WebAssembly išimčių apdorojimo iškvietimų seka: klaidų konteksto išsaugojimas patikimoms programoms

WebAssembly (Wasm) tapo galinga technologija, skirta kurti didelio našumo, kelių platformų programas. Jos smėliadėžės vykdymo aplinka ir efektyvus baitkodo formatas daro ją idealiu pasirinkimu įvairiems naudojimo atvejams – nuo žiniatinklio programų ir serverio pusės logikos iki įterptųjų sistemų ir žaidimų kūrimo. Didėjant WebAssembly pritaikymui, patikimas klaidų apdorojimas tampa vis svarbesnis siekiant užtikrinti programos stabilumą ir palengvinti efektyvų derinimo procesą.

Šis straipsnis gilinasi į WebAssembly išimčių apdorojimo subtilybes ir, dar svarbiau, į esminį klaidų konteksto išsaugojimo iškvietimų sekose vaidmenį. Aptarsime susijusius mechanizmus, iškylančius iššūkius ir geriausią praktiką kuriant Wasm programas, kurios teikia prasmingą informaciją apie klaidas, leidžiančią kūrėjams greitai nustatyti ir išspręsti problemas įvairiose aplinkose ir architektūrose.

WebAssembly išimčių apdorojimo supratimas

WebAssembly, pagal savo dizainą, numato mechanizmus išskirtinėms situacijoms apdoroti. Skirtingai nuo kai kurių kalbų, kurios labai pasikliauja grąžinimo kodais ar globaliomis klaidų vėliavėlėmis, WebAssembly apima aiškų išimčių apdorojimą, gerindamas kodo aiškumą ir sumažindamas kūrėjų naštą rankiniu būdu tikrinti klaidas po kiekvieno funkcijos iškvietimo. Wasm išimtys paprastai pateikiamos kaip vertės, kurias gali perimti ir apdoroti supantys kodo blokai. Procesas paprastai apima šiuos žingsnius:

• Išimties išmetimas: Kai atsiranda klaidos sąlyga, Wasm funkcija gali „išmesti“ išimtį. Tai signalizuoja, kad dabartinis vykdymo kelias susidūrė su neatkuriama problema.
• Išimties perėmimas: Kodą, kuris gali išmesti išimtį, supa „catch“ blokas. Šis blokas apibrėžia kodą, kuris bus vykdomas, jei bus išmesta tam tikro tipo išimtis. Keli „catch“ blokai gali apdoroti skirtingų tipų išimtis.
• Išimčių apdorojimo logika: „Catch“ bloke kūrėjai gali įdiegti pasirinktinę klaidų apdorojimo logiką, pvz., registruoti klaidą, bandyti atsigauti po klaidos arba sklandžiai nutraukti programą.

Šis struktūrizuotas požiūris į išimčių apdorojimą suteikia keletą privalumų:

• Pagerintas kodo skaitomumas: Aiškus išimčių apdorojimas daro klaidų apdorojimo logiką labiau matomą ir lengviau suprantamą, nes ji yra atskirta nuo įprastos vykdymo eigos.
• Sumažintas standartinio kodo kiekis: Kūrėjams nereikia rankiniu būdu tikrinti klaidų po kiekvieno funkcijos iškvietimo, sumažinant pasikartojančio kodo kiekį.
• Patobulintas klaidų plitimas: Išimtys automatiškai plinta iškvietimų seka, kol jos yra perimamos, užtikrinant tinkamą klaidų apdorojimą.

Iškvietimų sekų svarba

Nors išimčių apdorojimas suteikia būdą sklandžiai valdyti klaidas, dažnai to nepakanka problemos pirminės priežasties diagnozavimui. Čia atsiranda iškvietimų sekos. Iškvietimų seka yra tekstinis iškvietimų steko atvaizdavimas tuo metu, kai buvo išmesta išimtis. Ji rodo funkcijų iškvietimų seką, kuri lėmė klaidą, suteikdama vertingą kontekstą suprasti, kaip klaida atsirado.

Įprasta iškvietimų seka apima šią informaciją apie kiekvieną funkcijos iškvietimą sekoje:

• Funkcijos pavadinimas: Iškviestos funkcijos pavadinimas.
• Failo pavadinimas: Pirminio failo, kuriame funkcija apibrėžta, pavadinimas (jei yra).
• Eilutės numeris: Eilutės numeris pirminiame faile, kur įvyko funkcijos iškvietimas.
• Stulpelio numeris: Stulpelio numeris eilutėje, kur įvyko funkcijos iškvietimas (rečiau, bet naudinga).

Nagrinėdami iškvietimų seką, kūrėjai gali atsekti vykdymo kelią, kuris lėmė išimtį, nustatyti klaidos šaltinį ir suprasti programos būseną klaidos metu. Tai neįkainojama derinant sudėtingas problemas ir gerinant programos stabilumą. Įsivaizduokite scenarijų, kai finansinė programa, sukompiliuota į WebAssembly, skaičiuoja palūkanų normas. Dėl rekursinio funkcijos iškvietimo įvyksta steko perpildymas. Gerai suformuota iškvietimų seka tiesiogiai nurodys rekursinę funkciją, leidžiančią kūrėjams greitai diagnozuoti ir ištaisyti begalinę rekursiją.

Iššūkis: klaidų konteksto išsaugojimas WebAssembly iškvietimų sekose

Nors iškvietimų sekų koncepcija yra tiesmuka, generuoti prasmingas iškvietimų sekas WebAssembly aplinkoje gali būti sudėtinga. Esmė slypi klaidų konteksto išsaugojime viso kompiliavimo ir vykdymo proceso metu. Tai apima kelis veiksnius:

1. Šaltinio žemėlapių generavimas ir pasiekiamumas

WebAssembly dažnai generuojamas iš aukštesnio lygio kalbų, tokių kaip C++, Rust ar TypeScript. Kad būtų galima pateikti prasmingas iškvietimų sekas, kompiliatorius turi generuoti šaltinio žemėlapius. Šaltinio žemėlapis yra failas, kuris susieja sukompiliuotą WebAssembly kodą su originaliu pirminiu kodu. Tai leidžia naršyklei ar vykdymo aplinkai iškvietimų sekoje rodyti originalius failų pavadinimus ir eilutės numerius, o ne tik WebAssembly baitkodo poslinkius. Tai ypač svarbu dirbant su minimizuotu ar užšifruotu kodu. Pavyzdžiui, jei naudojate TypeScript, kad sukurtumėte žiniatinklio programą ir kompiliuojate ją į WebAssembly, turite sukonfigūruoti savo TypeScript kompiliatorių (tsc), kad generuotų šaltinio žemėlapius (`--sourceMap`). Panašiai, jei naudojate Emscripten C++ kodo kompiliavimui į WebAssembly, turėsite naudoti `-g` vėliavėlę, kad įtrauktumėte derinimo informaciją ir generuotumėte šaltinio žemėlapius.

Tačiau šaltinio žemėlapių generavimas yra tik pusė darbo. Naršyklė ar vykdymo aplinka taip pat turi turėti prieigą prie šaltinio žemėlapių. Tai paprastai apima šaltinio žemėlapių pateikimą kartu su WebAssembly failais. Naršyklė tada automatiškai įkels šaltinio žemėlapius ir naudos juos, kad iškvietimų sekoje rodytų originalią pirminio kodo informaciją. Svarbu užtikrinti, kad šaltinio žemėlapiai būtų prieinami naršyklei, nes juos gali blokuoti CORS taisyklės ar kiti saugumo apribojimai. Pavyzdžiui, jei jūsų WebAssembly kodas ir šaltinio žemėlapiai yra talpinami skirtinguose domenuose, turėsite sukonfigūruoti CORS antraštes, kad naršyklė galėtų pasiekti šaltinio žemėlapius.

2. Derinimo informacijos išsaugojimas

Kompiliavimo metu kompiliatoriai dažnai atlieka optimizavimus, siekdami pagerinti sugeneruoto kodo našumą. Šie optimizavimai kartais gali pašalinti arba pakeisti derinimo informaciją, todėl sunku sugeneruoti tikslias iškvietimų sekas. Pavyzdžiui, funkcijų įterpimas (inlining) gali apsunkinti originalaus funkcijos iškvietimo, kuris lėmė klaidą, nustatymą. Panašiai, negyvo kodo pašalinimas gali pašalinti funkcijas, kurios galėjo būti susijusios su klaida. Kompiliatoriai, tokie kaip Emscripten, suteikia parinktis optimizavimo ir derinimo informacijos lygiui valdyti. Naudojant `-g` vėliavėlę su Emscripten, kompiliatorius nurodys įtraukti derinimo informaciją į sugeneruotą WebAssembly kodą. Taip pat galite naudoti skirtingus optimizavimo lygius (`-O0`, `-O1`, `-O2`, `-O3`, `-Os`, `-Oz`), kad subalansuotumėte našumą ir derinamumą. `-O0` išjungia daugumą optimizavimų ir išsaugo daugiausiai derinimo informacijos, o `-O3` įjungia agresyvius optimizavimus ir gali pašalinti dalį derinimo informacijos.

Labai svarbu rasti pusiausvyrą tarp našumo ir derinamumo. Kūrimo aplinkose paprastai rekomenduojama išjungti optimizavimus ir išsaugoti kuo daugiau derinimo informacijos. Gamybinėse aplinkose galite įjungti optimizavimus, kad pagerintumėte našumą, tačiau vis tiek turėtumėte apsvarstyti galimybę įtraukti šiek tiek derinimo informacijos, kad palengvintumėte derinimo procesą klaidų atveju. Tai galite pasiekti naudodami atskiras kūrimo ir gamybos konfigūracijas, su skirtingais optimizavimo lygiais ir derinimo informacijos nustatymais.

3. Vykdymo aplinkos palaikymas

Vykdymo aplinka (pvz., naršyklė, Node.js ar atskira WebAssembly vykdymo aplinka) atlieka lemiamą vaidmenį generuojant ir rodant iškvietimų sekas. Vykdymo aplinka turi gebėti analizuoti WebAssembly kodą, pasiekti šaltinio žemėlapius ir versti WebAssembly baitkodo poslinkius į pirminio kodo vietas. Ne visos vykdymo aplinkos teikia vienodą WebAssembly iškvietimų sekų palaikymą. Kai kurios vykdymo aplinkos gali rodyti tik WebAssembly baitkodo poslinkius, o kitos gali rodyti originalią pirminio kodo informaciją. Modernios naršyklės paprastai gerai palaiko WebAssembly iškvietimų sekas, ypač kai yra prieinami šaltinio žemėlapiai. Node.js taip pat gerai palaiko WebAssembly iškvietimų sekas, ypač naudojant `--enable-source-maps` vėliavėlę. Tačiau kai kurios atskiros WebAssembly vykdymo aplinkos gali turėti ribotą iškvietimų sekų palaikymą.

Svarbu išbandyti savo WebAssembly programas skirtingose vykdymo aplinkose, siekiant užtikrinti, kad iškvietimų sekos būtų generuojamos teisingai ir teiktų prasmingą informaciją. Gali tekti naudoti skirtingus įrankius ar metodus, kad sugeneruotumėte iškvietimų sekas skirtingose aplinkose. Pavyzdžiui, naršyklėje galite naudoti funkciją `console.trace()`, kad sugeneruotumėte iškvietimų seką, arba Node.js galite naudoti vėliavėlę `node --stack-trace-limit`, kad valdytumėte iškvietimų steko kadrų skaičių, rodomą iškvietimų sekoje.

4. Asinchroninės operacijos ir atgalinio ryšio iškvietimai

WebAssembly programos dažnai apima asinchronines operacijas ir atgalinio ryšio iškvietimus. Tai gali apsunkinti tikslių iškvietimų sekų generavimą, nes vykdymo kelias gali šokinėti tarp skirtingų kodo dalių. Pavyzdžiui, jei WebAssembly funkcija iškviečia JavaScript funkciją, kuri atlieka asinchroninę operaciją, iškvietimų seka gali neapimti originalaus WebAssembly funkcijos iškvietimo. Norėdami išspręsti šį iššūkį, kūrėjai turi kruopščiai valdyti vykdymo kontekstą ir užtikrinti, kad būtų prieinama reikalinga informacija tikslioms iškvietimų sekoms generuoti. Vienas iš požiūrių yra naudoti asinchronines iškvietimų sekų bibliotekas, kurios gali užfiksuoti iškvietimų seką tuo momentu, kai pradedama asinchroninė operacija, ir tada sujungti ją su iškvietimų seka tuo momentu, kai operacija baigiama.

Kitas požiūris yra naudoti struktūrizuotą registravimą, kuris apima atitinkamos informacijos apie vykdymo kontekstą registravimą įvairiuose kodo taškuose. Ši informacija tada gali būti naudojama vykdymo keliui atkurti ir išsamesnei iškvietimų sekai sugeneruoti. Pavyzdžiui, galite registruoti funkcijos pavadinimą, failo pavadinimą, eilutės numerį ir kitą atitinkamą informaciją kiekvieno funkcijos iškvietimo pradžioje ir pabaigoje. Tai gali būti ypač naudinga derinant sudėtingas asinchronines operacijas. Tokios bibliotekos kaip `console.log` JavaScript kalboje, papildytos struktūrizuotais duomenimis, gali būti neįkainojamos.

Geriausia praktika klaidų konteksto išsaugojimui

Kad užtikrintumėte, jog jūsų WebAssembly programos generuotų prasmingas iškvietimų sekas, laikykitės šių geriausios praktikos rekomendacijų:

• Generuokite šaltinio žemėlapius: Visada generuokite šaltinio žemėlapius, kai kompiliuojate savo kodą į WebAssembly. Konfigūruokite savo kompiliatorių, kad įtrauktų derinimo informaciją ir generuotų šaltinio žemėlapius, kurie sujungia sukompiliuotą kodą atgal su originaliu pirminiu kodu.
• Išsaugokite derinimo informaciją: Venkite agresyvių optimizavimų, kurie pašalina derinimo informaciją. Naudokite tinkamus optimizavimo lygius, kurie subalansuoja našumą ir derinamumą. Apsvarstykite galimybę naudoti atskiras kūrimo ir gamybos konfigūracijas.
• Testuokite skirtingose aplinkose: Išbandykite savo WebAssembly programas skirtingose vykdymo aplinkose, siekiant užtikrinti, kad iškvietimų sekos būtų generuojamos teisingai ir teiktų prasmingą informaciją.
• Naudokite asinchronines iškvietimų sekų bibliotekas: Jei jūsų programa apima asinchronines operacijas, naudokite asinchronines iškvietimų sekų bibliotekas, kad užfiksuotumėte iškvietimų seką tuo momentu, kai pradedama asinchroninė operacija.
• Įdiekite struktūrizuotą registravimą: Įdiekite struktūrizuotą registravimą, kad registruotumėte atitinkamą informaciją apie vykdymo kontekstą įvairiuose kodo taškuose. Ši informacija gali būti naudojama vykdymo keliui atkurti ir išsamesnei iškvietimų sekai sugeneruoti.
• Naudokite aprašomuosius klaidų pranešimus: Mesti išimtis, pateikite aprašomuosius klaidų pranešimus, kurie aiškiai paaiškina klaidos priežastį. Tai padės kūrėjams greitai suprasti problemą ir nustatyti klaidos šaltinį. Pavyzdžiui, vietoj bendrinės „Error“ išimties išmeskite konkretesnę išimtį, pvz., „InvalidArgumentException“, su pranešimu, paaiškinančiu, kuris argumentas buvo neteisingas.
• Apsvarstykite galimybę naudoti specializuotą klaidų pranešimo paslaugą: Tokios paslaugos kaip Sentry, Bugsnag ir Rollbar gali automatiškai fiksuoti ir pranešti apie klaidas iš jūsų WebAssembly programų. Šios paslaugos paprastai teikia išsamias iškvietimų sekas ir kitą informaciją, kuri gali padėti greičiau diagnozuoti ir ištaisyti klaidas. Jos taip pat dažnai teikia tokias funkcijas kaip klaidų grupavimas, vartotojo kontekstas ir išleidimų stebėjimas.

Pavyzdžiai ir demonstracijos

Iliustruokime šias sąvokas praktiniais pavyzdžiais. Apsvarstysime paprastą C++ programą, sukompiliuotą į WebAssembly naudojant Emscripten.

C++ kodas (example.cpp):

            #include <iostream>

int divide(int a, int b) {
 if (b == 0) {
 throw std::runtime_error("Division by zero!");
 }
 return a / b;
}

int main() {
 try {
 int result = divide(10, 0);
 std::cout << "Result: " << result << std::endl;
 } catch (const std::runtime_error& ex) {
 std::cerr << "Error: " << ex.what() << std::endl;
 }
 return 0;
}

            

              
                Copy
              
            
          

Kompiliavimas naudojant Emscripten:

            emcc example.cpp -o example.js -s WASM=1 -g

            

              
                Copy
              
            
          

Šiame pavyzdyje naudojame `-g` vėliavėlę derinimo informacijai generuoti. Kai funkcija `divide` iškviečiama su `b = 0`, išmetama `std::runtime_error` išimtis. `main` funkcijos „catch“ blokas perima išimtį ir atspausdina klaidos pranešimą. Jei paleisite šį kodą naršyklėje atsidarę kūrėjo įrankius, pamatysite iškvietimų seką, kurioje bus failo pavadinimas (`example.cpp`), eilutės numeris ir funkcijos pavadinimas. Tai leidžia greitai nustatyti klaidos šaltinį.

Pavyzdys su Rust:

Rust atveju, kompiliavimas į WebAssembly naudojant `wasm-pack` arba `cargo build --target wasm32-unknown-unknown` taip pat leidžia generuoti šaltinio žemėlapius. Užtikrinkite, kad jūsų `Cargo.toml` turėtų reikiamas konfigūracijas, ir naudokite derinimo versijas kūrimui, kad išsaugotumėte esminę derinimo informaciją.

Demonstracija su JavaScript ir WebAssembly:

Taip pat galite integruoti WebAssembly su JavaScript. JavaScript kodas gali įkelti ir vykdyti WebAssembly modulį, taip pat tvarkyti WebAssembly kodo išmestus išimtis. Tai leidžia kurti hibridines programas, kurios sujungia WebAssembly našumą su JavaScript lankstumu. Kai išimtis išmetama iš WebAssembly kodo, JavaScript kodas gali perimti išimtį ir sugeneruoti iškvietimų seką naudojant `console.trace()` funkciją.

Išvada

Klaidų konteksto išsaugojimas WebAssembly iškvietimų sekose yra itin svarbus kuriant patikimas ir derinamas programas. Laikydamiesi šiame straipsnyje išdėstytos geriausios praktikos, kūrėjai gali užtikrinti, kad jų WebAssembly programos generuos prasmingas iškvietimų sekas, kurios teikia vertingą informaciją klaidoms diagnozuoti ir taisyti. Tai ypač svarbu, kai WebAssembly vis plačiau pritaikomas ir naudojamas vis sudėtingesnėse programose. Investavimas į tinkamą klaidų apdorojimą ir derinimo metodus ilgainiui duos naudos, leisdamas kurti stabilesnes, patikimesnes ir lengviau prižiūrimas WebAssembly programas įvairiose pasaulio aplinkose.

Vystantis WebAssembly ekosistemai, galime tikėtis tolesnių patobulinimų išimčių apdorojimo ir iškvietimų sekų generavimo srityje. Atsiras nauji įrankiai ir metodai, kurie dar labiau palengvins patikimų ir derinimo WebAssembly programų kūrimą. Nuolatinis atnaujinimas su naujausiais WebAssembly pokyčiais bus esminis tiems kūrėjams, kurie nori išnaudoti visą šios galingos technologijos potencialą.