WebAssembly atkļūdošana: avota kartes un atkļūdošanas rīki

WebAssembly (Wasm) ir revolucionizējis tīmekļa izstrādi, nodrošinot lietojumprogrammām, kas darbojas pārlūkprogrammā, gandrīz dabīgu veiktspēju. Tā kā Wasm kļūst arvien izplatītāks, efektīvas atkļūdošanas metodes ir ļoti svarīgas izstrādātājiem, lai efektīvi identificētu un risinātu problēmas. Šī rokasgrāmata sniedz visaptverošu pārskatu par WebAssembly atkļūdošanu, koncentrējoties uz avota kartēm un jaudīgajiem rīkiem, kas pieejami izstrādātājiem. Mēs apskatīsim visu, sākot no pamata iestatīšanas līdz progresīvām metodēm, nodrošinot, ka esat labi sagatavots, lai risinātu jebkuru Wasm atkļūdošanas izaicinājumu.

Kas ir WebAssembly (Wasm)?

WebAssembly ir binārs instrukciju formāts uz stekiem balstītai virtuālajai mašīnai. Tas ir izstrādāts kā pārnēsājams kompilēšanas mērķis augsta līmeņa valodām, piemēram, C, C++ un Rust, ļaujot izstrādātājiem palaist šajās valodās rakstītu kodu ar gandrīz dabīgu ātrumu tīmekļa pārlūkprogrammās. Wasm nodrošina ievērojamus veiktspējas uzlabojumus salīdzinājumā ar tradicionālo JavaScript, padarot to piemērotu skaitļošanas ietilpīgiem uzdevumiem, piemēram:

• Spēļu izstrāde
• Attēlu un video apstrāde
• Zinātniskās simulācijas
• Kriptogrāfija
• Mašīnmācīšanās

Ārpus pārlūkprogrammas WebAssembly tiek izmantots arī bezservera skaitļošanā, iegultās sistēmās un citās vidēs, kur veiktspēja un pārnesamība ir kritiski svarīga.

Atkļūdošanas nozīme WebAssembly

WebAssembly koda atkļūdošana var būt sarežģītāka nekā JavaScript atkļūdošana tā binārā formāta dēļ. Tieša Wasm binārā koda pārbaude bieži vien ir nepraktiska, padarot atkļūdošanas rīkus un metodes par būtisku nepieciešamību. Galvenie iemesli, kāpēc atkļūdošana ir ļoti svarīga Wasm izstrādē, ir:

• Veiktspējas vājo vietu identificēšana: Atkļūdošana palīdz noteikt vietas, kur Wasm kods darbojas neoptimāli.
• Loģikas kļūdu risināšana: Kļūdu atrašana un labošana kompilētajā kodā, lai nodrošinātu, ka lietojumprogramma darbojas kā paredzēts.
• Pareizības pārbaude: Pārliecināšanās, ka Wasm kods sniedz pareizus rezultātus dažādos apstākļos.
• Koda uzvedības izpratne: Atkļūdošana palīdz izstrādātājiem gūt dziļāku izpratni par to, kā viņu kods tiek izpildīts Wasm vidē.

Avota kartes: tilts starp Wasm un avota kodu

Avota kartes ir ļoti svarīgas WebAssembly atkļūdošanai, jo tās sasaista kompilēto Wasm kodu ar sākotnējo avota kodu (piemēram, C++, Rust). Tas ļauj izstrādātājiem atkļūdot savu kodu, izmantojot sākotnējo avota valodu, nevis strādājot tieši ar Wasm bināro failu vai tā dezasemblēto attēlojumu.

Kā darbojas avota kartes

Avota karte ir JSON fails, kas satur informāciju par sasaisti starp ģenerēto kodu (Wasm) un sākotnējo avota kodu. Šī informācija ietver:

• Failu nosaukumi: Sākotnējo avota failu nosaukumi.
• Rindu un kolonnu sasaistes: Atbilstība starp rindām un kolonnām ģenerētajā kodā un sākotnējā avota kodā.
• Simbolu nosaukumi: Mainīgo un funkciju nosaukumi sākotnējā avota kodā.

Kad atkļūdotājs saskaras ar Wasm kodu, tas izmanto avota karti, lai noteiktu atbilstošo atrašanās vietu sākotnējā avota kodā. Tas ļauj atkļūdotājam attēlot sākotnējo avota kodu, iestatīt pārtraukumpunktus un soli pa solim izpildīt kodu daudz pazīstamākā un intuitīvākā veidā.

Avota karšu ģenerēšana

Avota kartes parasti tiek ģenerētas kompilēšanas procesā. Lielākā daļa kompilatoru un būvēšanas rīku, kas atbalsta WebAssembly, nodrošina iespējas ģenerēt avota kartes. Šeit ir daži piemēri:

Emscripten (C/C++)

Emscripten ir populāra rīkkopa C un C++ koda kompilēšanai uz WebAssembly. Lai ģenerētu avota kartes ar Emscripten, kompilēšanas laikā izmantojiet -g karodziņu:

            emcc -g input.c -o output.js
            

              
                Copy
              
            
          

Šī komanda ģenerē output.js (JavaScript savienojošais kods) un output.wasm (WebAssembly binārais fails), kā arī output.wasm.map (avota kartes fails).

Rust

Rust arī atbalsta avota karšu ģenerēšanu, kompilējot uz WebAssembly. Lai iespējotu avota kartes, pievienojiet sekojošo savam Cargo.toml failam:

            [profile.release]
debug = true
            

              
                Copy
              
            
          

Pēc tam būvējiet savu projektu izlaišanas režīmā:

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

              
                Copy
              
            
          

Tas ģenerēs Wasm failu un atbilstošu avota karti target/wasm32-unknown-unknown/release/ direktorijā.

AssemblyScript

AssemblyScript, TypeScript līdzīga valoda, kas tiek kompilēta tieši uz WebAssembly, arī atbalsta avota kartes. Avota kartes ir iespējotas pēc noklusējuma, izmantojot asc kompilatoru.

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

              
                Copy
              
            
          

Avota karšu ielāde pārlūkprogrammā

Mūsdienu pārlūkprogrammas automātiski atklāj un ielādē avota kartes, ja tās ir pieejamas. Pārlūkprogramma nolasa sourceMappingURL komentāru ģenerētajā JavaScript vai Wasm failā, kas norāda uz avota kartes faila atrašanās vietu. Piemēram, ģenerētais JavaScript varētu saturēt:

            //# sourceMappingURL=output.wasm.map
            

              
                Copy
              
            
          

Pārliecinieties, ka avota kartes fails ir pieejams pārlūkprogrammai (piemēram, tas tiek pasniegts no tā paša domēna vai tam ir atbilstošas CORS galvenes). Ja avota karte netiek ielādēta automātiski, iespējams, tā būs jāielādē manuāli pārlūkprogrammas izstrādātāju rīkos.

Atkļūdošanas rīki WebAssembly

WebAssembly izstrādei ir pieejami vairāki jaudīgi atkļūdošanas rīki. Šie rīki nodrošina tādas funkcijas kā:

• Pārtraukumpunktu iestatīšana
• Soli pa solim koda izpilde
• Mainīgo pārbaude
• Izsaukumu steka apskate
• Veiktspējas profilēšana

Pārlūkprogrammas izstrādātāju rīki (Chrome DevTools, Firefox Developer Tools)

Mūsdienu pārlūkprogrammās ir iebūvēti izstrādātāju rīki, kas atbalsta WebAssembly atkļūdošanu. Šie rīki nodrošina visaptverošu funkciju kopumu Wasm koda pārbaudei un atkļūdošanai.

Chrome DevTools

Chrome DevTools piedāvā lielisku atbalstu WebAssembly atkļūdošanai. Lai atkļūdotu Wasm kodu Chrome DevTools:

1. Atveriet Chrome DevTools (parasti nospiežot F12 vai ar peles labo pogu noklikšķinot un izvēloties "Inspect").
2. Dodieties uz "Sources" paneli.
3. Ielādējiet lapu, kas satur WebAssembly kodu.
4. Ja avota kartes ir pareizi konfigurētas, jums vajadzētu redzēt sākotnējos avota failus "Sources" panelī.
5. Iestatiet pārtraukumpunktus, noklikšķinot uz joslas blakus rindu numuriem avota kodā.
6. Palaidiet WebAssembly kodu. Kad tiek sasniegts pārtraukumpunkts, atkļūdotājs apturēs izpildi un ļaus jums pārbaudīt mainīgos, soli pa solim izpildīt kodu un apskatīt izsaukumu steku.

Chrome DevTools nodrošina arī "WebAssembly" paneli, kas ļauj pārbaudīt neapstrādātu Wasm kodu, iestatīt pārtraukumpunktus Wasm kodā un soli pa solim izpildīt Wasm instrukcijas. Tas var būt noderīgi, lai atkļūdotu veiktspējas ziņā kritiskas koda daļas vai izprastu Wasm izpildes zema līmeņa detaļas.

Firefox Developer Tools

Firefox Developer Tools arī nodrošina stabilu atbalstu WebAssembly atkļūdošanai. Process ir līdzīgs Chrome DevTools:

1. Atveriet Firefox Developer Tools (parasti nospiežot F12 vai ar peles labo pogu noklikšķinot un izvēloties "Inspect").
2. Dodieties uz "Debugger" paneli.
3. Ielādējiet lapu, kas satur WebAssembly kodu.
4. Ja avota kartes ir pareizi konfigurētas, jums vajadzētu redzēt sākotnējos avota failus "Debugger" panelī.
5. Iestatiet pārtraukumpunktus, noklikšķinot uz joslas blakus rindu numuriem avota kodā.
6. Palaidiet WebAssembly kodu. Kad tiek sasniegts pārtraukumpunkts, atkļūdotājs apturēs izpildi un ļaus jums pārbaudīt mainīgos, soli pa solim izpildīt kodu un apskatīt izsaukumu steku.

Firefox Developer Tools ietver arī "WebAssembly" paneli, kas nodrošina līdzīgu funkcionalitāti kā Chrome DevTools, lai pārbaudītu neapstrādātu Wasm kodu un iestatītu pārtraukumpunktus.

WebAssembly Studio

WebAssembly Studio ir tiešsaistes IDE WebAssembly koda rakstīšanai, būvēšanai un atkļūdošanai. Tā nodrošina ērtu vidi eksperimentēšanai ar WebAssembly bez nepieciešamības iestatīt lokālu izstrādes vidi.

WebAssembly Studio atbalsta avota kartes un nodrošina vizuālu atkļūdotāju, kas ļauj iestatīt pārtraukumpunktus, soli pa solim izpildīt kodu un pārbaudīt mainīgos. Tas ietver arī iebūvētu dezasemblētāju, kas ļauj apskatīt neapstrādātu Wasm kodu.

VS Code ar WebAssembly paplašinājumiem

Visual Studio Code (VS Code) ir populārs koda redaktors, ko var paplašināt ar dažādiem paplašinājumiem, lai atbalstītu WebAssembly izstrādi. Ir pieejami vairāki paplašinājumi, kas nodrošina tādas funkcijas kā:

• Sintakses izcelšana WebAssembly teksta formāta (WAT) failiem
• Atkļūdošanas atbalsts WebAssembly
• Integrācija ar WebAssembly rīkkopām

Daži populāri VS Code paplašinājumi WebAssembly izstrādei ietver:

• WebAssembly (autors dtsvetkov): Nodrošina sintakses izcelšanu, koda pabeigšanu un citas funkcijas WAT failiem.
• Wasm Language Support (autors Hai Nguyen): Piedāvā uzlabotu valodas atbalstu un atkļūdošanas iespējas.

Lai atkļūdotu WebAssembly kodu VS Code, parasti ir jākonfigurē palaišanas konfigurācija, kas norāda, kā palaist atkļūdotāju un izveidot savienojumu ar Wasm izpildlaiku. Tas var ietvert atkļūdotāja adaptera izmantošanu, piemēram, to, ko nodrošina Chrome vai Firefox DevTools.

Binaryen

Binaryen ir kompilatoru un rīkkopu infrastruktūras bibliotēka priekš WebAssembly. Tā nodrošina rīkus WebAssembly koda optimizēšanai, validēšanai un transformēšanai. Lai gan tas pats par sevi nav atkļūdotājs, Binaryen ietver rīkus, kas var palīdzēt atkļūdošanā, piemēram:

• wasm-opt: Optimizētājs, kas var vienkāršot Wasm kodu, padarot to vieglāk saprotamu un atkļūdojamu.
• wasm-validate: Validētājs, kas pārbauda Wasm kodu attiecībā uz kļūdām.
• wasm-dis: Dezasemblētājs, kas pārvērš Wasm kodu cilvēkam lasāmā teksta formātā (WAT).

Binaryen bieži tiek izmantots kā daļa no lielākas WebAssembly rīkkopas un to var integrēt ar citiem atkļūdošanas rīkiem.

Progresīvas atkļūdošanas metodes

Papildus pamata atkļūdošanas funkcijām, ko nodrošina iepriekš minētie rīki, var izmantot vairākas progresīvas atkļūdošanas metodes, lai risinātu sarežģītākus WebAssembly atkļūdošanas izaicinājumus.

Žurnalēšana un instrumentēšana

Žurnāla ierakstu pievienošana jūsu WebAssembly kodam var būt noderīgs veids, kā izsekot izpildes plūsmai un pārbaudīt mainīgo vērtības. To var izdarīt, izsaucot JavaScript funkcijas no sava Wasm koda, lai žurnalētu ziņojumus konsolē. Piemēram, C/C++:

            #include 

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Un JavaScript:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Instrumentēšana ietver koda pievienošanu, lai mērītu dažādu jūsu WebAssembly koda daļu veiktspēju. To var izdarīt, izsekojot funkciju izpildes laiku vai skaitot, cik reizes tiek izpildīti noteikti koda ceļi. Šie rādītāji var palīdzēt identificēt veiktspējas vājās vietas un optimizēt jūsu kodu.

Atmiņas pārbaude

WebAssembly nodrošina piekļuvi lineārai atmiņas telpai, kuru var pārbaudīt, izmantojot atkļūdošanas rīkus. Tas ļauj pārbaudīt atmiņas saturu, ieskaitot mainīgos, datu struktūras un citus datus. Pārlūkprogrammas, piemēram, Chrome un Firefox, atklāj WebAssembly lineāro atmiņu, izmantojot savus izstrādātāju rīkus, kas bieži ir pieejami caur "Memory" paneli vai WebAssembly specifiskiem paneļiem.

Izpratne par to, kā jūsu dati ir izkārtoti atmiņā, ir ļoti svarīga, lai atkļūdotu ar atmiņu saistītas problēmas, piemēram, bufera pārpildes vai atmiņas noplūdes.

Optimizēta koda atkļūdošana

Kompilējot WebAssembly kodu ar iespējotām optimizācijām, rezultējošais kods var ievērojami atšķirties no sākotnējā avota koda. Tas var padarīt atkļūdošanu grūtāku, jo saistība starp Wasm kodu un avota kodu var būt mazāk skaidra. Avota kartes palīdz to mazināt, taču optimizētais kods joprojām var uzrādīt negaidītu uzvedību, pateicoties iekļaušanai (inlining), ciklu attīšanai (loop unrolling) un citām optimizācijām.

Lai efektīvi atkļūdotu optimizētu kodu, ir svarīgi saprast pielietotās optimizācijas un to, kā tās varētu būt ietekmējušas koda uzvedību. Iespējams, jums būs jāpārbauda neapstrādāts Wasm kods vai dezasemblēts kods, lai izprastu optimizāciju ietekmi.

Attālā atkļūdošana

Dažos gadījumos jums var būt nepieciešams atkļūdot WebAssembly kodu, kas darbojas attālā ierīcē vai citā vidē. Attālā atkļūdošana ļauj jums izveidot savienojumu ar Wasm izpildlaiku no atkļūdotāja, kas darbojas jūsu lokālajā datorā, un atkļūdot kodu tā, it kā tas darbotos lokāli.

Daži rīki, piemēram, Chrome DevTools, atbalsta attālo atkļūdošanu, izmantojot Chrome Remote Debugging Protocol. Tas ļauj jums izveidot savienojumu ar Chrome instanci, kas darbojas attālā ierīcē, un atkļūdot WebAssembly kodu, kas darbojas šajā instancē. Citi atkļūdošanas rīki var nodrošināt savus mehānismus attālajai atkļūdošanai.

Labākās prakses WebAssembly atkļūdošanā

Lai nodrošinātu efektīvu WebAssembly atkļūdošanu, apsveriet šādas labākās prakses:

• Vienmēr ģenerējiet avota kartes: Pārliecinieties, ka kompilēšanas procesā tiek ģenerētas avota kartes, lai iespējotu atkļūdošanu, izmantojot sākotnējo avota kodu.
• Izmantojiet uzticamu atkļūdošanas rīku: Izvēlieties atkļūdošanas rīku, kas nodrošina funkcijas un iespējas, kas nepieciešamas jūsu konkrētajiem atkļūdošanas uzdevumiem.
• Izprotiet Wasm izpildes modeli: Gūstiet stabilu izpratni par to, kā tiek izpildīts WebAssembly kods, ieskaitot uz stekiem balstīto arhitektūru, atmiņas modeli un instrukciju kopu.
• Rakstiet testējamu kodu: Izstrādājiet savu WebAssembly kodu tā, lai to būtu viegli testēt, ar skaidriem ievaddatiem un izvaddatiem. Rakstiet vienībtestus, lai pārbaudītu sava koda pareizību.
• Sāciet ar vienkāršiem piemēriem: Mācoties WebAssembly atkļūdošanu, sāciet ar vienkāršiem piemēriem un pakāpeniski palieliniet sarežģītību, kad kļūstat pazīstamāks ar rīkiem un metodēm.
• Lasiet dokumentāciju: Skatiet sava kompilatora, būvēšanas rīku un atkļūdošanas rīku dokumentāciju, lai izprastu to funkcijas un lietošanu.
• Sekojiet līdzi jaunumiem: WebAssembly un ar to saistītie rīki nepārtraukti attīstās. Sekojiet līdzi jaunākajiem sasniegumiem un labākajām praksēm, lai nodrošinātu, ka izmantojat visefektīvākās atkļūdošanas metodes.

Piemēri no reālās dzīves

Apskatīsim dažus reālās dzīves piemērus, kur WebAssembly atkļūdošana ir ļoti svarīga.

Spēļu izstrāde

Spēļu izstrādē Wasm tiek izmantots, lai radītu augstas veiktspējas spēles, kas darbojas pārlūkprogrammā. Atkļūdošana ir būtiska, lai identificētu un labotu kļūdas, kas var ietekmēt spēles gaitu, piemēram, nepareizus fizikas aprēķinus, renderēšanas problēmas vai tīkla sinhronizācijas problēmas. Piemēram, spēļu izstrādātājs varētu izmantot avota kartes un Chrome DevTools, lai atkļūdotu sadursmju noteikšanas algoritmu, kas rakstīts C++ un kompilēts uz WebAssembly.

Attēlu un video apstrāde

WebAssembly tiek izmantots arī attēlu un video apstrādes uzdevumiem, piemēram, attēlu filtrēšanai, video kodēšanai un reāllaika video efektiem. Atkļūdošana ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu, ka šie uzdevumi tiek veikti pareizi un efektīvi. Piemēram, izstrādātājs varētu izmantot Firefox Developer Tools, lai atkļūdotu video kodēšanas bibliotēku, kas rakstīta Rust un kompilēta uz WebAssembly, identificējot un novēršot veiktspējas vājās vietas, kas ietekmē video atskaņošanu.

Zinātniskās simulācijas

WebAssembly ir labi piemērots zinātnisko simulāciju veikšanai pārlūkprogrammā, piemēram, molekulārās dinamikas vai šķidruma dinamikas simulācijām. Atkļūdošana ir būtiska, lai nodrošinātu, ka šīs simulācijas sniedz precīzus rezultātus. Zinātnieks varētu izmantot WebAssembly Studio, lai atkļūdotu simulācijas algoritmu, kas rakstīts Fortran un kompilēts uz WebAssembly, pārbaudot, vai simulācija konverģē uz pareizo risinājumu.

Starpplatformu mobilo lietotņu izstrāde

Ietvari, piemēram, Flutter, tagad atbalsta lietojumprogrammu kompilēšanu uz WebAssembly. Atkļūdošana kļūst būtiska, ja negaidīta uzvedība rodas tieši WebAssembly mērķī. Tas ietver kompilētā Wasm koda pārbaudi un avota karšu izmantošanu, lai izsekotu problēmas līdz Dart avota kodam.

Noslēgums

Efektīva WebAssembly koda atkļūdošana ir būtiska, lai veidotu augstas veiktspējas un uzticamas tīmekļa lietojumprogrammas. Izprotot avota karšu lomu un izmantojot pieejamos jaudīgos atkļūdošanas rīkus, izstrādātāji var efektīvi identificēt un risināt problēmas. Šī rokasgrāmata ir sniegusi visaptverošu pārskatu par WebAssembly atkļūdošanu, aptverot visu, sākot no pamata iestatīšanas līdz progresīvām metodēm. Ievērojot šajā rokasgrāmatā izklāstītās labākās prakses, jūs varat nodrošināt, ka jūsu WebAssembly kods ir stabils, veiktspējīgs un bez kļūdām. Tā kā WebAssembly turpina attīstīties un kļūt arvien izplatītāks, šo atkļūdošanas metožu apgūšana būs nenovērtējama prasme jebkuram tīmekļa izstrādātājam.