Odpravljanje napak v WebAssembly: Izvorne datoteke in orodja za odpravljanje napak

WebAssembly (Wasm) je revolucioniral spletni razvoj, saj omogoča skoraj izvorno zmogljivost za aplikacije, ki se izvajajo v brskalniku. Ker Wasm postaja vse bolj razširjen, so učinkovite tehnike odpravljanja napak ključne za razvijalce, da lahko učinkovito prepoznajo in odpravijo težave. Ta vodnik ponuja celovit pregled odpravljanja napak v WebAssembly, s poudarkom na izvornih datotekah in zmogljivih orodjih, ki so na voljo razvijalcem. Pokrili bomo vse od osnovne nastavitve do naprednih tehnik, da boste dobro opremljeni za vsak izziv pri odpravljanju napak v Wasm.

Kaj je WebAssembly (Wasm)?

WebAssembly je binarni format ukazov za navidezni stroj, ki temelji na skladu. Zasnovan je kot prenosljiva ciljna platforma za prevajanje jezikov na visoki ravni, kot so C, C++ in Rust, kar razvijalcem omogoča izvajanje kode, napisane v teh jezikih, s skoraj izvorno hitrostjo v spletnih brskalnikih. Wasm zagotavlja znatne izboljšave zmogljivosti v primerjavi s tradicionalnim JavaScriptom, zaradi česar je primeren za računsko intenzivne naloge, kot so:

• Razvoj iger
• Obdelava slik in videa
• Znanstvene simulacije
• Kriptografija
• Strojno učenje

Poleg brskalnika WebAssembly najde uporabo tudi v brezstrežnem računalništvu, vgrajenih sistemih in drugih okoljih, kjer sta zmogljivost in prenosljivost ključnega pomena.

Pomen odpravljanja napak v WebAssembly

Odpravljanje napak v kodi WebAssembly je lahko bolj zapleteno kot odpravljanje napak v JavaScriptu zaradi njegovega binarnega formata. Neposredno pregledovanje binarne datoteke Wasm je pogosto nepraktično, zato so orodja in tehnike za odpravljanje napak bistvenega pomena. Ključni razlogi, zakaj je odpravljanje napak ključno za razvoj Wasm, so:

• Prepoznavanje ozkih grl zmogljivosti: Odpravljanje napak pomaga določiti področja, kjer koda Wasm deluje podoptimalno.
• Odpravljanje logičnih napak: Iskanje in popravljanje napak v prevedeni kodi, da se zagotovi pričakovano delovanje aplikacije.
• Preverjanje pravilnosti: Zagotavljanje, da koda Wasm daje pravilne rezultate v različnih pogojih.
• Razumevanje obnašanja kode: Odpravljanje napak pomaga razvijalcem pridobiti globlje razumevanje, kako se njihova koda izvaja v okolju Wasm.

Izvorne datoteke: Premoščanje vrzeli med Wasm in izvorno kodo

Izvorne datoteke so ključne za odpravljanje napak v WebAssembly, ker preslikajo prevedeno kodo Wasm nazaj v prvotno izvorno kodo (npr. C++, Rust). To razvijalcem omogoča odpravljanje napak v njihovi kodi v smislu prvotnega izvornega jezika, namesto da bi morali delati neposredno z binarno datoteko Wasm ali njeno dezasemblirano predstavitvijo.

Kako delujejo izvorne datoteke

Izvorna datoteka je datoteka JSON, ki vsebuje informacije o preslikavi med generirano kodo (Wasm) in prvotno izvorno kodo. Te informacije vključujejo:

• Imena datotek: Imena prvotnih izvornih datotek.
• Preslikave vrstic in stolpcev: Ujemanje med vrsticami in stolpci v generirani kodi in prvotni izvorni kodi.
• Imena simbolov: Imena spremenljivk in funkcij v prvotni izvorni kodi.

Ko razhroščevalnik naleti na kodo Wasm, uporabi izvorno datoteko, da določi ustrezno lokacijo v prvotni izvorni kodi. To razhroščevalniku omogoča prikaz prvotne izvorne kode, nastavitev prelomnih točk in korakanje skozi kodo na bolj znan in intuitiven način.

Generiranje izvornih datotek

Izvorne datoteke se običajno generirajo med postopkom prevajanja. Večina prevajalnikov in orodij za gradnjo, ki podpirajo WebAssembly, ponuja možnosti za generiranje izvornih datotek. Tukaj je nekaj primerov:

Emscripten (C/C++)

Emscripten je priljubljen nabor orodij za prevajanje kode C in C++ v WebAssembly. Za generiranje izvornih datotek z Emscriptenom uporabite zastavico -g med prevajanjem:

            emcc -g input.c -o output.js
            

              
                Copy
              
            
          

Ta ukaz generira output.js (vezno kodo JavaScript) in output.wasm (binarno datoteko WebAssembly), kot tudi output.wasm.map (datoteko z izvorno preslikavo).

Rust

Tudi Rust podpira generiranje izvornih datotek pri prevajanju v WebAssembly. Da omogočite izvorne datoteke, dodajte naslednje v svojo datoteko Cargo.toml:

            [profile.release]
debug = true
            

              
                Copy
              
            
          

Nato zgradite svoj projekt v načinu izdaje:

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

              
                Copy
              
            
          

To bo generiralo datoteko Wasm in ustrezno izvorno datoteko v mapi target/wasm32-unknown-unknown/release/.

AssemblyScript

AssemblyScript, jezik podoben TypeScriptu, ki se prevaja neposredno v WebAssembly, prav tako podpira izvorne datoteke. Izvorne datoteke so privzeto omogočene pri uporabi prevajalnika asc.

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

              
                Copy
              
            
          

Nalaganje izvornih datotek v brskalniku

Sodobni brskalniki samodejno zaznajo in naložijo izvorne datoteke, če so na voljo. Brskalnik prebere komentar sourceMappingURL v generirani datoteki JavaScript ali Wasm, ki kaže na lokacijo izvorne datoteke. Na primer, generirani JavaScript lahko vsebuje:

            //# sourceMappingURL=output.wasm.map
            

              
                Copy
              
            
          

Zagotovite, da je izvorna datoteka dostopna brskalniku (npr. da se streže z iste domene ali ima ustrezne glave CORS). Če se izvorna datoteka ne naloži samodejno, jo boste morda morali ročno naložiti v razvijalskih orodjih brskalnika.

Orodja za odpravljanje napak v WebAssembly

Na voljo je več zmogljivih orodij za odpravljanje napak pri razvoju WebAssembly. Ta orodja ponujajo funkcije, kot so:

• Nastavljanje prelomnih točk
• Korakanje skozi kodo
• Pregledovanje spremenljivk
• Pregledovanje klicnega sklada
• Profiliranje zmogljivosti

Razvijalska orodja brskalnika (Chrome DevTools, Firefox Developer Tools)

Sodobni brskalniki vključujejo vgrajena razvijalska orodja, ki podpirajo odpravljanje napak v WebAssembly. Ta orodja ponujajo celovit nabor funkcij za pregledovanje in odpravljanje napak v kodi Wasm.

Chrome DevTools

Chrome DevTools ponuja odlično podporo za odpravljanje napak v WebAssembly. Za odpravljanje napak v kodi Wasm v Chrome DevTools:

1. Odprite Chrome DevTools (običajno s pritiskom na F12 ali z desnim klikom in izbiro "Preišči").
2. Pojdite na zavihek "Viri" (Sources).
3. Naložite stran, ki vsebuje kodo WebAssembly.
4. Če so izvorne datoteke pravilno nastavljene, bi morali videti prvotne izvorne datoteke v zavihku "Viri".
5. Nastavite prelomne točke s klikom v rob ob številkah vrstic v izvorni kodi.
6. Zaženite kodo WebAssembly. Ko se doseže prelomna točka, bo razhroščevalnik zaustavil izvajanje in vam omogočil pregledovanje spremenljivk, korakanje skozi kodo in pregled klicnega sklada.

Chrome DevTools ponuja tudi zavihek "WebAssembly", ki vam omogoča pregledovanje surove kode Wasm, nastavljanje prelomnih točk v kodi Wasm in korakanje skozi ukaze Wasm. To je lahko koristno za odpravljanje napak v odsekih kode, ki so kritični za zmogljivost, ali za razumevanje podrobnosti izvajanja Wasm na nizki ravni.

Firefox Developer Tools

Firefox Developer Tools prav tako ponuja robustno podporo za odpravljanje napak v WebAssembly. Postopek je podoben kot pri Chrome DevTools:

1. Odprite Firefox Developer Tools (običajno s pritiskom na F12 ali z desnim klikom in izbiro "Preišči").
2. Pojdite na zavihek "Razhroščevalnik" (Debugger).
3. Naložite stran, ki vsebuje kodo WebAssembly.
4. Če so izvorne datoteke pravilno nastavljene, bi morali videti prvotne izvorne datoteke v zavihku "Razhroščevalnik".
5. Nastavite prelomne točke s klikom v rob ob številkah vrstic v izvorni kodi.
6. Zaženite kodo WebAssembly. Ko se doseže prelomna točka, bo razhroščevalnik zaustavil izvajanje in vam omogočil pregledovanje spremenljivk, korakanje skozi kodo in pregled klicnega sklada.

Firefox Developer Tools vključuje tudi zavihek "WebAssembly", ki ponuja podobno funkcionalnost kot Chrome DevTools za pregledovanje surove kode Wasm in nastavljanje prelomnih točk.

WebAssembly Studio

WebAssembly Studio je spletni IDE za pisanje, gradnjo in odpravljanje napak v kodi WebAssembly. Ponuja priročno okolje za eksperimentiranje z WebAssembly brez potrebe po nastavitvi lokalnega razvojnega okolja.

WebAssembly Studio podpira izvorne datoteke in ponuja vizualni razhroščevalnik, ki vam omogoča nastavljanje prelomnih točk, korakanje skozi kodo in pregledovanje spremenljivk. Vključuje tudi vgrajen dezasembler, ki vam omogoča ogled surove kode Wasm.

VS Code z razširitvami za WebAssembly

Visual Studio Code (VS Code) je priljubljen urejevalnik kode, ki ga je mogoče razširiti z različnimi razširitvami za podporo razvoju WebAssembly. Na voljo je več razširitev, ki ponujajo funkcije, kot so:

• Poudarjanje skladnje za datoteke v besedilnem formatu WebAssembly (WAT)
• Podpora za odpravljanje napak v WebAssembly
• Integracija z orodji za WebAssembly

Nekatere priljubljene razširitve za VS Code za razvoj WebAssembly vključujejo:

• WebAssembly (avtor dtsvetkov): Ponuja poudarjanje skladnje, dokončanje kode in druge funkcije za datoteke WAT.
• Wasm Language Support (avtor Hai Nguyen): Nudi izboljšano jezikovno podporo in zmožnosti odpravljanja napak.

Za odpravljanje napak v kodi WebAssembly v VS Code je običajno treba nastaviti zagonsko konfiguracijo, ki določa, kako zagnati razhroščevalnik in se povezati z izvajalnim okoljem Wasm. To lahko vključuje uporabo adapterja za razhroščevanje, kot je tisti, ki ga ponujajo Chrome ali Firefox DevTools.

Binaryen

Binaryen je knjižnica infrastrukture prevajalnika in orodij za WebAssembly. Ponuja orodja za optimizacijo, preverjanje in preoblikovanje kode WebAssembly. Čeprav ni razhroščevalnik sam po sebi, Binaryen vključuje orodja, ki lahko pomagajo pri odpravljanju napak, kot so:

• wasm-opt: Optimizator, ki lahko poenostavi kodo Wasm, kar olajša razumevanje in odpravljanje napak.
• wasm-validate: Validator, ki preverja kodo Wasm za napake.
• wasm-dis: Dezasembler, ki pretvori kodo Wasm v človeku berljiv besedilni format (WAT).

Binaryen se pogosto uporablja kot del večjega nabora orodij za WebAssembly in ga je mogoče integrirati z drugimi orodji za odpravljanje napak.

Napredne tehnike odpravljanja napak

Poleg osnovnih funkcij za odpravljanje napak, ki jih ponujajo zgoraj omenjena orodja, je mogoče za reševanje bolj zapletenih izzivov pri odpravljanju napak v WebAssembly uporabiti več naprednih tehnik.

Beleženje in instrumentacija

Dodajanje izpisov v kodo WebAssembly je lahko koristen način za sledenje toku izvajanja in pregledovanje vrednosti spremenljivk. To je mogoče storiti s klicanjem funkcij JavaScript iz vaše kode Wasm za izpisovanje sporočil v konzolo. Na primer v C/C++:

            #include 

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

In v JavaScriptu:

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

            

              
                Copy
              
            
          

Instrumentacija vključuje dodajanje kode za merjenje zmogljivosti različnih delov vaše kode WebAssembly. To je mogoče storiti s sledenjem časa izvajanja funkcij ali s štetjem, kolikokrat se izvedejo določene poti kode. Te metrike lahko pomagajo prepoznati ozka grla zmogljivosti in optimizirati vašo kodo.

Pregled pomnilnika

WebAssembly omogoča dostop do linearnega pomnilniškega prostora, ki ga je mogoče pregledati z orodji za odpravljanje napak. To vam omogoča pregled vsebine pomnilnika, vključno s spremenljivkami, podatkovnimi strukturami in drugimi podatki. Brskalniki, kot sta Chrome in Firefox, izpostavljajo linearni pomnilnik WebAssembly prek svojih razvijalskih orodij, pogosto dostopnih prek zavihka "Pomnilnik" (Memory) ali specifičnih zavihkov za WebAssembly.

Razumevanje, kako so vaši podatki razporejeni v pomnilniku, je ključno za odpravljanje težav, povezanih s pomnilnikom, kot so prekoračitve medpomnilnika ali uhajanje pomnilnika.

Odpravljanje napak v optimizirani kodi

Pri prevajanju kode WebAssembly z omogočenimi optimizacijami se lahko dobljena koda bistveno razlikuje od prvotne izvorne kode. To lahko oteži odpravljanje napak, saj je lahko razmerje med kodo Wasm in izvorno kodo manj jasno. Izvorne datoteke to pomagajo ublažiti, vendar lahko optimizirana koda še vedno kaže nepričakovano obnašanje zaradi vrivanja (inlining), odvijanja zank in drugih optimizacij.

Za učinkovito odpravljanje napak v optimizirani kodi je pomembno razumeti, katere optimizacije so bile uporabljene in kako so morda vplivale na obnašanje kode. Morda boste morali pregledati surovo kodo Wasm ali dezasemblirano kodo, da boste razumeli učinke optimizacij.

Oddaljeno odpravljanje napak

V nekaterih primerih boste morda morali odpravljati napake v kodi WebAssembly, ki se izvaja na oddaljeni napravi ali v drugem okolju. Oddaljeno odpravljanje napak vam omogoča, da se povežete z izvajalnim okoljem Wasm iz razhroščevalnika, ki teče na vašem lokalnem računalniku, in odpravljate napake v kodi, kot da bi se izvajala lokalno.

Nekatera orodja, kot je Chrome DevTools, podpirajo oddaljeno odpravljanje napak prek protokola Chrome Remote Debugging Protocol. To vam omogoča, da se povežete z instanco Chroma, ki teče na oddaljeni napravi, in odpravljate napake v kodi WebAssembly, ki se izvaja v tej instanci. Druga orodja za odpravljanje napak lahko ponujajo svoje mehanizme za oddaljeno odpravljanje napak.

Najboljše prakse za odpravljanje napak v WebAssembly

Za zagotovitev učinkovitega in uspešnega odpravljanja napak v WebAssembly upoštevajte naslednje najboljše prakse:

• Vedno generirajte izvorne datoteke: Zagotovite, da se med postopkom prevajanja generirajo izvorne datoteke, da omogočite odpravljanje napak v smislu prvotne izvorne kode.
• Uporabite zanesljivo orodje za odpravljanje napak: Izberite orodje za odpravljanje napak, ki ponuja funkcije in zmožnosti, ki jih potrebujete za svoje specifične naloge.
• Razumejte izvajalni model Wasm: Pridobite trdno razumevanje, kako se izvaja koda WebAssembly, vključno z arhitekturo na podlagi sklada, pomnilniškim modelom in naborom ukazov.
• Pišite preizkusljivo kodo: Oblikujte svojo kodo WebAssembly tako, da jo bo enostavno preizkusiti, z jasnimi vhodi in izhodi. Napišite enotske teste za preverjanje pravilnosti vaše kode.
• Začnite s preprostimi primeri: Pri učenju odpravljanja napak v WebAssembly začnite s preprostimi primeri in postopoma povečujte kompleksnost, ko se boste bolj seznanili z orodji in tehnikami.
• Preberite dokumentacijo: Oglejte si dokumentacijo za vaš prevajalnik, orodja za gradnjo in orodja za odpravljanje napak, da boste razumeli njihove funkcije in uporabo.
• Bodite na tekočem: WebAssembly in z njim povezana orodja se nenehno razvijajo. Bodite na tekočem z najnovejšimi dogodki in najboljšimi praksami, da boste uporabljali najučinkovitejše tehnike odpravljanja napak.

Primeri iz resničnega sveta

Poglejmo si nekaj primerov iz resničnega sveta, kjer je odpravljanje napak v WebAssembly ključnega pomena.

Razvoj iger

Pri razvoju iger se Wasm uporablja za ustvarjanje visokozmogljivih iger, ki tečejo v brskalniku. Odpravljanje napak je bistvenega pomena za prepoznavanje in odpravljanje hroščev, ki lahko vplivajo na igranje, kot so napačni izračuni fizike, težave z upodabljanjem ali težave s sinhronizacijo omrežja. Na primer, razvijalec iger bi lahko uporabil izvorne datoteke in Chrome DevTools za odpravljanje napak v algoritmu za zaznavanje trkov, napisanem v C++ in prevedenem v WebAssembly.

Obdelava slik in videa

WebAssembly se uporablja tudi za naloge obdelave slik in videa, kot so filtriranje slik, kodiranje videa in video učinki v realnem času. Odpravljanje napak je ključno za zagotavljanje, da se te naloge izvajajo pravilno in učinkovito. Na primer, razvijalec bi lahko uporabil Firefox Developer Tools za odpravljanje napak v knjižnici za kodiranje videa, napisani v Rustu in prevedeni v WebAssembly, ter prepoznal in odpravil ozka grla zmogljivosti, ki vplivajo na predvajanje videa.

Znanstvene simulacije

WebAssembly je zelo primeren za izvajanje znanstvenih simulacij v brskalniku, kot so simulacije molekularne dinamike ali simulacije dinamike tekočin. Odpravljanje napak je bistvenega pomena za zagotavljanje, da te simulacije dajejo natančne rezultate. Znanstvenik bi lahko uporabil WebAssembly Studio za odpravljanje napak v simulacijskem algoritmu, napisanem v Fortranu in prevedenem v WebAssembly, ter preveril, ali simulacija konvergira k pravilni rešitvi.

Večplatformni mobilni razvoj

Okvirji, kot je Flutter, zdaj podpirajo prevajanje aplikacij v WebAssembly. Odpravljanje napak postane bistveno, ko se nepričakovano obnašanje pojavi posebej na ciljni platformi WebAssembly. To vključuje pregledovanje prevedene kode Wasm in uporabo izvornih datotek za sledenje težavam nazaj do izvorne kode Dart.

Zaključek

Učinkovito odpravljanje napak v kodi WebAssembly je bistvenega pomena za gradnjo visokozmogljivih in zanesljivih spletnih aplikacij. Z razumevanjem vloge izvornih datotek in izkoriščanjem zmogljivih orodij za odpravljanje napak, ki so na voljo, lahko razvijalci učinkovito prepoznajo in odpravijo težave. Ta vodnik je ponudil celovit pregled odpravljanja napak v WebAssembly, ki zajema vse od osnovne nastavitve do naprednih tehnik. Z upoštevanjem najboljših praks, opisanih v tem vodniku, lahko zagotovite, da je vaša koda WebAssembly robustna, zmogljiva in brez napak. Ker se WebAssembly še naprej razvija in postaja vse bolj razširjen, bo obvladovanje teh tehnik odpravljanja napak neprecenljiva veščina za vsakega spletnega razvijalca.