本書作者著眼于一系列可能會(huì)在現(xiàn)代軟件系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，特別是分散在地球上的組件和服務(wù)之間復(fù)雜的相互影響造成的問題。無論您是否正在調(diào)試獨(dú)立運(yùn)行的錯(cuò)誤或?yàn)?zāi)難性的企業(yè)系統(tǒng)故障，本指南將幫助您更快更少痛苦地完成任務(wù)。
在開發(fā)軟件或者管理軟件系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到各種故障。這些故障的類型多種多樣，一些是可以迅速解決的代碼錯(cuò)誤，還有一些可能會(huì)給公司造成每小時(shí)上百萬元的損失——如大型系統(tǒng)的宕機(jī)。對(duì)于以上兩種情況，作為一名高效的專業(yè)人士，要能夠快速識(shí)別并修復(fù)這些故障。這就是調(diào)試的含義，也是本書的主題。
本書并非用于入門，面向的是有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)人員，所以希望你能夠理解用多種不同的編程語言編寫的小型代碼示例，并且可以使用高級(jí)圖形用戶界面和基于命令行的編程工具。但是，本書中仍然包含了詳細(xì)的調(diào)試技術(shù)，因?yàn)槲宜姷降囊恍┵Y深開發(fā)人員，即便其熟練地掌握了各種方法，也時(shí)不時(shí)地需要參考資料。此外，如果你曾經(jīng)從事過至少幾個(gè)月的正經(jīng)調(diào)試工作，就能更容易地體會(huì)到書中先進(jìn)的方法。
本書包含的內(nèi)容
如本書主題，調(diào)試工作指的是在開發(fā)和運(yùn)行一個(gè)現(xiàn)代化、精密化的計(jì)算系統(tǒng)時(shí)所用到的策略、工具和方法。在以前，調(diào)試主要指的是檢測(cè)和修正程序錯(cuò)誤。然而，現(xiàn)在的程序很少獨(dú)立運(yùn)行。即使最小的程序也常常與外部庫(kù)動(dòng)態(tài)鏈接。復(fù)雜的程序會(huì)在應(yīng)用服務(wù)器上運(yùn)行、調(diào)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)或者NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)、從目錄服務(wù)器上獲取數(shù)據(jù)、運(yùn)行外部程序、利用中間應(yīng)用程序并集成大量的第三方軟件包。完整的系統(tǒng)和服務(wù)的運(yùn)行依賴于散布在全球主機(jī)上的無故障運(yùn)行、內(nèi)部開發(fā)的第三方組件。軟件開發(fā)原則DevOps能夠解決這一現(xiàn)實(shí)問題，它強(qiáng)調(diào)了開發(fā)人員和其他IT專業(yè)人士的角色。本書旨在幫助你全面看待程序錯(cuò)誤，因?yàn)閷?duì)于最具挑戰(zhàn)性的難題，通常很難立即確定軟件中的罪魁禍?zhǔn)住?br />
本書從一般性話題出發(fā)，引出具體的問題。第1章的內(nèi)容是“策略”，第2章的內(nèi)容是“方法”，第3章介紹了可以調(diào)試不同軟件和系統(tǒng)故障的工具和技術(shù)。之后，書中還列舉了針對(duì)調(diào)試工作不同階段的技術(shù)，如使用調(diào)試器的階段（第4章）、編程階段（第5章）、編譯軟件階段（第6章），以及運(yùn)行系統(tǒng)階段（第7章）。關(guān)于多線程和并發(fā)代碼中那些麻煩的程序錯(cuò)誤，第8章的內(nèi)容單獨(dú)涵蓋了專門的工具和技術(shù)。
如何使用本書
一般情況下，讀書都是從頭看到尾。但實(shí)際上，還有更好的方法。本書中的建議分為以下三類。
第一，在面對(duì)程序錯(cuò)誤時(shí)要用到的策略和方法。這方面的內(nèi)容在第1章和第2章中都有羅列。此外，第5章中的許多技巧也可歸于這一類別。多了解其中的內(nèi)容，在應(yīng)用時(shí)就可手到擒來。在調(diào)試過程中，整體性的思想會(huì)反映到你所使用的方法上。遇到“死胡同”時(shí)，回想一下已知路徑，一般能幫助你找到走出迷宮的新路徑。
第二，可以寄予希望的技術(shù)和工具。這些內(nèi)容主要集中在第3章，其中也包含了解決日常問題的各個(gè)要素。具體參見“第36條：調(diào)整你的調(diào)試程序”。你需要找時(shí)間學(xué)習(xí)并逐步把這些條目運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中。這可能意味著放棄自己熟悉的工具，重新學(xué)習(xí)更先進(jìn)的工具。剛開始時(shí)，這種經(jīng)歷可能會(huì)很痛苦，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，它將會(huì)把你塑造成為一名卓越大師。
第三，在面對(duì)困難問題時(shí)的技術(shù)應(yīng)用思考。這些技術(shù)和方法都不會(huì)是你常常使用的，但是在遇到一個(gè)無從下手的難題時(shí)，它們能夠節(jié)省你一天（或至少幾個(gè)小時(shí)）的時(shí)間。舉個(gè)例子，如果你無法解釋為什么C代碼或C++代碼編譯失敗，你就可以參閱“第50條：檢查生成代碼”。在快速閱讀這些條目時(shí)，你可以把它們作為參考，在之后的應(yīng)用過程中，再仔細(xì)甄別。
如何投身編程世界
盡管書中的所有條目都是對(duì)診斷錯(cuò)誤和調(diào)試已有錯(cuò)誤提供建議，但是你仍可以利用從這里學(xué)到的大部分知識(shí)來盡量減少遇到軟件故障的情況，也可以有能力解決突發(fā)狀況，讓生活變得更簡(jiǎn)單。嚴(yán)格的調(diào)試和軟件開發(fā)實(shí)踐相互促進(jìn)，這是一個(gè)良性循環(huán)。這條建議對(duì)你現(xiàn)在或?qū)淼能浖_發(fā)、設(shè)計(jì)和管理都大有裨益。
在軟件設(shè)計(jì)中，請(qǐng)遵循以下建議。
?使用最合適的最高級(jí)機(jī)制（第47條：考慮用另一種語言重寫可疑代碼，第66條：考慮用更高層抽象進(jìn)行重寫）。
?提供調(diào)試模式（第6條：使用軟件的調(diào)試功能，第40條：添加調(diào)試功能選項(xiàng)）。
?提供監(jiān)控和記錄系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制（第27條：對(duì)系統(tǒng)各個(gè)獨(dú)立進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)視，第41條：添加日志語句，第56條：檢查應(yīng)用程序日志文件）。
?引入U(xiǎn)NIX命令行工具腳本組件選項(xiàng)（第22條：使用UNIX命令行工具分析調(diào)試數(shù)據(jù)）。
?確保是由于內(nèi)部錯(cuò)誤引發(fā)的明顯故障，而非系統(tǒng)不穩(wěn)定（第55條：快速故障）。
?提供一種方法來獲取事后問題分析所需的內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)（第35條：知道如何利用磁心信息轉(zhuǎn)儲(chǔ)，第60條：使用后期調(diào)試分析死鎖）。
?縮小軟件執(zhí)行中的問題源頭和非確定性范圍（第63條：隔離與移除非確定性）。
在軟件構(gòu)建中，請(qǐng)遵循以下建議。
?從同事那里獲取反饋（第39條：與同事檢查并推理代碼）。
?給每個(gè)程序創(chuàng)建單元測(cè)試（第42條：使用單元測(cè)試）。
?使用斷言（assertion）來驗(yàn)證你的假設(shè)和代碼是否能夠正確運(yùn)行（第43條：使用斷言）。
?盡量編寫可維護(hù)的代碼，即可讀、穩(wěn)定、易于分析和修改的代碼（第46條：簡(jiǎn)化可疑代碼，第48條：提高可疑代碼的可讀性和結(jié)構(gòu)性）。
?避免構(gòu)建中存在的非確定性源（第52條：配置確定性構(gòu)建和執(zhí)行）。
最后，無論是團(tuán)隊(duì)還是個(gè)人管理軟件的開發(fā)和運(yùn)行，需要遵循以下幾點(diǎn)。
?記錄問題，并使用合適的系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)（第1條：使用問題追蹤系統(tǒng)來處理所有問題）。
?分流并給所有問題劃分優(yōu)先級(jí)（第8條：專注于最重要的問題）。
?在維護(hù)良好的修訂控制系統(tǒng)中記錄軟件的所有更改（第26條：使用修訂控制系統(tǒng)記錄成因和調(diào)試歷史）。
?采用漸進(jìn)方式部署軟件，以便對(duì)新老版本進(jìn)行對(duì)比（第5條：找出已驗(yàn)證系統(tǒng)和失敗系統(tǒng)間的差異）。
?力求所用工具和部署環(huán)境的多樣性（第7條：為軟件構(gòu)建和執(zhí)行環(huán)境拓展多樣性）。
?定期更新工具和庫(kù)（第14條：考慮更新軟件）。
?購(gòu)買所用的第三方庫(kù)的源代碼（第15條：參閱第三方源代碼，深入理解第三方應(yīng)用），同時(shí)，購(gòu)買更高級(jí)的工具來診斷難以察覺的錯(cuò)誤（第51條：使用靜態(tài)程序分析，第59條：使用動(dòng)態(tài)程序分析，第62條：運(yùn)用專門工具解開死鎖和競(jìng)態(tài)條件，第64條：調(diào)查源于爭(zhēng)用的可擴(kuò)展性問題，第65條：使用性能計(jì)數(shù)器共享定位錯(cuò)誤）。
?對(duì)任何硬件界面和嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試提供專業(yè)工具包（第16條：使用專業(yè)的監(jiān)測(cè)和測(cè)試設(shè)備）。
?使開發(fā)人員能夠遠(yuǎn)程調(diào)試軟件（第18條：從桌面開啟對(duì)難以移動(dòng)的系統(tǒng)的調(diào)試工作）。
?為高要求的排查任務(wù)提供性能充足的CPU和磁盤資源（第19條：自動(dòng)調(diào)試任務(wù)）。
?在代碼檢查和指導(dǎo)方面鼓勵(lì)開發(fā)人員的協(xié)作（第39條：與同事檢查并推理代碼）。
?鼓勵(lì)推動(dòng)使用測(cè)試驅(qū)動(dòng)開發(fā)（第42條：使用單元測(cè)試）。
?納入軟件構(gòu)建的性能概況、靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析，同時(shí)保持快速、精益、平均的構(gòu)建和測(cè)試周期（第11條：最小化從修改到結(jié)果的換向時(shí)間，第51條：使用靜態(tài)程序分析，第53條：配置使用調(diào)試庫(kù)和檢測(cè)，第57條：廓線系統(tǒng)和運(yùn)作流程，第59條：使用動(dòng)態(tài)程序分析工具）。
關(guān)于術(shù)語的一些說明
本書中，在ISO-24765-2010（系統(tǒng)和軟件工程——詞匯）定義范圍內(nèi)使用fault一詞：“計(jì)算機(jī)程序中一個(gè)不正確的步驟、進(jìn)程或者數(shù)據(jù)定義”。這常被稱為defect。在日常語言中，就是通常所說的bug。同樣地，我所使用的術(shù)語failure是根據(jù)同一標(biāo)準(zhǔn)：“系統(tǒng)或系統(tǒng)組件不能在規(guī)定限度內(nèi)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能”。故障的表現(xiàn)有程序崩潰、鎖死，或給出錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，在有fault的情況下，就會(huì)出現(xiàn)failure。令人困惑的是，有時(shí)fault和defect也會(huì)用來指代failure，ISO標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)意識(shí)到了這個(gè)問題。本書中，我會(huì)遵守這一區(qū)別。然而，為了避免把內(nèi)容變成法律條文那樣，在上下文很清楚的情況下，我通常用problem一詞來指代fault（即代碼中的問題）或failure（即可復(fù)現(xiàn)的問題）。
如今，UNIX操作系統(tǒng)的shell、庫(kù)和工具可以在許多平臺(tái)上使用。本書使用UNIX來指代任何遵循UNIX原則和API的系統(tǒng)，其中包括蘋果的MacOSX、GNU/Linux的各種發(fā)行版（例如，ArchLinux、CentOS、Debian、Fedora、openSUSE、紅帽企業(yè)版Linux、Slackware和Ubuntu）、UNIX操作系統(tǒng)的各個(gè)分支（如AIX、HP-UX、Solaris）、各種BSD衍生（如FreeBSD、OpenBSD、NetBSD），以及在Windows上運(yùn)行的Cygwin。
與之類似，在編寫C++、Java或Python程序時(shí)，使用了一種較為現(xiàn)代的語言版本。我在本書中已經(jīng)盡力規(guī)避了那些過于偏頗或過于前沿的例子。
書中所述的“你的代碼（yourcode）”和“你的軟件（yoursoftware）”指代你所調(diào)試的代碼和你正在處理的軟件。這樣說更簡(jiǎn)便，而且也暗含了所有者的含義，這在開發(fā)工作中是非常重要的。
使用routine一詞來指代代碼調(diào)用單元，如成員函數(shù)、方法、函數(shù)、過程和子程序。
使用VisualStudio和Windows來指代相應(yīng)的微軟產(chǎn)品。
使用版本控制系統(tǒng)（revisioncontrolsystem和versioncontrolsystem）來指代用于軟件配置管理的一些工具，如Git。
排版與其他慣例
?代碼是用打字機(jī)字體（typewriterfont）來書寫的，關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置為粗體（bold），條款和工具名稱用斜體設(shè)置（italics）。
?交互會(huì)話清單使用灰度來區(qū)分提示、用戶輸入和產(chǎn)生的輸出結(jié)果。
$echohello,world
Helloworld
?UNIX命令行選項(xiàng)類似--this，或者使用單字符縮寫，如-t。與之對(duì)應(yīng)的Windows工具選項(xiàng)則是/this。
?關(guān)鍵快捷鍵以Shift-F11鍵這種形式進(jìn)行設(shè)定。
?文件路徑
Diomidis Spinellis是雅典經(jīng)濟(jì)與商業(yè)大學(xué)科技管理學(xué)院教授。他的研究領(lǐng)域包括軟件工程、IT安全以及云系統(tǒng)工程。他的著作《代碼閱讀》（Code Reading: The Open Source Perspective）以及《代碼質(zhì)量》（Code Quality: The Open Source Perspective）雙雙榮獲Jolt（軟件開發(fā)生產(chǎn)力）大獎(jiǎng)并被廣泛傳譯。Spinellis博士曾在多個(gè)學(xué)術(shù)期刊以及期刊會(huì)議論文集中發(fā)表了200多篇技術(shù)論文，被引用次數(shù)高達(dá)2500多次。十年來，他作為IEEE Software編委會(huì)的一員，為Tools of the Trade專欄定期撰稿。他為OS X以及BSD UNIX貢獻(xiàn)了很多代碼，并且是UMLGraph、CScout，以及其他軟件開源包、庫(kù)和工具的開發(fā)者。他擁有倫敦帝國(guó)理工學(xué)院軟件工程專業(yè)的碩士學(xué)位及計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的博士學(xué)位。他是ACM以及IEEE的高級(jí)會(huì)員，并且自2015年以來一直擔(dān)任IEEE Software的主編。
目錄
前言 v
致謝 x
作者簡(jiǎn)介 xiv
Figures xix
Listings xx
Item 11： Minimize the Turnaround Time from Your Changes to Their Result 28
Item 12： Automate Complex Testing Scenarios 29
Item 13： Enable a Comprehensive Overview of Your Debugging Data 32
Item 14： Consider Updating Your Software 33
Item 15： Consult Third-Party Source Code for Insights on Its Use 34
Item 16： Use Specialized Monitoring and Test Equipment 36
Item 17： Increase the Prominence of a Failure’s Effects 40
Item 18： Enable the Debugging of Unwieldy Systems from Your Desk 42
Item 19： Automate Debugging Tasks 44
Item 20： Houseclean Before and After Debugging 45
Item 21： Fix All Instances of a Problem Class 46
Chapter 3： General-Purpose Tools and Techniques 49
Item 22： Analyze Debug Data with Unix Command-Line Tools 49
Item 23： Utilize Command-Line Tool Options and Idioms 55
Item 24： Explore Debug Data with Your Editor 57
Item 25： Optimize Your Work Environment 59
Item 26： Hunt the Causes and History of Bugs with the
Revision Control System 64
Item 27： Use Monitoring Tools on Systems Composed
of Independent Processes 67
Chapter 4： Debugger Techniques 71
Item 28： Use Code Compiled for Symbolic Debugging 71
Item 29： Step through the Code 76
Item 30： Use Code and Data Breakpoints 77
Item 31： Familiarize Yourself with Reverse Debugging 80
Item 32： Navigate along the Calls between Routines 82
Item 33： Look for Errors by Examining the Values
of Variables and Expressions 84
Item 34： Know How to Attach a Debugger to a Running Process 87
Item 35： Know How to Work with Core Dumps 89
Item 36： Tune Your Debugging Tools 92
Item 37： Know How to View Assembly Code and Raw Memory 95
Chapter 5： Programming Techniques 101
Item 38： Review and Manually Execute Suspect Code 101
Item 39： Go Over Your Code and Reasoning with a Colleague 103
Item 40： Add Debugging Functionality 104
Item 41： Add Logging Statements 108
Item 42： Use Unit Tests 112
Item 43： Use Assertions 116
Item 44： Verify Your Reasoning by Perturbing the
Debugged Program 119
Item 45： Minimize the Differences between a Working Example
and the Failing Code 120
Item 46： Simplify the Suspect Code 121
Item 47： Consider Rewriting the Suspect Code
in Another Language 124
Item 48： Improve the Suspect Code’s Readability and Structure 126
Item 49： Fix the Bug’s Cause， Rather Than Its Symptom 129
Chapter 6： Compile-Time Techniques 133
Item 50： Examine Generated Code 133
Item 51： Use Static Program Analysis 136
Item 52： Configure Deterministic Builds and Executions 141
Item 53： Configure the Use of Debugging Libraries and Checks 143
Chapter 7： Runtime Techniques 149
Item 54： Find the Fault by Constructing a Test Case 149
Item 55： Fail Fast 153
Item 56： Examine Application Log Files 154
Item 57： Profile the Operation of Systems and Processes 158
Item 58： Trace the Code’s Execution 162
Item 59： Use Dynamic Program Analysis Tools 168
Chapter 8： Debugging Multi-threaded Code 171
Item 60： Analyze Deadlocks with Postmortem Debugging 171
Item 61： Capture and Replicate 178
Item 62： Uncover Deadlocks and Race Conditions with
Specialized Tools 183
Item 63： Isolate and Remove Nondeterminism 188
Item 64： Investigate Scalability Issues by Looking at Contention 190
Item 65： Locate False Sharing by Using Performance Counters 193
Item 66： Consider Rewriting the Code Using Higher-Level
Abstractions 197
Web Resources 207
Index 211
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