（计算机应用技术专业论文）魔力平台中调试系统的研究与实现.pdf

- - | ， ：更 一 j 一 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：卓专月 日期：2 0 l o 年3 月，7 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口在授予学位后即可回在授予学位1 2 个月后 口解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：韩月导师( 签字) ：旅又叛 日期：2 0 j o 够月，7 日2 0 l o 年3 月，7 日 一 一 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 摘要 魔力平台是一整套致力于解决软件开发、软件生产效率与显著降低软件 开发成本、提高可靠性、解决高适应性的商业业务建模系统平台。本着提高 软件质量的宗旨，做了大量工作，比如提供高质量的构件。然而，现有的调 试功能主要面向后台开发人员，不能满足用户的调试需求。本课题基于“用 户调试平台生产出的软件”的需求，设计并实现了调试系统。 本课题首先研究调试的一般过程、调试方法和调试技术。接着对w e b s e r v i c e 技术进行了研究。介绍了几个核心概念，并给出了一个基于w e bs e r v i c e 的应用体系结构。 在设计部分，首先对错误分类进行了研究，从3 个角度对错误分类进行 了阐述，即按严重程度、按b u g 所属的软件开发阶段以及按操作模型的错误 分类。 其次确定了调试策略。说明了如何按层级捕获异常，以及如何在此基础 上按业务逻辑层层定位异常。 然后给出了魔力平台可视化调试系统的体系结构。接着讲述了2 个特点， 一是对同志和操作模型的结合，一是日志与跟踪技术的结合。之后对编译系 统功能进行了简要说明。 在实现部分，对魔力平台调试系统的各个模块进行详细说明。 最后对本课题的工作进行了总结。 关键词：调试；b u g ；同志；跟踪；w e bs e r v i c e 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 a b s t r a c t m a g i cp l a t f o r mi sab u s i n e s sm o d e l i n gp l a t f o r mw h i c ht r i e st os o l v et h e p r o b l e mo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，i m p r o v es o f t w a r ep r o d u c t i v i t y ，r e d u c et h ec o s t o fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，i m p r o v et h er e l i a n c e ，a n da d a p t a b i l i t yo fs o f t w a r e w i t h the p u r p o s eo fi m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fs o f t w a r e ，al o to fw o r kh a sb e e nd o n e ，f o r e x a m p l e ，p r o v i d i n gc o m p o n e n t so fh i ：曲q u a l i t y h o w e v e r ，c u r r e n td e b u g g i n g f u n c t i o n sa r em a g i cp l a t f o r md e v e l o p e ro r i e n t e d ；d e b u gf a c i l i t yn o wc a nn o tf u l f i l l t h ed e b u g g i n gn e e d so fu s e r s t h i ss u b j e c tb a s e do nt h ed e m a n do fd e b u g g i n gt h e s o f t w a r ep r o d u c e db yp l a t f o r mb yu s e r s d e s i g n sa n dr e a l i z e sad e b u g g i n gs y s t e m f i r s t l y ，t h i ss u b je c td o e sr e s e a r c ho nt h ec o m m o np r o c e d u r eo fd e b u g g i n g ， t h ew a y so fd e b u g g i n ga n dt h et e c h n o l o g yo fd e b u g g i n g s e c o n d ，w e bs e r v i c ei s s t u d i e d s e v e r a l k e yc o n c e p t s a r ei n t r o d u c e d ，a n d a p p l i c a t i o n s u n d e rt h e e n v i r o n m e n to fw e bs e r v i c ea r er e s e a r c h e d ，a tt h es a m et i m e ，a na r c h i t e c t u r e b a s e do nw e bs e r v i c ei sp r o v i d e d d u r i n gt h ed e s i g n i n gp a r t ，f i r s t l y ，t h ec l a s s i f i c a t i o no fb u g si sr e s e a r c h e d i t i sd e s c r i b e df r o mt h r e ea n g l e s t h o s ea r es e v e r i t yi n d e x ，t h ed e v e l o p i n gp h a s eo f s o f t w a r ea n do p e r a t i o n a lm o d e l n e x t ，d e b u gs t r a t e g yi ss e t t l e d h o wt oc a t c he x c e p t i o n sb yl e v e la n dh o wt o f i n dt h ep o s i t i o no fe x c e p t i o nb yb u s i n e s sl o g i cl e v e li si n t r o d u c e d a n dt h e n ，t h ea r c h i t e c t u r ei sg i v e n t h e nt h et w of e a t u r e sw h i c ha r et h e c o m b i n a t i o no fl o ga n do p e r a t i o nm o d e l i n ga n dt h ec o m b i n a t i o no fl o ga n d t r a c k i n gt e c h n i q u ea r et a l k e da b o u t n e x t ，c o m p i l i n gs y s t e mi ss i m p l yi n t r o d u c e d d u r i n gt h ei m p l e m e n t a t i o np a r t ，e v e r ym o d u l eo ft h ed e b u g g i n gs y s t e mo f m a g i cp l a t f o r mi nd e t a i li sd e s c r i b e d a tl a s t ，t h ep a p e rs u m m a r i z e st h ew o r ko nt h i si s s u e 哈尔演l ：科人学硕十学何论文 k e yw o r d s ：d e b u g ；b u g ；l o g ；t r a c e ；w e bs e r v i c e 哈尔滨t 秤大学硕十学何论文 目录 摘要5 a b s t r a c t 6 目录8 第l 章绪论1 1 1 论文选题背景l 1 2国内外研究现状2 1 2 1 b u g 产生的原因一2 1 2 2 软件调试分类3 1 2 3 b u g 调试原则3 1 2 4 调试器6 1 3 论文研究的目标与内容6 1 3 1研究目标6 1 3 2 研究内容7 1 3 3论文组织7 第2 章基本理论与相关技术8 2 1 调试的一般过程8 2 2调试方法l1 2 3调试技术12 2 3 1内存检测工具1 2 2 3 2 编译器13 2 3 3调试器1 4 2 3 4日志15 2 3 5 事件跟踪17 2 4w e bs e r v i c e 技术18 哈尔滨一y - - i ：n 人学硕十学何论文 2 4 1 s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 18 2 4 2w e bs e r v i c e 简介1 9 2 4 3u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ) 2 0 2 4 4w e bs e r v i c e 绑定流程2 1 2 4 5w e bs e r v i c e 的用途2 2 2 5 魔力平台2 4 2 5 1产品概述2 4 2 5 2 产品主要功能2 4 2 5 3 魔力平台组成2 5 2 5 4 操作模型2 7 2 6 本章小结一2 8 第3 章调试系统的概要设计2 9 3 1错误分类2 9 3 1 1按严重程度分类2 9 3 1 2 按b u g 所处的软件开发阶段分类3 1 3 1 3 基于操作模型的错误分类3 3 3 2 按层级捕获异常3 4 3 3 调试系统设计一3 6 3 3 1 w e bs e r v i c e 环境下的一般调试过程3 6 3 3 2 魔力平台的调试系统架构3 6 3 3 3综合r 志和操作模型3 8 3 3 4 与跟踪技术结合3 8 3 3 5编译系统4 0 3 4 本章小结4 3 第4 章调试系统的详细设计与实现4 5 4 1 数据库设计4 5 4 1 1 单元测试支持模块4 5 哈尔滨t 秤大学硕十学何论文 4 1 2 信息写入模块4 5 4 2 单元测试支持模块一4 9 4 2 1用例分析4 9 4 2 2 基于w e bs e r v i c e 的通信模块4 9 4 2 3获得实体服务列表4 9 4 2 4 校验实体服务5 0 4 3 信息写入模块51 4 3 1用例分析5 1 4 3 2 详细设计5 2 4 3 3 关于数据流的说明5 4 4 3 4 测试5 5 4 4 跟踪重放模块5 8 4 4 1用例分析5 8 4 4 2 获得跟踪实例列表5 8 4 4 3获得指定实例跟踪信息5 8 4 4 4 删除指定实例跟踪信息5 9 4 5 编译模块一6 0 4 5 1用例分析6 0 4 5 2 获得业务列表6 0 4 5 3 编译指定业务6 0 4 6 本章小结6 1 结论6 2 参考文献6 3 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 5 致谢6 6 哈尔滨l ：程人学硕十学何论文 第1 章绪论 1 1 论文选题背景 软件业的历史要追溯到上个世纪4 0 年代木。时隔半个多世纪，软件业得 到了迅猛的发展。软件走入了普通人的生活，互联网更是深深渗入了的生活。 统计报告显示，截至2 0 0 8 年底，中国网民数达到2 9 8 亿。越来越依赖软件， 但是软件并不可靠。可能在执行中报错，可能做了一些意料之外的操作，可 能输出了一个本不该提供的结果，可能直接崩溃这些“可能”大多是由 隐藏在软件中的b u g 导致的，b u g 已经成为软件中随时可能发作的隐患。b u g 的存在也增加了软件系统的预算，据统计8 0 的预算都花费在软件的调试和 维护上。 软件中潜伏的b u g ，不仅会给软件的使用带来不便，甚至会导致重大的 生命和经济危害。2 0 0 8 年6 月1 6 日美国“贝宝支付系统”出现一个严重b u g ， 导致所有用户无法向其他国家的用户付款。部分用户表示，这一b u g 可能导 致总额达数百万美元的损失。近年来，国内外频繁发生软件系统b u g 引发的 “灾难”，如奥运门票系统瘫痪、沃尔沃速度控制系统失灵等事件，均给企业 和个人用户带来巨额损失。 在软件经历纸带打孔时代、纸带输出到c r t 普及的变迁的同时，调试技 术也在发生翻天覆地的变化。程序从最初的批处理模式，到现在的用户交互 式，用户甚至可以在程序运行期间输入数据。命令行调试器的出现是调试技 术的一次革命。调试器能在给定内存位置提供值，程序员再也不用费劲心力 的猜测内存地址了。程序员可以通过查看寄存器和包含程序中相关值的内存 块来调试程序。这就把调试从不可控的过程变为一个可以重现的过程，使调 试的科学化进程迈出了历史性的一步。 随着调试器的普及，它的易用性也被提上了日程。技术人员发现，它们 可以把变量名映射到程序运行时该变量的物理存储地址上。能查看变量，进 行地址的映像，能支持开发人员依据变量名来查看内存信息，它们以“符号 1 调试 集成 的历 运行 试器 业务 于构 础软 软件 软件 试， 求。 业务 础软 统。 1 2 1 2 1 本身 哈尔滨1 ：杵人7 ：硕十学何论文 ( 6 ) 没有严格按照需求文档设计开发。 1 2 2 软件调试分类 1 、根据调试方与被调试方的相对位置 本机调试( l o c a ld e b u g g i n g ) 调试双方处于同一台电脑下的同一个操作 系统。 远程调试( r e m o t ed e b u g g i n g ) 调试双方处于不同的计算机系统，通信 方式为计算机网络等。远程调试要求被调试方有一个调试服务器，它负责和 调试器进行通信，收集调试参数，发送调试请求，获得调试结果。 2 、根据被调试方的活动性 活动目标调试( l i v et a r g e td e b u g g i n g ) ：实时调试运行的程序。 转储文件调试( d u m pf i l ed e b u g g i n g ) ：转储文件是在发生错误时创建 的，它将被调试方的内存状态信息存入文件，有助于诊断问题。写至转储文 件的每个数据项都具有与其相关联的时间戳记，以帮助进行问题确定。 3 、根据软件所在的不同阶段( 以产品的正式发布作为分界) 开发期调试 产品期调试：解决产品发布以后出现的问题，这些问题来自于用户通过 电话、电子邮件等方式汇报的问题，或者通过自动错误报告机制获得。其难 度相对较大。 4 、根据是否使用调试器 使用调试器的软件调试：可支持断点、跟踪执行等强大的调试功能。 不使用调试器的软件调试：依靠同志文件、输出调试信息、查看内存信 息等。 1 2 3 b u g 调试原则 软件的发展越来越快，软件系统的规模也千差万别，从几行代码的小程 序到百万行代码的大型程序，有效的调试的技术也大相径庭。应用在不同环 境的调试技术，是由这些系统的特征决定的。当然，调试某个特定系统时， 3 一 哈尔滨i ：稃人学硕十学何论文 软件系统测试人员测试通过后，开始给用户部署软件系统。用户使用时 出现了问题，可是在测试的人员那里，软件系统运行正常。最后才发现用户 的操作系统是w i n 2 0 0 3 ，而调试人员的机器是w i n d o w sx p 。应该在程序可能运 行的所有操作系统版本下测试，这样才能确保程序在这些系统中不会出现问 题。 第三、输入输出问题。 小规模系统下很多错误由非法输入引起，也表现为异常的输出。如果将 输入控制在合理的范围内，就能解决不少问题。 2 、中规模客户月艮务器系统 这类系统往往会有一个存储系统来支撑，通常表现为数据库。虽然你可 以随意录入一些值来测试，但是建议使用更接近实际数据库的数据来测试。 一方面，问题可能隐藏在真实数据中。另一方面，使用真实数据会使调试过 程更加容易。 恢复问题发生的现场。如果问题是在多用户并发的情况下出现的，那么 仅仅有1 名测试人员操作是不可能发现问题的。 3 、大规模系统 大规模系统的错误是最难于调试的，你不能想象同时有多少个用户在访 问系统。 这种情况下，可以考虑给系统设置一个“后门”。用“后门”提供的特殊 用户登录，这个用户能查看系统的调试输出信息、能对系统的错误进行跟踪 监测，这样就能即时了解系统的运行情况。如果系统发生了死锁，就能迅速 定位问题点和受影响的用户。 4 、分布式系统 分布式系统是在不同组件上运行的系统，很可能是多机环境。分布式系 统具有很强的不确定性，你不确定它会走哪个分支。分布式系统又往往是多 语言、跨平台、多机器的，使调试更加困难。但是分布式系统的调试仍然有 规律可循。 。 s 哈尔滨r 稃人学硕十学何论文 i i - ii i i i - _ - l i - l _ l _ _ l i - i _ _ i i i i i i i i i i i 第一、中间构件错误。系统对中间构件的不正确调用导致错误。这些中 间构件往往是没有源码的。如果是这类错误，要么更换其他构件，要么去掉 该构件中引发问题的部分功能。避免这类错误的最好方法就是使用构件前对 构件的方法做全面的测试。 第二、连接失败。如果一个构件调用了另一个构件，就可能出现这类错 误。在分布式系统中，这类错误很常见。 第三、安全策略引发的错误。比如后台服务器要往磁盘上写一个文件， 而服务器的安全策略不允许这样做，就会出现安全错误。 第四、事后的分析。引发系统崩溃的问题是共享资源处理问题还是系统 对多用户并发支持存在漏洞? 崩溃后进行分析对于系统的长远发展是很有意 义的，注意充分利用系统日志。 1 2 4 调试器 虽然从计算机软件诞生之同起，调试这项艰难而繁杂的任务就落到了人 们身上，调试器却是在很长一段时间之后才走入人们的视线。如今，调试器 已经成为软件开发者的利器，常见的i d e 都附带一个非常易用、直观的调 试器。比如e c l i p s e 就提供了一个功能十分全面，操作十分简单的可视化调 试器，它提供所有的标准调试功能，包括设置断点、设置值、单步执行、查 看变量值、挂起线程和恢复线程等等。此外，它还支持调试在远程机器上运 行的应用程序。即使程序运行在远程的环境下，即使运行环境不允许控制台 输出，即使无法获取终端的输出，程序员仍然能在调试器的帮助下观察和测 试运行态中的环境。功能强大的调试器，大大加快了程序的开发的进程。 1 3 论文研究的目标与内容 1 3 1 研究目标 ( 1 ) 研究调试的一般过程、调试方法和调试技术； ( 2 ) 研究w e bs e r v i c e 环境下的一般应用； 6 哈尔滨i ：稃大学硕十学何论文 ( 3 ) 研究错误分类和调试策略； ( 4 ) 设计基于操作模型的魔力平台可视化调试系统的体系结构； ( 5 ) 实现基于操作模型的魔力平台可视化调试系统的功能。 1 3 2 研究内容 ( 1 ) 一般调试过程、调试技术研究； ( 2 ) w e bs e r v i c e 环境下的应用研究； ( 3 ) 错误分类研究及调试策略确定； ( 4 ) 调试系统的概要设计； ( 5 ) 调试系统的实现。 1 3 3 论文组织 本文共四章，按如下方式组织： 第1 章介绍了本课题的选题背景、国内外研究现状、论文研究的目的和 意义、论文研究的目标与内容；概述了b u g 的由来、调试原则以及相关的内 容；阐述了作者在本课题中的工作内容；提出了论文的大纲。 第2 章综述了课题的基本理论与相关技术，简要地介绍了调试的一般工 程、调试技术、w e bs e r v i c e 技术及调试系统所属的大环境一一魔力平台。 第3 章说明了调试系统的分析和设计过程，确立魔力平台调试系统采用 “运行环境实时记录时间点的原子操作，开发环境解析日志并定位错误”的 调试策略。 第4 章介绍了调试系统的体系结构，调试系统的各个模块的功能以及其 具体的实现方式；阐述了作者在课题的设计过程中遇到的一些问题以及解决 的办法。 7 哈尔滨t 程人学硕十学位论文 第2 章基本理论与相关技术 2 1 调试的一般过程 一个完整的软件调试过程主要由四步组成，如图2 1 所示： 图2 1 软件调试过程 1 、再现故障 一份完整的错误报告不仅仅要有错误描述，还应包含错误复现步骤，即 经过怎样的一系列操作，使故障现象出现。错误能否再现很重要，尤其是一 些在特定条件下才会出现的错误，是否有完整的再现步骤直接关系到错误能 否解决。而人们常常只是报告某某错误出现了，忽略了对再现步骤的描述， 这样的错误报告往往让调试人员无从下手。 2 、b u g 定位 一般b u g 报告上会记载b u g 的描述、严重程度、运行环境等，即b u g 的 外在表现。软件b u g 通常分为两类：软件功能与需求文档中的功能描述不符； 软件运行时做了不该做的事。从b u g 报告入手，先找到引发b u g 的直接原因。 接下来，需要借助工具，使用调试手段，寻找问题的根源，即软件内部原因。 3 、寻找解决方案 根据分析出的引发b u g 的软件内部原因，综合考虑软件运行环境和问题 紧迫性，找出适宜的解决方案。考虑到特定场合下，解决方案的通用性，对 历史b u g 的处理应做记录，以供同后参考。 解决方案不是凭空想象，是在收集了尽可能多的b u g 相关信息的基础上 得来。信息来源于以下几个方面 8 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 ( 1 ) 用户对问题的描述 问题的第一手描述是非常重要的，所以一定要准确的记录所听到的。对 比不同的用户对同一问题的阐述，看是否有相似点。要注意的一点是，用户 提交的报告常常有这样的描述“系统运行一段时间之后突然崩溃”，这类报告 没有提供任何有用的信息。系统崩溃之前执行了什么操作，操作的顺序是什 么? 只有提供了足够让问题重现的信息，才能发现问题的根本原因。 ( 2 ) 同志信息 同志是进行观察的很好的材料。日志可以帮助我们查明问题信息。当然， 前提是，日志包含了待查问题的信息。确定把哪些信息写入日志也是很重要 的。日志有一个简单的规则：详细的错误信息，简单的一般事件。 ( 3 ) 自己的观察 没有调查就没有发言权，作为一名调试人员，想了解所发生的问题，最 可行的方法就是亲自去观察。不要带有偏见，不应考虑代码，也不要考虑错 误是发生在哪个子系统。看着问题再现，记录自己的操作和现象，对于后期 的工作是有很大帮助的。 ( 4 ) 系统症状 调试一个应用系统时，开发人员和调试人员常常忽略而且不跟踪观察的 信息。有时候，症状就是实际的b u g 。而另外一些时候，症状只是表面现象， 真j 下的b u g 隐藏在下面。跟踪症状最好建立一个所影响的相关子系统的树， 如果几个b u g 在某个点重叠，就应该逐个子系统的查看如何影响症状。如果 单个子系统导致了所有子系统集中观察的症状，那么解决了这一个问题就可 以消除所有b u g 。 ( 5 ) 失败的测试用例 失败的测试用例能很好的说明问题。即使是一个简单的失败实例，也常 常能反映底层的问题。分析失败的原因，是发现应用程序如何才能更好的工 作的好方法。如此同时，b u g 报告往往包含很多冗余的步骤，通过测试实例 来发现问题更加快捷和容易。无论足再现问题还是修复b u g 。 9 哈尔滨一f j 稃人学硕十学何论文 ( 6 ) 相似的问题 把出现的b u g 存入一个b u g 列表，而不是仅限于修复它。但出现一个新 的b u g 时，查看b u g 列表，往往能发现相似的b u g 。通过了解什么问题导致 从前的b u g ，往往就能明白现在的b u g 出现的原因。 ( 7 ) 最近的修改 当一个应用程序出现新问题之后，虽然有可能是由于外部环境的改变或 者新的输入数据，但也有可能是软件的修改，尤其是最近的修改。只有近期 修改的部分是最不稳定的，因为对近期的代码测试是最不充分的。为了避免 遗忘，修改后及时写入版本说明是必要的。 ( 8 ) 运行的环境信息 软件运行的环境和其他外部因素也会对软件的运行造成影响，软件不是 孤立的。如果这些因素发生了改变，程序可能会受到影响。 在认识到的确存在一个问题，也了解了用户描述的问题本质，又收集了 所有能获得的信息，现在该看看程序到底在做什么了。一般情况下b u g 会属 于以下类别：内存错误、编码错误、逻辑错误、需求错误、条件错误、定时 多线程错误、外部错误。不是所有的b u g 都能归入这些类别，当然，你也可 以根据自己系统的实际情况束划分更适宜你的应用系统的b u g 类别。只是归 类的思想使调试的工作更容易进行。根据已有的信息，我们进行了假设，往 往是多个。 4 、验证方案 在应用环境用运行软件，以测试解决方案的有效性。此过程会有2 种结 果。解决问题，关闭当前b u g ；未解决问题，回到第3 步，对已选方案进行 调整，而后重新验证。 为了充分测试问题，要做几件事。一、保证你认为发生的事确实在发生。 二、证明假设的基础是问题的根本原因。三、预测给定输入后，将会发生什 么。对假设的证明要遵循标准的证明规则。证明、假设、再证明。 1 0 哈尔滨一r 程大学硕十学位论文 2 2 调试方法 软件调试的重要性毋庸置疑，但是人们往往忽视了调试过程的科学性， 在调试上蛮干是不可取的。采用合理的调试方法能产生事半功倍的效果，而 方法上的失误也常常导致效率低下。关于调试方法，介绍如下： ( 1 ) 采用科学的方法进行调试。调试时要多思考，仔细分析问题的症状。 可以试着描述这个问题，这往往对解决问题有所启发。请求其他人帮助，正 如人们常说的“当局者迷，旁观者清”。如果调试过程中卡住了，百思不得其 解，可以过一段时间再考虑，往往问题就迎刃而解。建议逐个排除问题，同 时修改多个问题会引入不必要的复杂度。除非所有办法都试过了，才考虑“暴 力”调试法，这种方法虽然普遍，但是效果不佳； ( 2 ) b u g 定位根据经验推断。对软件各部分比较熟悉的人，使用该方法 更有效。以前出现过错误的地方，往往会潜伏着更多的错误。先根据以往的 调试经验列出可能出错的地方。然后逐一检查，在此过程中排除不相关的假 设。最后剩下的往往就是最可能的原因了； ( 3 ) 有根据的猜测。该方法需要在已经执行过相当多的测试用例之后使 用。收集尽可能多的执行数据，无论是正确执行的，还是出现异常的。整理 并对比这些数据，寻找切入点。对这些执行数据，进行细致而周密的分析， 探寻更深层的错误根源。不要忽视那些未引发错误的对比用例，有时它们更 容易帮你发现问题； ( 4 ) 诊断。确定错误后，对症处理。最终把问题剔除了，调试过程才算 成功。不仅仅满足于解决表面问题，也包括更深层的问题。有时，诊断专指 一种特殊的调试方法，即对程序的执行中可能出现的问题进行预言和跟踪， 一旦问题出现，即时对问题发生点、发生时间、问题描述进行记录。这种方 法的缺陷是没有对引发问题的原因进行记录。 哈尔滨i ：样人。硕十字：伉论文 2 3 调试技术 2 3 1内存检测工具 1 、常见内存检测工具 ( 1 ) c c m a l l o c - - 一个内存分析器，能够检测内存泄露、检测同一数据的 多次内存分配、检测对已释放内存的访问、提供释放和分配统计等。 ( 2 ) j a v a s c r i p tm e m o 巧l e a kd e t e c t o r 一由一名来自于微软欧洲 g p d e ( g l o b a lp r o d u c td e v e l o p m e n t e u r o p et e a m ) 团队的开发人员研发的，用 于检测j a v a s c r i p t 代码中的内存泄露的调试工具。它以浏览器插件的形式使 用，可以在i e 进程中加载。 ( 3 ) e l e c t r i cf e n c e 一一款内存调试器，程序员可以用它的调试库替换c 的标准内存管理库。当发生内存错误时，它将引发程序崩溃，进而调试人员 就可以查看引发错误的代码了。 ( 4 ) m e m w a t c h 一用于c 语言的内存泄露检测工具，它可以在任何有 a n s ic 编译器的系统上编译和运行。 ( 5 ) v a l g r i n d 一用于内存调试、内存泄露检测、内存分析。 ( 6 ) a q t i m e - - 由a u t o m a t e d q a 研发的性能分析器和内存资源调试工具 集。它用于在多任务情况下改善程序性能和跟踪内存使用情况。 ( 7 ) j p r o b e 一企业级的j a v a 分析器，提供对于内存使用、性能、覆盖测 试的智能诊断，使得开发人员迅速定位并修复影响程序性能和稳定性的错误。 ( 8 ) i n s u 时+ 一内存调试器，由p a r a s o f t 研制，用于检测多种多样的c 和c + h 程序的错误。 ( 9 ) j p r o f i l e r 一由e j - t e c h n o l o g i e s 研发的用于j 2 e e 和j 2 s e 应用程序的 j a v a 调试器。 ( 1 0 ) d e v p a r t n e r - - 由n u m e g a 研发的一组用于软件开发和调试的工具 集，有针对n e t 、j a v a 、c c + + 的单独版本。 ( 1 1 ) p u r i f y 一内存调试工具用于检测内存访问错误，特别适用于c 和 1 2 哈尔滨t 稃人? 硕十予：何论文 1 11 c + + 程序。 ( 1 2 ) s a pm e m o r ya n a l y z e r 一一个快速且功能丰富的堆分析器，它能帮 助你发现大的内存块并辨别谁在维护这些对象，它对资源的消耗相对较低。 2 、常见内存错误 ( 1 ) 内存泄漏。分配内存并使用完毕后，未进行释放，操作系统又不能 自动回收，导致可用内存不断消耗。 ( 2 ) 内存访问异常。比如已经释放的内存，重复释放或访问等等。 ( 3 ) 内存写越界。写操作时超过了合理的地址范围。 ( 4 ) 指针错误。指针指向了无效的内存地址。 2 3 2 编译器 编译器是将便于人们阅读、编辑的高级程序语言转化为更接近于机器语 言的低级语言的程序，其中高级程序语言作为输入( s o u r c ec o d e ) ，即源代码 低级语言作为输出，即目标代码( t a r g e tc o d e ) ，从源代码到目标代码的翻译过 程即为编译。 编译器通常由3 部分组成，即预处理器( p r e p r o c e s s o r ) ：负责将预定义内 容代入源程序；编译器前端( f r o n te n d ) ：负责解析输入程序，包括语法分析 器和语义分析器；编译器后端( b a c ke n d ) ：负责优化中间代码，生成目标代 码。编译器的工作过程如下：进行语法分析；进行语义分析；生成目标代码。 编译器分析( c o m p i l e ra n a l y s i s ) 针对中间代码进行。中间代码常常分为多 级层次结构。高级中间代码( h i g hl e v e li r ) 是语言相关的，它更接近输入的 高级语言，无论是从程序结构还是从语言形式上；中级中间代码( m i d d l el e v e l i r ) 是语言无关的，它是输入无关的；低级中间代码( l o wl e v e li r ) 更接近 机器语言。 常见的优化和转换包括：内嵌( i n l i n e ) ，垃圾代码清除( d e a dc o d e e l i m i n a t i o n ) ，循环标准化( 1 0 0 p n o r m a l i z a t i o n ) ，循环展开( 1 0 0 pu n r o l l i n g ) ， 循环合并( 1 0 0 pf u s i o n ) ，循环分裂( 1 0 0 pf i s s i o n ) ，数组填充( a r r a yp a d d i n g ) ， 1 3 哈尔演f ：稃大学硕十学位论文 等等。优化和转换的作用如下：精简代码、优化存储系统，甚至可以把串行 转换为并行，把单线程转换为多线程。 那编译器如何用于调试呢? ( 1 ) 巧用高警告级别。首先编译器起到协助检查的作用。有时将警告设 置为必须处理，会促使写代码的人更严谨的对待他的作品，无论是从遵守代 码规范上，还是从避免代码冗余上；其次，编译器的编写者需要尝试通过阅 读代码来发现错误，从而确立编译器的工作逻辑。比如对于未初始化就使用 的情况，如何人工识别，进而如何让编译器识别。一旦编译器丌始自动检测 错误，人们就真的可以“一劳永逸”了。 ( 2 ) 查看来自编译器的消息。编译器能发现己定义却从未使用的对象， 也能识别从未被引用的方法。当然，对未声明类的引用同样难逃编译器的法 眼。所有这些信息，编译器都会以消息的形式返回。所以，好好利用这些消 息，将让你的调试工作事半功倍。 2 3 3 调试器 1 、调试器的发展 第一个比较有名的调试器d e b u g c o m 出现在m s d o s 系统中。它很简单， 但是不够好用，不受大众欢迎。尽管新的调试器不断涌现，但是在原理上和 d e b u g c o m 并没有多大区别。m s d o s 时代，调试器处于弱势群体，一旦键 盘被锁、中断被禁止、不允许追踪，调试器就无用武之地了。 直到8 0 2 8 6 处理器时代，用于破解的调试器a f dp r o 的出现才打破冰山 一角。1 9 8 9 年，有名的t u r b od e b u g g e r 问世，作者是c h r i s 和r i c hw i l l i a m s 。 1 9 9 1 年，s e r g ep a c h k o v s k y 编写了第一个仿真调试器。然而，上述调试器对 堆栈、屏幕、键盘等相关的问题不能很好的处理。 随着8 0 3 8 6 微处理的出现，软件复杂度不断增长，调试器已经渐渐深入 保护机制的后院。上世纪8 0 年代末，n u m e g a 发布了品质超群的调试器 s o f t l c e ，至今仍为人们所欢迎。由于软件复杂度增长不仅受机器本身配置的 1 4 哈尔滨i ：样大学硕十学伊论文 限制，还受到检错和纠错的制约，英特尔公司在其8 0 3 8 6 处理器中加入了一 些特殊部件，以从硬件层级控制代码的执行。至此，保护机制瓦解了。n u m e g a 随即发布了一款针对8 0 3 8 6 的调试器。紧接着，出现了新的操作系统 w i n d o w s ，而微软提供的内置调试器庞大、速度慢、易用性差。n u m e g a 适时 推出了一款新的调试器，而它不依赖于操作系统，直接和硬件打交道或者说 它处于硬件和操作系统之间的层级。它甚至使调试操作系统内核成为可能， 自然的，它得到了人们的广泛欢迎。 2 、调试器的使用场合 调试器的使用场合：小规模的单机系统、可以从控制台运行的系统、不 考虑多用户同时发生错误的复杂系统。 不提倡使用调试器的场合：多用户并发错误的复杂系统、已经到产品阶 段的应用系统、时问相关系统、使用调试器可能引发崩溃的系统。 2 3 4日志 监视一个程序的运行过程，记录程序运行的日志是一个追踪事件的好办 法。同志不仅可以帮助收集到所有的信息，找到问题的所在，而且对于后续 的开发人员，同志也是很有价值的。传统的日志跟踪有一个最大的优点也是 最大的缺点：日志中的信息过于繁杂交错，即使详细的查看，仍然容易错过 个别问题。所以，传统的日志分析常用于粗略估计问题。日志是程序对自身 行为轨迹的记录，每一条记录描述了一个事件。一条日志记录常常包括以下 内容： 。 ( 1 ) 事件发生时问：通常精确到分钟。对于实时系统，有时精确到秒级 或者更细粒度。时间和同期的重要性是有原因的。一旦知道了事件发生的时 间，就可以快速查看当时的数据等信息，以发现到底发生了什么； ( 2 ) 所属模块：事件发生地点的描述。有了问题代码的定位信息，就可 以避免搜索项目中所有的模块，节省调试时间； ( 3 ) 事件主体：事件执行者，常常是某个类的某个对象； 1 5 哈尔滨r 稃大学硕十学位论文 ( 4 ) 事件描述：对发生了什么的描述，这个一般是详细信息； ( 5 ) 事件级别：如果同时发生了多个错误，那么对错误进行分级记录有 助于迅速发现严重的错误。通常分为3 种，即错误( e r r o r ) 、警告( w a r n i n g ) 、 提示( i n f o r m a t i o n ) 。 相信每位调试人员都被不能再现的问题困扰过。有时直接运行错误出现， 而一旦使用调试器检测，问题就不再出现了。也许大家还记得“海森堡测不 准”原理，大意是的测量活动会对实验本身造成影响，加入了测量过程得到 的实验数据是有偏差的。同样的道理，加入了调试活动的应用程序同样也会 受到影响。那怎么样才能处理这些不能再现又难于调试的问题呢? 同志就是 解决方法之一。事件一旦发生，日志系统就会记录在案，即便不能再现，各 种有用的信息也都记录下来了。于是日志就成了帮助分析和定位故障的重要 工具了。 此外，对于产品期的软件调试，此时，直接调试几乎是不可能进行，日 志就显得尤为重要了。 日志输出目标有如下3 类： ( 1 ) 文件 ( 2 ) 数据库 ( 3 ) 用户界面 为了让日志方法更灵活、可配置，可以搭配使用配置文件。在配置文件 中对如下信息进行设置：