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OS2023(8)

8. 调试理论与实践

Changelog & 反馈

• pstree 的 Hard Test Case: 需要包含 “pstree” 字样，以及输出到正确的流
• Online Judge 虽然增强了，但检查还是很松的 (仅检查进程)

背景回顾：在快节奏的《操作系统》课中，插入一些 (重要得要命但与操作系统不完全相关的) 休闲内容。

本讲内容：调试理论：Fault, Error 和 Failure；GDB 使用技巧。

slideshow('8.1')

调试理论给了大家在遇到 “任何问题” 时候 self-check 的列表：

1. 是怎样的程序 (状态机) 在运行？
2. 我们遇到了怎样的 failure？
3. 我们能从状态机的运行中从易到难得到什么信息？
4. 如何二分检查这些信息和 error 之间的关联？

看完之后的例子，你相信对这个过程会有更好的理解。

slideshow('8.2')

没错，我们只要能 “检查状态机的状态”，就可以调试/诊断计算机系统中遇到的 “任何问题”，有些看似莫名其妙的问题，在 trace/log 的帮助下，也就自然有了头绪。

slideshow('8.3')

demo('printf', 'd/printf.c')

demo('nondet', 'd/nondet.c')

demo('mutex', 'd/mutex', libs=['thread.h', 'thread-sync.h'])

slideshow('8.4')

demo('mem-error', 'd/mem-error.c')

Sanitizer 是一类重要的 “动态程序分析”。所谓动态，就是指观察程序的运行 (即状态机的执行)。动态分析能给出许多程序有趣的性质，包括性能和功能性的 bugs。相应地，也有静态程序分析，即不在实际的环境中运行程序，就能对程序的行为作出预测——编译器和编译优化就是一类重要的静态分析。

Take-away Messages

调试理论：bug 是如何发生的？

• Fault → (测试) → Error → (断言) → Failure
• 调试一切问题的 checklist
  1. 是怎样的程序 (状态机) 在运行？
  2. 我们遇到了怎样的 failure？
  3. 我们能从状态机的运行中从易到难得到什么信息？
  4. 如何二分检查这些信息和 error 之间的关联？

残酷的现实和难听的本质

• 道理都懂，但出 bug 了，还是不知道怎么办？一句难听的话：你对代码的关键部分还不熟悉。根据调试理论，你还不知道如何判定程序状态是否正确，或是对如何简化程序状态还没有经验：
  • 编程基础不牢固
  • 对项目代码不理解
  • 最根本的原因：抱有 “我不理解这个也行” 的侥幸心理

课后习题/编程作业

1. 编程实践

针对你近期调试过的程序，通过配置 GDB、vscode 等，优化你的调试体验。我们建议把这些配置跟随实验框架，这会大幅提升你的实验体验，从而消除你 “我不理解这个也行” 的心态。

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