
            

              
                Copy
              
            
          

تأكد من أن ملف خريطة المصدر يمكن الوصول إليه من قبل المتصفح (على سبيل المثال، يتم تقديمه من نفس النطاق أو لديه ترويسات CORS المناسبة). إذا لم يتم تحميل خريطة المصدر تلقائيًا، فقد تحتاج إلى تحميلها يدويًا في أدوات المطورين بالمتصفح.

أدوات تصحيح الأخطاء لـ WebAssembly

تتوفر العديد من أدوات تصحيح الأخطاء القوية لتطوير WebAssembly. توفر هذه الأدوات ميزات مثل:

• تعيين نقاط التوقف
• التنقل خطوة بخطوة عبر الكود
• فحص المتغيرات
• عرض مكدس الاستدعاءات
• تحليل الأداء

أدوات مطوري المتصفح (Chrome DevTools، Firefox Developer Tools)

تتضمن المتصفحات الحديثة أدوات مطورين مدمجة تدعم تصحيح أخطاء WebAssembly. توفر هذه الأدوات مجموعة شاملة من الميزات لفحص وتصحيح أخطاء كود Wasm.

Chrome DevTools

تقدم Chrome DevTools دعمًا ممتازًا لتصحيح أخطاء WebAssembly. لتصحيح أخطاء كود Wasm في Chrome DevTools:

1. افتح Chrome DevTools (عادةً بالضغط على F12 أو النقر بزر الماوس الأيمن واختيار "Inspect").
2. انتقل إلى لوحة "Sources".
3. قم بتحميل الصفحة التي تحتوي على كود WebAssembly.
4. إذا تم تكوين خرائط المصدر بشكل صحيح، يجب أن ترى ملفات المصدر الأصلية في لوحة "Sources".
5. قم بتعيين نقاط التوقف عن طريق النقر في الهامش بجوار أرقام الأسطر في الكود المصدري.
6. قم بتشغيل كود WebAssembly. عند الوصول إلى نقطة التوقف، سيوقف مصحح الأخطاء التنفيذ ويسمح لك بفحص المتغيرات، والتنقل عبر الكود، وعرض مكدس الاستدعاءات.

توفر Chrome DevTools أيضًا لوحة "WebAssembly"، والتي تتيح لك فحص كود Wasm الخام، وتعيين نقاط التوقف في كود Wasm، والتنقل عبر تعليمات Wasm. يمكن أن يكون هذا مفيدًا لتصحيح أخطاء أقسام الكود الحرجة من حيث الأداء أو لفهم التفاصيل منخفضة المستوى لتنفيذ Wasm.

أدوات مطوري Firefox

توفر أدوات مطوري Firefox أيضًا دعمًا قويًا لتصحيح أخطاء WebAssembly. العملية مشابهة لـ Chrome DevTools:

1. افتح أدوات مطوري Firefox (عادةً بالضغط على F12 أو النقر بزر الماوس الأيمن واختيار "Inspect").
2. انتقل إلى لوحة "Debugger".
3. قم بتحميل الصفحة التي تحتوي على كود WebAssembly.
4. إذا تم تكوين خرائط المصدر بشكل صحيح، يجب أن ترى ملفات المصدر الأصلية في لوحة "Debugger".
5. قم بتعيين نقاط التوقف عن طريق النقر في الهامش بجوار أرقام الأسطر في الكود المصدري.
6. قم بتشغيل كود WebAssembly. عند الوصول إلى نقطة التوقف، سيوقف مصحح الأخطاء التنفيذ ويسمح لك بفحص المتغيرات، والتنقل عبر الكود، وعرض مكدس الاستدعاءات.

تتضمن أدوات مطوري Firefox أيضًا لوحة "WebAssembly"، والتي توفر وظائف مشابهة لـ Chrome DevTools لفحص كود Wasm الخام وتعيين نقاط التوقف.

WebAssembly Studio

WebAssembly Studio هو بيئة تطوير متكاملة (IDE) عبر الإنترنت لكتابة وبناء وتصحيح أخطاء كود WebAssembly. يوفر بيئة مريحة لتجربة WebAssembly دون الحاجة إلى إعداد بيئة تطوير محلية.

يدعم WebAssembly Studio خرائط المصدر ويوفر مصحح أخطاء مرئي يسمح لك بتعيين نقاط التوقف، والتنقل عبر الكود، وفحص المتغيرات. كما يتضمن أداة تفكيك مدمجة تسمح لك بعرض كود Wasm الخام.

VS Code مع ملحقات WebAssembly

Visual Studio Code (VS Code) هو محرر كود شائع يمكن توسيعه بملحقات متنوعة لدعم تطوير WebAssembly. تتوفر العديد من الملحقات التي توفر ميزات مثل:

• تمييز بناء الجملة لملفات تنسيق نص WebAssembly (WAT)
• دعم تصحيح الأخطاء لـ WebAssembly
• التكامل مع سلاسل أدوات WebAssembly

بعض ملحقات VS Code الشائعة لتطوير WebAssembly تشمل:

• WebAssembly (بواسطة dtsvetkov): يوفر تمييز بناء الجملة، وإكمال الكود، وميزات أخرى لملفات WAT.
• Wasm Language Support (بواسطة Hai Nguyen): يقدم دعمًا لغويًا محسنًا وقدرات تصحيح الأخطاء.

لتصحيح أخطاء كود WebAssembly في VS Code، تحتاج عادةً إلى تكوين إعداد تشغيل يحدد كيفية تشغيل مصحح الأخطاء والاتصال بوقت تشغيل Wasm. قد يتضمن ذلك استخدام محول مصحح أخطاء، مثل الذي توفره أدوات مطوري Chrome أو Firefox.

Binaryen

Binaryen هي مكتبة بنية تحتية لمترجم وسلسلة أدوات لـ WebAssembly. توفر أدوات لتحسين والتحقق من صحة وتحويل كود WebAssembly. على الرغم من أنها ليست مصحح أخطاء في حد ذاتها، إلا أن Binaryen تتضمن أدوات يمكن أن تساعد في تصحيح الأخطاء، مثل:

• wasm-opt: مُحسِّن يمكنه تبسيط كود Wasm، مما يجعله أسهل في الفهم والتصحيح.
• wasm-validate: مدقق يتحقق من وجود أخطاء في كود Wasm.
• wasm-dis: مفكك يحول كود Wasm إلى تنسيق نصي يمكن قراءته (WAT).

غالبًا ما يتم استخدام Binaryen كجزء من سلسلة أدوات WebAssembly أكبر ويمكن دمجه مع أدوات تصحيح الأخطاء الأخرى.

تقنيات تصحيح الأخطاء المتقدمة

بالإضافة إلى ميزات تصحيح الأخطاء الأساسية التي توفرها الأدوات المذكورة أعلاه، يمكن استخدام العديد من تقنيات تصحيح الأخطاء المتقدمة لمواجهة تحديات تصحيح أخطاء WebAssembly الأكثر تعقيدًا.

التسجيل والأجهزة (Instrumentation)

يمكن أن يكون إضافة عبارات التسجيل إلى كود WebAssembly الخاص بك طريقة مفيدة لتتبع تدفق التنفيذ وفحص قيم المتغيرات. يمكن القيام بذلك عن طريق استدعاء دوال JavaScript من كود Wasm الخاص بك لتسجيل الرسائل في وحدة التحكم. على سبيل المثال، في C/C++:

            #include 

extern "C" {
  void logMessage(const char* message);
}

int main() {
  int x = 10;
  logMessage("Value of x: %d\n");
  return 0;
}

            

              
                Copy
              
            
          

وفي JavaScript:

            Module.logMessage = function(messagePtr) {
  const message = UTF8ToString(messagePtr);
  console.log(message);
};

            

              
                Copy
              
            
          

تتضمن الأجهزة (Instrumentation) إضافة كود لقياس أداء أجزاء مختلفة من كود WebAssembly الخاص بك. يمكن القيام بذلك عن طريق تتبع وقت تنفيذ الدوال أو عن طريق حساب عدد مرات تنفيذ مسارات كود معينة. يمكن أن تساعد هذه المقاييس في تحديد اختناقات الأداء وتحسين الكود الخاص بك.

فحص الذاكرة

يوفر WebAssembly الوصول إلى مساحة ذاكرة خطية، والتي يمكن فحصها باستخدام أدوات تصحيح الأخطاء. يتيح لك هذا فحص محتويات الذاكرة، بما في ذلك المتغيرات وهياكل البيانات والبيانات الأخرى. تعرض المتصفحات مثل Chrome و Firefox ذاكرة WebAssembly الخطية من خلال أدوات المطورين الخاصة بها، وغالبًا ما يمكن الوصول إليها عبر لوحة "Memory" أو اللوحات المخصصة لـ WebAssembly.

يعد فهم كيفية تنظيم بياناتك في الذاكرة أمرًا بالغ الأهمية لتصحيح المشكلات المتعلقة بالذاكرة، مثل تجاوز سعة المخزن المؤقت أو تسرب الذاكرة.

تصحيح أخطاء الكود المحسّن

عند ترجمة كود WebAssembly مع تمكين التحسينات، قد يكون الكود الناتج مختلفًا بشكل كبير عن الكود المصدري الأصلي. هذا يمكن أن يجعل تصحيح الأخطاء أكثر صعوبة، حيث قد تكون العلاقة بين كود Wasm والكود المصدري أقل وضوحًا. تساعد خرائط المصدر في التخفيف من هذا الأمر، ولكن الكود المحسّن قد لا يزال يظهر سلوكًا غير متوقع بسبب التضمين (inlining)، وفك حلقات التكرار (loop unrolling)، والتحسينات الأخرى.

لتصحيح أخطاء الكود المحسّن بفعالية، من المهم فهم التحسينات التي تم تطبيقها وكيف يمكن أن تكون قد أثرت على سلوك الكود. قد تحتاج إلى فحص كود Wasm الخام أو الكود المفكك لفهم تأثيرات التحسينات.

تصحيح الأخطاء عن بعد

في بعض الحالات، قد تحتاج إلى تصحيح أخطاء كود WebAssembly الذي يعمل على جهاز بعيد أو في بيئة مختلفة. يتيح لك تصحيح الأخطاء عن بعد الاتصال بوقت تشغيل Wasm من مصحح أخطاء يعمل على جهازك المحلي وتصحيح أخطاء الكود كما لو كان يعمل محليًا.

تدعم بعض الأدوات، مثل Chrome DevTools، تصحيح الأخطاء عن بعد عبر بروتوكول تصحيح الأخطاء عن بعد الخاص بـ Chrome. يتيح لك هذا الاتصال بمثيل Chrome يعمل على جهاز بعيد وتصحيح أخطاء كود WebAssembly الذي يعمل في ذلك المثيل. قد توفر أدوات تصحيح الأخطاء الأخرى آلياتها الخاصة لتصحيح الأخطاء عن بعد.

أفضل الممارسات لتصحيح أخطاء WebAssembly

لضمان تصحيح أخطاء WebAssembly بكفاءة وفعالية، ضع في اعتبارك أفضل الممارسات التالية:

• أنشئ خرائط المصدر دائمًا: تأكد من إنشاء خرائط المصدر أثناء عملية الترجمة لتمكين تصحيح الأخطاء من منظور الكود المصدري الأصلي.
• استخدم أداة تصحيح أخطاء موثوقة: اختر أداة تصحيح أخطاء توفر الميزات والقدرات التي تحتاجها لمهام تصحيح الأخطاء المحددة الخاصة بك.
• افهم نموذج تنفيذ Wasm: اكتسب فهمًا قويًا لكيفية تنفيذ كود WebAssembly، بما في ذلك البنية القائمة على المكدس، ونموذج الذاكرة، ومجموعة التعليمات.
• اكتب كودًا قابلاً للاختبار: صمم كود WebAssembly الخاص بك ليكون قابلاً للاختبار بسهولة، مع مدخلات ومخرجات واضحة. اكتب اختبارات الوحدة للتحقق من صحة الكود الخاص بك.
• ابدأ بأمثلة بسيطة: عند تعلم تصحيح أخطاء WebAssembly، ابدأ بأمثلة بسيطة وقم بزيادة التعقيد تدريجيًا كلما أصبحت أكثر دراية بالأدوات والتقنيات.
• اقرأ الوثائق: ارجع إلى وثائق المترجم وأدوات البناء وأدوات تصحيح الأخطاء لفهم ميزاتها واستخدامها.
• ابق على اطلاع دائم: يتطور WebAssembly والأدوات المرتبطة به باستمرار. ابق على اطلاع دائم بآخر التطورات وأفضل الممارسات لضمان استخدامك لأكثر تقنيات تصحيح الأخطاء فعالية.

أمثلة من العالم الحقيقي

دعنا نستكشف بعض الأمثلة من العالم الحقيقي حيث يكون تصحيح أخطاء WebAssembly أمرًا بالغ الأهمية.

تطوير الألعاب

في تطوير الألعاب، يتم استخدام Wasm لإنشاء ألعاب عالية الأداء تعمل في المتصفح. يعد تصحيح الأخطاء ضروريًا لتحديد وإصلاح الأخطاء التي يمكن أن تؤثر على اللعب، مثل حسابات الفيزياء غير الصحيحة، أو مشكلات العرض، أو مشاكل مزامنة الشبكة. على سبيل المثال، قد يستخدم مطور ألعاب خرائط المصدر و Chrome DevTools لتصحيح خوارزمية اكتشاف الاصطدام المكتوبة بلغة C++ والمترجمة إلى WebAssembly.

معالجة الصور والفيديو

يستخدم WebAssembly أيضًا لمهام معالجة الصور والفيديو، مثل ترشيح الصور، وترميز الفيديو، وتأثيرات الفيديو في الوقت الفعلي. يعد تصحيح الأخطاء أمرًا بالغ الأهمية لضمان أداء هذه المهام بشكل صحيح وفعال. على سبيل المثال، قد يستخدم مطور أدوات مطوري Firefox لتصحيح مكتبة ترميز فيديو مكتوبة بلغة Rust ومترجمة إلى WebAssembly، وتحديد وإصلاح اختناقات الأداء التي تؤثر على تشغيل الفيديو.

المحاكاة العلمية

WebAssembly مناسب تمامًا لتشغيل المحاكاة العلمية في المتصفح، مثل محاكاة الديناميكا الجزيئية أو محاكاة ديناميكا الموائع. يعد تصحيح الأخطاء ضروريًا لضمان أن هذه المحاكاة تنتج نتائج دقيقة. قد يستخدم عالم WebAssembly Studio لتصحيح خوارزمية محاكاة مكتوبة بلغة Fortran ومترجمة إلى WebAssembly، والتحقق من أن المحاكاة تتقارب إلى الحل الصحيح.

تطوير تطبيقات الجوال عبر المنصات

تدعم أطر العمل مثل Flutter الآن ترجمة التطبيقات إلى WebAssembly. يصبح تصحيح الأخطاء ضروريًا عند حدوث سلوك غير متوقع تحديدًا على هدف WebAssembly. يتضمن ذلك فحص كود Wasm المترجم واستخدام خرائط المصدر لتتبع المشكلات وصولاً إلى كود Dart المصدري.

الخاتمة

يعد تصحيح أخطاء كود WebAssembly بفعالية أمرًا ضروريًا لبناء تطبيقات ويب عالية الأداء وموثوقة. من خلال فهم دور خرائط المصدر والاستفادة من أدوات تصحيح الأخطاء القوية المتاحة، يمكن للمطورين تحديد المشكلات وحلها بكفاءة. قدم هذا الدليل نظرة شاملة على تصحيح أخطاء WebAssembly، حيث يغطي كل شيء بدءًا من الإعداد الأساسي وحتى التقنيات المتقدمة. باتباع أفضل الممارسات الموضحة في هذا الدليل، يمكنك التأكد من أن كود WebAssembly الخاص بك قوي وعالي الأداء وخالٍ من الأخطاء. مع استمرار WebAssembly في التطور والانتشار، سيكون إتقان تقنيات تصحيح الأخطاء هذه مهارة لا تقدر بثمن لأي مطور ويب.