Debugging und Speicherfehler. Seminar Effiziente Programmierung Kadir Duman

Transkript

1 Debugging und Speicherfehler Seminar Effiziente Programmierung Kadir Duman

2 Inhalt Debugging Allgemein Was ist ein Bug? Was ist Debugging? Speicherfehler Allgemein Unterschiedliche Typen von Speicherfehlern: Gültigkeitsbereich, NullPointer, Speicherlecks etc. Speicherfehler finden (AddressSan, LeakSan, MemorySan) Effizientes Fehlerfinden Suchraum einschränken Delta Debugging Continuous Testing GDB/Valgrind 1/25

3 Debugging Allgemein Kaum fehlerfreie Programme Methoden notwendig um effizient Fehler zu erkennen Fehler können entstehen durch: Hinzufügen von Funktionen Ersetzen des Quellcodes, durch ein kompakteren Veränderungen in einer benutzten Library 2/25

4 Debugging Was ist ein Bug? Ein Programmfehler zur Laufzeit (Laufzeitfehler) Fehlerhaftes Verhalten/ Ausführung wird angehalten Ursache oft nicht offensichtlich 3/25

5 Debugging Was ist Debugging? Fehlerlokalisierung Zeitaufwendiger Teil Bugfixing Komplizierter Teil Früh genug debuggen Programm in den späteren Phasen sehr komplex 4/25

6 Speicherfehler Allgemein Keine automatische Speicherverwaltung in C Häufige Fehler in der Speicherverwaltung Welche Arten von Speicherfehler gibt es? 5/25

7 Speicherfehler nicht initialisierte Variablen Variablen müssen nicht initialisiert werden Lokale Variablen bekommen einen beliebigen Wert Verhindern durch Warnungen des Compilers 6/25

8 Speicherfehler Gültigkeitsbereich Verschatten Verfügbarkeit von Variablen kann eingeschränkt werden Unabsichtliches Verschatten Falsche Variablen werden verändert Verhindern in dem man verständliche Bezeichner wählt Compilerwarnungen beachten (GCC) 7/25

9 Speicherfehler NullPointer Pointer haben den Wert des NullPointers Zugriff auf NullPointer Ausführung des Programms wird abgebrochen (Seitenfehler) 8/25

10 Speicherfehler Speicherlecks Nach Allocation und Benutzung, Speicher wieder freigeben Bleibt sonst reserviert Je öfter dieser Fehler passiert, desto weniger Speicher zur Verfügung Vorsicht bei lang laufendem Programmen! 9/25

11 Speicherfehler Zugriff nach Freigabe Gefahr: Zugriff nach Freigabe Denn: Speicher könnte schon für etwas anderes in Verwendung sein Muss nicht unbedingt abstürzen» Speicher kann noch dem Programm gehören 10/25

12 Speicherfehler Doppelte Freigabe Einen schon freigegebenen Speicher, erneut freigeben Resultat nicht definiert unerwünschtes Verhalten 11/25

13 Speicherfehler finden AddressSanitizer Compiler kann Speicherfehler finden Sanitizer suchen nach Speicherfehler» Statisch oder zur Laufzeit AddressSanitizer findet: Useafterfree Doublefree Memoryleaks [2] 12/25

14 Speicherfehler finden Leak und MemorySanitizer LeakSanitizer: Kann zur Laufzeit Speicherlecks finden [1] MemorySanitizer: Kann Fehler wie z.b. nichtinitialisierte Variablen finden [3] 13/25

15 Effizientes Fehlerfinden Suchraum einschränken Suchraum einschränken und Zeit sparen Zwei Versionen mit funktionalen Tests Ältere Version: Tests erfolgreich Neue Version: Tests nicht (alle) erfolgreich Abweichungen( Delta ) kann bestimmt werden 14/25

16 Effizientes Fehlerfinden Delta Debugging Automatisches Verfahren zum Auffinden der Fehler verursachenden Änderungen Regionen ausschließen, die nicht für den Fehler verantwortlich sind 15/25

17 Effizientes Fehlerfinden Definition Interferenz: Fehler werden nur in Kombination von Änderungen verursacht 16/25

18 Effizientes Fehlerfinden Delta Debugging Schritt C Konfiguration Test 1 2 C1 C /25

19 Effizientes Fehlerfinden Delta Debugging Schritt C Konfiguration Test 1 2 C1 C C3 C /25

20 Effizientes Fehlerfinden Delta Debugging Schritt C Konfiguration Test 1 2 C1 C C3 C C5 C /25

21 Effizientes Fehlerfinden Delta Debugging Schritt C Konfiguration Test 1 2 C1 C C3 C C5 C C7 C /25

22 Effizientes Fehlerfinden Delta Debugging Schritt C Konfiguration Test 1 2 C1 C C3 C C5 C C7 C C9 C /25

23 Effizientes Fehlerfinden Delta Debugging Schritt C Konfiguration Test 1 2 C1 C C3 C C5 C6 C7 C8 C9 C Ergebnis /25

24 Zeitnahes Fehlerfinden Continuous Testing Automatische Kompilierung im Hintergrund (z.b. Eclipse) Vom Compiler erkennbare Fehler, sofort sichtbar Tests können automatisch priorisiert werden MostRecentFailureFirstAnsatz Stetige Durchführung der Tests 23/25

25 GNU Debugger Das innere des Programms zur Laufzeit Sich ändernde Werte Momentan ausgeführte Anweisung Bietet Breakpoints zur Ablaufverfolgung Ermöglicht ein Eingreifen in die Ausführung 24/25

26 Valgrind Eine Werkzeugsammlung Besteht aus verschiedenen Tools Schwer zu lokalisierende Fehler können gefunden werden 25/25

27 Literatur [1] LeakSanitizer, [2] AddressSanitizer, [3] MemorySanitizer, [4] Speicherfehler, [5] Debugging, www2.in.tum.de/hp/file?fid=1239, [6] Fehlerlokalisierung, [7] Bugs und Fehlersuche, [8] Debugging with GDB, [9] Valgrind, [10]Speicherverwaltung,