WebAssembly-feilsøking: Kildekart og feilsøkingsverktøy

WebAssembly (Wasm) har revolusjonert webutvikling ved å muliggjøre tilnærmet native ytelse for applikasjoner som kjører i nettleseren. Ettersom Wasm blir stadig mer utbredt, er effektive feilsøkingsteknikker avgjørende for at utviklere skal kunne identifisere og løse problemer effektivt. Denne guiden gir en omfattende oversikt over WebAssembly-feilsøking, med fokus på kildekart og de kraftige verktøyene som er tilgjengelige for utviklere. Vi vil dekke alt fra grunnleggende oppsett til avanserte teknikker, for å sikre at du er godt rustet til å takle enhver Wasm-feilsøkingsutfordring.

Hva er WebAssembly (Wasm)?

WebAssembly er et binært instruksjonsformat for en stack-basert virtuell maskin. Det er designet som et portabelt kompileringsmål for høynivåspråk som C, C++ og Rust, noe som gjør det mulig for utviklere å kjøre kode skrevet i disse språkene med tilnærmet native hastighet i nettlesere. Wasm gir betydelige ytelsesforbedringer sammenlignet med tradisjonell JavaScript, noe som gjør det egnet for beregningsintensive oppgaver som:

• Spillutvikling
• Bilde- og videobehandling
• Vitenskapelige simuleringer
• Kryptografi
• Maskinlæring

Utover nettleseren finner WebAssembly også anvendelse i serverløs databehandling, innebygde systemer og andre miljøer der ytelse og portabilitet er avgjørende.

Viktigheten av feilsøking i WebAssembly

Feilsøking av WebAssembly-kode kan være mer komplekst enn å feilsøke JavaScript på grunn av det binære formatet. Å inspisere Wasm-binæren direkte er ofte upraktisk, noe som gjør feilsøkingsverktøy og -teknikker essensielle. Viktige grunner til at feilsøking er avgjørende for Wasm-utvikling inkluderer:

• Identifisere ytelsesflaskehalser: Feilsøking hjelper til med å finne områder der Wasm-koden yter suboptimalt.
• Løse logiske feil: Finne og rette feil i den kompilerte koden for å sikre at applikasjonen oppfører seg som forventet.
• Verifisere korrekthet: Sikre at Wasm-koden produserer riktige resultater under ulike forhold.
• Forstå koden sin oppførsel: Feilsøking hjelper utviklere med å få en dypere forståelse av hvordan koden deres utføres i Wasm-miljøet.

Kildekart: Broen mellom Wasm og kildekode

Kildekart (source maps) er kritiske for feilsøking av WebAssembly fordi de mapper den kompilerte Wasm-koden tilbake til den originale kildekoden (f.eks. C++, Rust). Dette lar utviklere feilsøke koden sin i termer av det originale kildespråket, i stedet for å måtte jobbe direkte med Wasm-binæren eller dens disassemblerte representasjon.

Hvordan kildekart fungerer

Et kildekart er en JSON-fil som inneholder informasjon om mappingen mellom den genererte koden (Wasm) og den originale kildekoden. Denne informasjonen inkluderer:

• Filnavn: Navnene på de originale kildefilene.
• Linje- og kolonnemappinger: Korrespondansen mellom linjer og kolonner i den genererte koden og den originale kildekoden.
• Symbolnavn: Navnene på variabler og funksjoner i den originale kildekoden.

Når en feilsøker støter på Wasm-kode, bruker den kildekartet til å bestemme den tilsvarende plasseringen i den originale kildekoden. Dette gjør at feilsøkeren kan vise den originale kildekoden, sette bruddpunkter og stege gjennom koden på en mer kjent og intuitiv måte.

Generere kildekart

Kildekart genereres vanligvis under kompileringsprosessen. De fleste kompilatorer og byggeverktøy som støtter WebAssembly, gir alternativer for å generere kildekart. Her er noen eksempler:

Emscripten (C/C++)

Emscripten er et populært verktøysett for å kompilere C- og C++-kode til WebAssembly. For å generere kildekart med Emscripten, bruk -g-flagget under kompilering:

            emcc -g input.c -o output.js
            

              
                Copy
              
            
          

Denne kommandoen genererer output.js (JavaScript-limkoden) og output.wasm (WebAssembly-binæren), samt output.wasm.map (kildekartfilen).

Rust

Rust støtter også generering av kildekart ved kompilering til WebAssembly. For å aktivere kildekart, legg til følgende i din Cargo.toml-fil:

            [profile.release]
debug = true
            

              
                Copy
              
            
          

Bygg deretter prosjektet ditt i release-modus:

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

              
                Copy
              
            
          

Dette vil generere en Wasm-fil og et tilsvarende kildekart i target/wasm32-unknown-unknown/release/-katalogen.

AssemblyScript

AssemblyScript, et TypeScript-lignende språk som kompilerer direkte til WebAssembly, støtter også kildekart. Kildekart er aktivert som standard når du bruker asc-kompilatoren.

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

              
                Copy
              
            
          

Laste kildekart i nettleseren

Moderne nettlesere oppdager og laster kildekart automatisk hvis de er tilgjengelige. Nettleseren leser sourceMappingURL-kommentaren i den genererte JavaScript- eller Wasm-filen, som peker til plasseringen av kildekartfilen. For eksempel kan den genererte JavaScript-filen inneholde:

            //# sourceMappingURL=output.wasm.map
            

              
                Copy
              
            
          

Sørg for at kildekartfilen er tilgjengelig for nettleseren (f.eks. at den serveres fra samme domene eller har passende CORS-headere). Hvis kildekartet ikke lastes automatisk, kan det hende du må laste det manuelt i nettleserens utviklerverktøy.

Feilsøkingsverktøy for WebAssembly

Flere kraftige feilsøkingsverktøy er tilgjengelige for WebAssembly-utvikling. Disse verktøyene tilbyr funksjoner som:

• Sette bruddpunkter
• Stege gjennom kode
• Inspisere variabler
• Se kallstakken
• Profilere ytelse

Nettleserens utviklerverktøy (Chrome DevTools, Firefox Developer Tools)

Moderne nettlesere inkluderer innebygde utviklerverktøy som støtter WebAssembly-feilsøking. Disse verktøyene gir et omfattende sett med funksjoner for å inspisere og feilsøke Wasm-kode.

Chrome DevTools

Chrome DevTools tilbyr utmerket støtte for WebAssembly-feilsøking. For å feilsøke Wasm-kode i Chrome DevTools:

1. Åpne Chrome DevTools (vanligvis ved å trykke F12 eller høyreklikke og velge "Inspiser").
2. Naviger til "Sources"-panelet.
3. Last siden som inneholder WebAssembly-koden.
4. Hvis kildekart er riktig konfigurert, bør du se de originale kildefilene i "Sources"-panelet.
5. Sett bruddpunkter ved å klikke i margen ved siden av linjenumrene i kildekoden.
6. Kjør WebAssembly-koden. Når bruddpunktet treffes, vil feilsøkeren pause kjøringen og la deg inspisere variabler, stege gjennom kode og se kallstakken.

Chrome DevTools har også et "WebAssembly"-panel, som lar deg inspisere den rå Wasm-koden, sette bruddpunkter i Wasm-koden og stege gjennom Wasm-instruksjonene. Dette kan være nyttig for å feilsøke ytelseskritiske seksjoner av kode eller for å forstå lavnivå-detaljene i Wasm-kjøringen.

Firefox Developer Tools

Firefox Developer Tools gir også robust støtte for WebAssembly-feilsøking. Prosessen er lik den i Chrome DevTools:

1. Åpne Firefox Developer Tools (vanligvis ved å trykke F12 eller høyreklikke og velge "Inspiser").
2. Naviger til "Debugger"-panelet.
3. Last siden som inneholder WebAssembly-koden.
4. Hvis kildekart er riktig konfigurert, bør du se de originale kildefilene i "Debugger"-panelet.
5. Sett bruddpunkter ved å klikke i margen ved siden av linjenumrene i kildekoden.
6. Kjør WebAssembly-koden. Når bruddpunktet treffes, vil feilsøkeren pause kjøringen og la deg inspisere variabler, stege gjennom kode og se kallstakken.

Firefox Developer Tools inkluderer også et "WebAssembly"-panel, som gir lignende funksjonalitet som Chrome DevTools for å inspisere den rå Wasm-koden og sette bruddpunkter.

WebAssembly Studio

WebAssembly Studio er en online IDE for å skrive, bygge og feilsøke WebAssembly-kode. Det gir et praktisk miljø for å eksperimentere med WebAssembly uten å måtte sette opp et lokalt utviklingsmiljø.

WebAssembly Studio støtter kildekart og gir en visuell feilsøker som lar deg sette bruddpunkter, stege gjennom kode og inspisere variabler. Det inkluderer også en innebygd disassembler som lar deg se den rå Wasm-koden.

VS Code med WebAssembly-utvidelser

Visual Studio Code (VS Code) er en populær kodeeditor som kan utvides med ulike utvidelser for å støtte WebAssembly-utvikling. Flere utvidelser er tilgjengelige som tilbyr funksjoner som:

• Syntaksutheving for WebAssembly tekstformat (WAT)-filer
• Feilsøkingsstøtte for WebAssembly
• Integrasjon med WebAssembly-verktøykjeder

Noen populære VS Code-utvidelser for WebAssembly-utvikling inkluderer:

• WebAssembly (av dtsvetkov): Gir syntaksutheving, kodefullføring og andre funksjoner for WAT-filer.
• Wasm Language Support (av Hai Nguyen): Tilbyr forbedret språkstøtte og feilsøkingsmuligheter.

For å feilsøke WebAssembly-kode i VS Code, må du vanligvis konfigurere en oppstartskonfigurasjon som spesifiserer hvordan feilsøkeren skal startes og kobles til Wasm-kjøretidsmiljøet. Dette kan innebære å bruke en feilsøkingsadapter, som den som følger med Chrome eller Firefox DevTools.

Binaryen

Binaryen er et kompilator- og verktøykjede-infrastrukturbibliotek for WebAssembly. Det tilbyr verktøy for å optimalisere, validere og transformere WebAssembly-kode. Selv om det ikke er en feilsøker i seg selv, inkluderer Binaryen verktøy som kan hjelpe til med feilsøking, som:

• wasm-opt: En optimaliserer som kan forenkle Wasm-kode, noe som gjør den enklere å forstå og feilsøke.
• wasm-validate: En validator som sjekker Wasm-koden for feil.
• wasm-dis: En disassembler som konverterer Wasm-kode til et menneskelesbart tekstformat (WAT).

Binaryen brukes ofte som en del av en større WebAssembly-verktøykjede og kan integreres med andre feilsøkingsverktøy.

Avanserte feilsøkingsteknikker

Utover de grunnleggende feilsøkingsfunksjonene som tilbys av verktøyene nevnt ovenfor, kan flere avanserte feilsøkingsteknikker brukes til å takle mer komplekse WebAssembly-feilsøkingsutfordringer.

Logging og instrumentering

Å legge til loggsetninger i WebAssembly-koden din kan være en nyttig måte å spore kjøringsflyten og inspisere variabelverdier. Dette kan gjøres ved å kalle JavaScript-funksjoner fra Wasm-koden for å logge meldinger til konsollen. For eksempel, i C/C++:

            #include 

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Og i JavaScript:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Instrumentering innebærer å legge til kode for å måle ytelsen til ulike deler av WebAssembly-koden din. Dette kan gjøres ved å spore kjøringstiden til funksjoner eller ved å telle antall ganger visse kodestier utføres. Disse metrikkene kan hjelpe med å identifisere ytelsesflaskehalser og optimalisere koden din.

Minneinspeksjon

WebAssembly gir tilgang til et lineært minneområde, som kan inspiseres ved hjelp av feilsøkingsverktøy. Dette lar deg undersøke innholdet i minnet, inkludert variabler, datastrukturer og annen data. Nettlesere som Chrome og Firefox eksponerer WebAssemblys lineære minne gjennom sine utviklerverktøy, ofte tilgjengelig via "Memory"-panelet eller WebAssembly-spesifikke paneler.

Å forstå hvordan dataene dine er organisert i minnet er avgjørende for å feilsøke minnerelaterte problemer, som bufferoverflyt eller minnelekkasjer.

Feilsøking av optimalisert kode

Når man kompilerer WebAssembly-kode med optimaliseringer aktivert, kan den resulterende koden være betydelig annerledes enn den originale kildekoden. Dette kan gjøre feilsøking mer utfordrende, ettersom forholdet mellom Wasm-koden og kildekoden kan være mindre tydelig. Kildekart bidrar til å dempe dette, men den optimaliserte koden kan fortsatt vise uventet oppførsel på grunn av inlining, loop unrolling og andre optimaliseringer.

For å feilsøke optimalisert kode effektivt, er det viktig å forstå optimaliseringene som har blitt brukt og hvordan de kan ha påvirket kodens oppførsel. Det kan være nødvendig å undersøke den rå Wasm-koden eller den disassemblerte koden for å forstå effektene av optimaliseringene.

Fjernfeilsøking

I noen tilfeller kan det være nødvendig å feilsøke WebAssembly-kode som kjører på en fjerntilkoblet enhet eller i et annet miljø. Fjernfeilsøking lar deg koble til Wasm-kjøretidsmiljøet fra en feilsøker som kjører på din lokale maskin og feilsøke koden som om den kjørte lokalt.

Noen verktøy, som Chrome DevTools, støtter fjernfeilsøking via Chrome Remote Debugging Protocol. Dette lar deg koble til en Chrome-instans som kjører på en fjerntilkoblet enhet og feilsøke WebAssembly-kode som kjører i den instansen. Andre feilsøkingsverktøy kan ha sine egne mekanismer for fjernfeilsøking.

Beste praksis for WebAssembly-feilsøking

For å sikre effektiv og virkningsfull WebAssembly-feilsøking, bør du vurdere følgende beste praksis:

• Generer alltid kildekart: Sørg for at kildekart genereres under kompileringsprosessen for å muliggjøre feilsøking i termer av den originale kildekoden.
• Bruk et pålitelig feilsøkingsverktøy: Velg et feilsøkingsverktøy som gir funksjonene og egenskapene du trenger for dine spesifikke feilsøkingsoppgaver.
• Forstå Wasm sin kjøringsmodell: Få en solid forståelse av hvordan WebAssembly-kode kjøres, inkludert den stack-baserte arkitekturen, minnemodellen og instruksjonssettet.
• Skriv testbar kode: Design din WebAssembly-kode slik at den er enkel å teste, med klare inn- og utdata. Skriv enhetstester for å verifisere at koden er korrekt.
• Start med enkle eksempler: Når du lærer WebAssembly-feilsøking, start med enkle eksempler og øk kompleksiteten gradvis etter hvert som du blir mer kjent med verktøyene og teknikkene.
• Les dokumentasjonen: Se dokumentasjonen for kompilatoren, byggeverktøyene og feilsøkingsverktøyene dine for å forstå deres funksjoner og bruk.
• Hold deg oppdatert: WebAssembly og tilhørende verktøy er i konstant utvikling. Hold deg oppdatert på de siste utviklingene og beste praksisene for å sikre at du bruker de mest effektive feilsøkingsteknikkene.

Eksempler fra den virkelige verden

La oss se på noen eksempler fra den virkelige verden der WebAssembly-feilsøking er avgjørende.

Spillutvikling

I spillutvikling brukes Wasm til å lage høyytelsesspill som kjører i nettleseren. Feilsøking er essensielt for å identifisere og fikse feil som kan påvirke spillopplevelsen, som feilaktige fysikkberegninger, renderingsproblemer eller nettverkssynkroniseringsproblemer. For eksempel kan en spillutvikler bruke kildekart og Chrome DevTools til å feilsøke en kollisjonsdeteksjonsalgoritme skrevet i C++ og kompilert til WebAssembly.

Bilde- og videobehandling

WebAssembly brukes også til bilde- og videobehandlingsoppgaver, som bildefiltrering, videokoding og sanntids videoeffekter. Feilsøking er avgjørende for å sikre at disse oppgavene utføres korrekt og effektivt. For eksempel kan en utvikler bruke Firefox Developer Tools til å feilsøke et videokodingsbibliotek skrevet i Rust og kompilert til WebAssembly, og identifisere og fikse ytelsesflaskehalser som påvirker videoavspilling.

Vitenskapelige simuleringer

WebAssembly er godt egnet for å kjøre vitenskapelige simuleringer i nettleseren, som molekylærdynamikksimuleringer eller fluiddynamikksimuleringer. Feilsøking er essensielt for å sikre at disse simuleringene produserer nøyaktige resultater. En forsker kan bruke WebAssembly Studio til å feilsøke en simuleringsalgoritme skrevet i Fortran og kompilert til WebAssembly, for å verifisere at simuleringen konvergerer mot riktig løsning.

Kryssplattform mobilutvikling

Rammeverk som Flutter støtter nå kompilering av applikasjoner til WebAssembly. Feilsøking blir essensielt når uventet oppførsel oppstår spesifikt på WebAssembly-målet. Dette innebærer å inspisere den kompilerte Wasm-koden og bruke kildekart for å spore problemer tilbake til Dart-kildekoden.

Konklusjon

Å feilsøke WebAssembly-kode effektivt er avgjørende for å bygge høyytelses og pålitelige nettapplikasjoner. Ved å forstå rollen til kildekart og utnytte de kraftige feilsøkingsverktøyene som er tilgjengelige, kan utviklere identifisere og løse problemer effektivt. Denne guiden har gitt en omfattende oversikt over WebAssembly-feilsøking, som dekker alt fra grunnleggende oppsett til avanserte teknikker. Ved å følge beste praksis beskrevet i denne guiden, kan du sikre at WebAssembly-koden din er robust, ytende og feilfri. Ettersom WebAssembly fortsetter å utvikle seg og bli mer utbredt, vil mestring av disse feilsøkingsteknikkene være en uvurderlig ferdighet for enhver webutvikler.