WebAssembly Sledenje izjemam: Ohranjanje konteksta napak za robustne aplikacije

WebAssembly (Wasm) se je pojavil kot močna tehnologija za gradnjo visoko zmogljivih aplikacij za različne platforme. Zaradi varnega izvajalskega okolja in učinkovite oblike bytecode je idealen za številne primere uporabe, od spletnih aplikacij in logike na strani strežnika do vgrajenih sistemov in razvoja iger. Z rastjo uporabe WebAssembly postaja robustna obravnava napak vse bolj kritična za zagotavljanje stabilnosti aplikacij in olajšanje učinkovitega razhroščevanja.

Ta članek se poglablja v zapletenost obravnave izjem WebAssembly in, kar je še pomembneje, v ključno vlogo ohranjanja konteksta napak v sledenjih. Raziskali bomo vključene mehanizme, izzive in najboljše prakse za gradnjo aplikacij Wasm, ki zagotavljajo smiselne informacije o napakah, kar razvijalcem omogoča hitro prepoznavanje in reševanje težav v različnih okoljih in arhitekturah.

Razumevanje obravnave izjem WebAssembly

WebAssembly po zasnovi ponuja mehanizme za obravnavo izjemnih situacij. Za razliko od nekaterih jezikov, ki se močno zanašajo na kode vračanja ali globalne zastavice napak, WebAssembly vključuje eksplicitno obravnavo izjem, kar izboljšuje jasnost kode in zmanjšuje breme razvijalcev, da ročno preverjajo napake po vsakem klicu funkcije. Izjeme v Wasmu so običajno predstavljene kot vrednosti, ki jih lahko zajame in obravnava okoliška koda. Postopek običajno vključuje naslednje korake:

• Metanje izjeme: Ko se pojavi pogoj napake, lahko funkcija Wasm "vrže" izjemo. To signalizira, da je trenutna pot izvajanja naletela na nerešljiv problem.
• Zajem izjeme: Okoli kode, ki bi lahko vrgla izjemo, je blok "catch". Ta blok definira kodo, ki se bo izvedla, če bo vržena določena vrsta izjeme. Več blokov catch lahko obravnava različne vrste izjem.
• Logika obravnave izjem: Znotraj bloka catch lahko razvijalci implementirajo logiko za obravnavo napak po meri, kot je beleženje napake, poskus povrnitve od napake ali elegantna prekinitev aplikacije.

Ta strukturiran pristop k obravnavanju izjem ponuja več prednosti:

• Izboljšana berljivost kode: Eksplicitna obravnava izjem naredi logiko obravnavanja napak bolj vidno in lažjo za razumevanje, saj je ločena od običajnega poteka izvajanja.
• Zmanjšana količina standardne kode: Razvijalcem ni treba ročno preverjati napak po vsakem klicu funkcije, kar zmanjšuje količino ponavljajoče se kode.
• Izboljšano širjenje napak: Izjeme se samodejno širijo po klicni skladovnici, dokler niso zajete, kar zagotavlja ustrezno obravnavo napak.

Pomembnost sledenj

Medtem ko obravnavanje izjem zagotavlja način za elegantno upravljanje napak, pogosto ni dovolj za diagnosticiranje osnovnega vzroka težave. Tukaj pridejo v poštev sledenja. Sledenje je besedilna predstavitev klicne skladovnice na točki, kjer je bila vržena izjema. Prikazuje zaporedje klicev funkcij, ki so pripeljali do napake, in zagotavlja dragocen kontekst za razumevanje, kako je do napake prišlo.

Tipično sledenje vsebuje naslednje informacije za vsak klic funkcije v skladovnici:

• Ime funkcije: Ime funkcije, ki je bila klicana.
• Ime datoteke: Ime izvorne datoteke, kjer je funkcija definirana (če je na voljo).
• Številka vrstice: Številka vrstice v izvorni datoteki, kjer je prišlo do klica funkcije.
• Številka stolpca: Številka stolpca v vrstici, kjer je prišlo do klica funkcije (manj pogosto, vendar koristno).

Z pregledom sledenja lahko razvijalci sledijo poti izvajanja, ki je pripeljala do izjeme, prepoznajo vir napake in razumejo stanje aplikacije v času napake. To je neprecenljivo za razhroščevanje kompleksnih težav in izboljšanje stabilnosti aplikacije. Predstavljajte si scenarij, kjer finančna aplikacija, prevedena v WebAssembly, izračunava obrestne mere. Pride do preplaha skladovnice zaradi rekurzivnega klica funkcije. Dobro oblikovano sledenje bo pokazalo neposredno na rekurzivno funkcijo, kar bo razvijalcem omogočilo hitro diagnosticiranje in odpravo neskončne rekurzije.

Izziv: Ohranjanje konteksta napak v sledenjih WebAssembly

Medtem ko je koncept sledenj preprost, je ustvarjanje smiselnih sledenj v WebAssembly lahko zahtevno. Ključ je v ohranjanju konteksta napak skozi celoten proces prevajanja in izvajanja. To vključuje več dejavnikov:

1. Generiranje in dostopnost izvorne kode

WebAssembly se pogosto generira iz jezikov višjega nivoja, kot so C++, Rust ali TypeScript. Za zagotavljanje smiselnih sledenj mora prevajalnik generirati izvorne kode. Izvorna koda je datoteka, ki preslika prevedeno kodo WebAssembly nazaj v prvotno izvorno kodo. To omogoča brskalniku ali izvajalskemu okolju, da prikaže prvotna imena datotek in številke vrstic v sledenju, namesto samo odmikov bytecode WebAssembly. To je še posebej pomembno pri delu z minimizirano ali zamaskirano kodo. Na primer, če uporabljate TypeScript za gradnjo spletne aplikacije in jo prevajate v WebAssembly, morate konfigurirati svoj prevajalnik TypeScript (tsc) za generiranje izvornih kod (`--sourceMap`). Podobno, če uporabljate Emscripten za prevajanje kode C++ v WebAssembly, boste morali uporabiti zastavico `-g` za vključitev informacij za razhroščevanje in generiranje izvornih kod.

Vendar pa je generiranje izvornih kod samo polovica bitke. Brskalnik ali izvajalsko okolje mora imeti tudi možnost dostopa do izvornih kod. To običajno vključuje serviranje izvornih kod skupaj z datotekami WebAssembly. Brskalnik bo nato samodejno naložil izvorne kode in jih uporabil za prikaz prvotnih informacij o izvorni kodi v sledenju. Pomembno je zagotoviti, da so izvorne kode dostopne brskalniku, saj jih lahko blokirajo politike CORS ali druge varnostne omejitve. Na primer, če sta vaša koda WebAssembly in izvorne kode gostovane na različnih domenah, boste morali konfigurirati glave CORS, da brskalniku omogočite dostop do izvornih kod.

2. Ohranjanje informacij za razhroščevanje

Med postopkom prevajanja prevajalniki pogosto izvajajo optimizacije za izboljšanje zmogljivosti generirane kode. Te optimizacije lahko včasih odstranijo ali spremenijo informacije za razhroščevanje, kar otežuje ustvarjanje natančnih sledenj. Na primer, vrivanje funkcij lahko oteži določanje prvotnega klica funkcije, ki je pripeljal do napake. Podobno lahko odstranjevanje mrtve kode odstrani funkcije, ki so morda bile vključene v napako. Prevajalniki, kot je Emscripten, ponujajo možnosti za nadzor nad nivojem optimizacije in informacij za razhroščevanje. Uporaba zastavice `-g` z Emscripten bo prevajalniku naročila, da vključi informacije za razhroščevanje v generirano kodo WebAssembly. Uporabite lahko tudi različne nivoje optimizacije (`-O0`, `-O1`, `-O2`, `-O3`, `-Os`, `-Oz`) za uravnoteženje zmogljivosti in razhroščljivosti. `-O0` onemogoči večino optimizacij in ohrani največ informacij za razhroščevanje, medtem ko `-O3` omogoči agresivne optimizacije in lahko odstrani nekatere informacije za razhroščevanje.

Ključno je, da se vzpostavi ravnovesje med zmogljivostjo in razhroščljivostjo. V razvojnih okoljih je na splošno priporočljivo, da onemogočite optimizacije in ohranite čim več informacij za razhroščevanje. V produkcijskih okoljih lahko omogočite optimizacije za izboljšanje zmogljivosti, vendar še vedno razmislite o vključitvi nekaterih informacij za razhroščevanje, da olajšate razhroščevanje v primeru napak. To lahko dosežete z uporabo ločenih konfiguracij gradnje za razvoj in produkcijo, z različnimi nivoji optimizacije in nastavitvami informacij za razhroščevanje.

3. Podpora izvajalskega okolja

Izvajalsko okolje (npr. brskalnik, Node.js ali samostojno izvajalsko okolje WebAssembly) ima ključno vlogo pri ustvarjanju in prikazovanju sledenj. Izvajalsko okolje mora biti sposobno razčleniti kodo WebAssembly, dostopati do izvornih kod in prevesti odmike bytecode WebAssembly v lokacije izvorne kode. Vsa izvajalska okolja ne zagotavljajo enake ravni podpore za sledenja WebAssembly. Nekatera izvajalska okolja lahko prikažejo samo odmike bytecode WebAssembly, medtem ko druga lahko prikažejo prvotne informacije o izvorni kodi. Sodobni brskalniki na splošno zagotavljajo dobro podporo za sledenja WebAssembly, zlasti če so na voljo izvorne kode. Node.js prav tako zagotavlja dobro podporo za sledenja WebAssembly, zlasti pri uporabi zastavice `--enable-source-maps`. Vendar pa imajo lahko nekatera samostojna izvajalska okolja WebAssembly omejeno podporo za sledenja.

Pomembno je, da preizkusite svoje aplikacije WebAssembly v različnih izvajalskih okoljih, da zagotovite pravilno generiranje sledenj in zagotavljanje smiselnih informacij. Morda boste morali uporabiti različna orodja ali tehnike za ustvarjanje sledenj v različnih okoljih. Na primer, lahko uporabite funkcijo `console.trace()` v brskalniku za ustvarjanje sledenja, ali pa lahko uporabite zastavico `node --stack-trace-limit` v Node.js za nadzor nad številom okvirjev skladovnice, ki so prikazani v sledenju.

4. Asinhrone operacije in povratni klici

Aplikacije WebAssembly pogosto vključujejo asinhrone operacije in povratne klice. To lahko oteži ustvarjanje natančnih sledenj, saj lahko pot izvajanja skače med različnimi deli kode. Na primer, če funkcija WebAssembly kliče funkcijo JavaScript, ki izvaja asinhrone operacije, sledenje morda ne bo vključevalo prvotnega klica funkcije WebAssembly. Za reševanje tega izziva morajo razvijalci skrbno upravljati kontekst izvajanja in zagotoviti, da so na voljo potrebne informacije za ustvarjanje natančnih sledenj. Eden od pristopov je uporaba asinhronih knjižnic za sledenje, ki lahko zajamejo sledenje na točki, kjer se začne asinhrone operacija, in ga nato združijo s sledenjem na točki, kjer se operacija zaključi.

Drug pristop je uporaba strukturiranega beleženja, ki vključuje beleženje ustreznih informacij o kontekstu izvajanja na različnih točkah v kodi. Te informacije se nato lahko uporabijo za rekonstrukcijo poti izvajanja in ustvarjanje bolj popolnega sledenja. Na primer, lahko zabeležite ime funkcije, ime datoteke, številko vrstice in druge ustrezne informacije na začetku in koncu vsakega klica funkcije. To je lahko še posebej uporabno za razhroščevanje kompleksnih asinhronih operacij. Knjižnice, kot je `console.log` v JavaScriptu, so lahko neprecenljive, če jih dopolnite s strukturiranimi podatki.

Najboljše prakse za ohranjanje konteksta napak

Da zagotovite, da vaše aplikacije WebAssembly ustvarijo smiselne sledenja, sledite tem najboljšim praksam:

• Ustvarite izvorne kode: Vedno ustvarite izvorne kode pri prevajanju kode v WebAssembly. Konfigurirajte svoj prevajalnik, da vključi informacije za razhroščevanje in ustvari izvorne kode, ki preslikajo prevedeno kodo nazaj v prvotno izvorno kodo.
• Ohranite informacije za razhroščevanje: Izogibajte se agresivnim optimizacijam, ki odstranijo informacije za razhroščevanje. Uporabite ustrezne nivoje optimizacije, ki uravnotežijo zmogljivost in razhroščljivost. Razmislite o uporabi ločenih konfiguracij gradnje za razvoj in produkcijo.
• Preizkusite v različnih okoljih: Preizkusite svoje aplikacije WebAssembly v različnih izvajalskih okoljih, da zagotovite pravilno generiranje sledenj in zagotavljanje smiselnih informacij.
• Uporabite asinhrone knjižnice za sledenje: Če vaša aplikacija vključuje asinhrone operacije, uporabite asinhrone knjižnice za sledenje, da zajamete sledenje na točki, kjer se začne asinhrone operacija.
• Implementirajte strukturirano beleženje: Implementirajte strukturirano beleženje za beleženje ustreznih informacij o kontekstu izvajanja na različnih točkah v kodi. Te informacije se lahko uporabijo za rekonstrukcijo poti izvajanja in ustvarjanje bolj popolnega sledenja.
• Uporabite opisna sporočila o napakah: Pri metanju izjem zagotovite opisna sporočila o napakah, ki jasno pojasnjujejo vzrok napake. To bo razvijalcem pomagalo hitro razumeti težavo in prepoznati vir napake. Na primer, namesto da vržete splošno izjemo "Error", vržite bolj specifično izjemo, kot je "InvalidArgumentException", s sporočilom, ki pojasnjuje, kateri argument je bil neveljaven.
• Razmislite o uporabi namenske storitve za poročanje o napakah: Storitve, kot so Sentry, Bugsnag in Rollbar, lahko samodejno zajamejo in poročajo o napakah iz vaših aplikacij WebAssembly. Te storitve običajno zagotavljajo podrobne sledenja in druge informacije, ki vam lahko pomagajo hitreje diagnosticirati in odpraviti napake. Pogosto ponujajo tudi funkcije, kot so združevanje napak, kontekst uporabnika in sledenje izdajam.

Primeri in predstavitve

Ponazorimo te koncepte s praktičnimi primeri. Razmislili bomo o preprostem programu C++, prevedenem v WebAssembly z uporabo Emscriptena.

Koda C++ (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
              
            
          

Prevajanje z Emscriptenom:

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

            

              
                Copy
              
            
          

V tem primeru uporabljamo zastavico `-g` za ustvarjanje informacij za razhroščevanje. Ko se funkcija `divide` pokliče z `b = 0`, se vrže izjema `std::runtime_error`. Blok catch v funkciji `main` zajame izjemo in natisne sporočilo o napaki. Če to kodo zaženete v brskalniku z odprtimi orodji za razvijalce, boste videli sledenje, ki vključuje ime datoteke (`example.cpp`), številko vrstice in ime funkcije. To vam omogoča hitro prepoznavanje vira napake.

Primer v Rustu:

Za Rust prevajanje v WebAssembly z uporabo `wasm-pack` ali `cargo build --target wasm32-unknown-unknown` omogoča tudi ustvarjanje izvornih kod. Zagotovite, da ima vaš `Cargo.toml` potrebne konfiguracije, in uporabite gradnje za razhroščevanje za razvoj, da ohranite ključne informacije za razhroščevanje.

Predstavitev z JavaScriptom in WebAssembly:

WebAssembly lahko integrirate tudi z JavaScriptom. Koda JavaScript lahko naloži in izvede modul WebAssembly, prav tako pa lahko obravnava izjeme, ki jih vrže koda WebAssembly. To vam omogoča gradnjo hibridnih aplikacij, ki združujejo zmogljivost WebAssembly s prilagodljivostjo JavaScripta. Ko koda WebAssembly vrže izjemo, jo lahko koda JavaScript zajame in ustvari sledenje z uporabo funkcije `console.trace()`.

Zaključek

Ohranjanje konteksta napak v sledenjih WebAssembly je ključnega pomena za gradnjo robustnih aplikacij, ki jih je mogoče razhroščevati. Z upoštevanjem najboljših praks, opisanih v tem članku, lahko razvijalci zagotovijo, da njihove aplikacije WebAssembly ustvarijo smiselne sledenja, ki zagotavljajo dragocene informacije za diagnosticiranje in odpravljanje napak. To je še posebej pomembno, ko se WebAssembly vse bolj uveljavlja in uporablja v vse bolj kompleksnih aplikacijah. Naložba v ustrezno obravnavo napak in tehnike razhroščevanja se bo dolgoročno obrestovala, kar bo pripeljalo do bolj stabilnih, zanesljivih in vzdržljivih aplikacij WebAssembly v raznoliki globalni pokrajini.

Ko se ekosistem WebAssembly razvija, lahko pričakujemo nadaljnje izboljšave pri obravnavanju izjem in ustvarjanju sledenj. Pojavila se bodo nova orodja in tehnike, ki bodo še olajšale gradnjo robustnih aplikacij WebAssembly, ki jih je mogoče razhroščevati. Bivanje na tekočem z najnovejšim razvojem v WebAssembly bo bistveno za razvijalce, ki želijo izkoristiti ves potencial te močne tehnologije.