走近 WebAssembly 之调试大法

Posted 2021-04-25 前端大全

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了走近 WebAssembly 之调试大法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

blog.zhouzhipeng.com/debug-webassembly.html

前言

WebAssembly是什么？

下面是来自官方的定义：

WebAssembly or wasm is a new portable, size- and load-time-efficient format suitable for compilation to the web.

关键词：”format”，WebAssembly 是一种编码格式，适合编译到web上运行。

事实上，WebAssembly可以看做是对javascript的加强，弥补JavaScript在执行效率上的缺陷。

它是一个新的语言，它定义了一种AST，并可以用字节码的格式表示。
它是对浏览器的加强，浏览器能够直接理解WebAssembly并将其转化为机器码。
它是一种目标语言，任何其他语言都可以编译成WebAssembly在浏览器上运行。

想象一下，在计算机视觉，游戏动画，视频编解码，数据加密等需要需要高计算量的领域，如果想在浏览器上实现，并跨浏览器支持，唯一能做的就是用JavaScript来运行，这是一件吃力不讨好的事情。而WebAssembly可以将现有的用C，C++编写的库直接编译成WebAssembly运行到浏览器上, 并且可以作为库被JavaScript引用。那就意味着我们可以将很多后端的工作转移到前端，减轻服务器的压力。这是WebAssembly最为吸引人的特性。并且WebAssembly是运行于沙箱中，保证了其安全性。

更多关于WebAssembly基础入门, 可以看下这篇文章：https://segmentfault.com/a/1190000012110615，写得很详细。

（后文将主要使用wasm 名称表示 WebAssembly)

怎么调试?

稍微了解javascript 的人应该知道，在chrome或者firefox的开发者面板中可以很方便对js代码加断点、查看变量、单步执行等等，非常方便！

既然wasm主要是运行在web浏览器上的（当然也可以在非web环境中运行，参见官方文档描述：http://webassembly.org/docs/non-web/），主要的调试方式无非是使用开发者控制台了！

但问题在于上文中说了 wasm 是一种二进制格式，虽然有可读的文本格式wast，但是调试起来依然比较费劲，最主要的问题是：你是不是更想能够调试被编译之前的c/c++ 源代码?

调试探索

搜了很多资料，走了不少弯路，总算是摸索出一条可行的调试之路！（当然如果你有更好的调试方法，请告诉我哦！）

环境&工具准备

wasm编译环境 docker版 , 镜像 zhouzhipeng/wasm-build
文本编辑器

说明：如果你想定制自己的wasm编译环境docker镜像，强烈建议在ubuntu中参考官方文档步骤搭建： http://webassembly.org/getting-started/developers-guide/

实验代码准备

编写一个简单的c程序，求两个数的平方和

debug.c

int sumOfSquare(int a,int b){

    int t1=a*a;

    int t2=b*b;

    return t1+t2;

}

编译debug.c —> debug.wasm

使用上节中的docker镜像: zhouzhipeng/wasm-build

#1.先运行wasm编译docker容器 (镜像托管在docker官方hub，可能会比较慢，请耐心等待)

➜ wasm-debug-test git:(master) ✗ docker run -it --name wasm-test -v $(pwd):/data/ zhouzhipeng/wasm-build bash

#2.编译debug.c为debug.wasm 文件

root@f4d3ee71bec8:/data# cd /data/

root@f4d3ee71bec8:/data# emcc debug.c -O1 -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o debug.wasm

说明：关于emcc 命令细节，可以参考：http://kripken.github.io/emscripten-site/docs/compiling/WebAssembly.html

编写测试页面

说下大致逻辑：页面加载时会加载debug.wasm 文件并初始化，给页面上的按钮绑定click事件，点击时调用上面debug.c中的 sumOfSquare 函数。

debug.html

<html>

<head>

  <script>

    // 下面这些配置是作为wasm初始化用的，去掉某一个会报错。

    const importObj = {

        env: {

            memory: new WebAssembly.Memory({initial: 256, maximum: 256}),

            memoryBase: 0,

            tableBase: 0,

            table: new WebAssembly.Table({initial: 10, element: 'anyfunc'}),

            abort:function(){}

        }

    };

  // 直接使用  WebAssembly.instantiateStream的方式会报错，说是 debug.wasm 资源不是 application/wasm 格式s.

  fetch('./debug.wasm').then(response =>

    response.arrayBuffer()

  ).then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes,importObj)).then(results => {

    instance = results.instance;

    var sumOfSquare= instance.exports._sumOfSquare;  //注意这里导出的方法名前有下划线!!

     var button = document.getElementById('run');

     button.addEventListener('click', function() {

          var input1 = 3;

          var input2 = 4;

          alert('sumOfSquare('+input1+','+input2+')='+sumOfSquare(input1,input2));

     }, false);

  });

  </script>

</head>

<body>

  <input type="button" id="run" value="click"/>

</body>

</html>

运行查看效果

为了简单起见，直接用python在当前目录临时启动一个http服务：

➜ wasm-debug-test git:(master) ✗ python -m SimpleHTTPServer 8081

Serving HTTP on 0.0.0.0 port 8081 ...

打开Firefox开发者版浏览器访问：http://localhost:8081/debug.html

点击click按钮：

走近 WebAssembly 之调试大法

很好，一切运行正常。接下来，尝试使用断点调试，并查看局部变量等。

基本调试

进入debugger面板，找到如下文件(wasm的可视化文本格式，是不是跟汇编指令很像？！所以名字带有assembly，哈哈)

并在对应代码行处打个断点：

走近 WebAssembly 之调试大法

好的，我们继续，再次点一下“click” 按钮，断点会进来：

走近 WebAssembly 之调试大法

注意上图红框中的局部变量var0,var1 就是我们的input1和input2，

可以接着用单步执行(注意不是旁边的step over 按钮，是箭头所示的step in !! 可能是bug)：

走近 WebAssembly 之调试大法

对函数栈稍有了解的应该知道：上述指令如 get_local , i32.mul 等等会进行系列入栈、出栈操作，所以你看不到我们当时定义的临时变量 t1,t2, 它操作的直接是栈顶的元素.

firefox看不到stack栈中的元素，下文进阶调试中会用chrome浏览器演示下，感兴趣的客官请继续往下看！！

进阶调试

尼玛，说好的调试c/c++源代码呢！！！！

走近 WebAssembly 之调试大法

需要调试c源码，前面的emcc编译命令需要加点参数，关联一下 source map：

root@f4d3ee71bec8:/data# emcc debug.c -O1 -s WASM=1 -s SIDE_MODULE=1 -o debug.wasm -g4 --source-map-base http://localhost:8081/

root@f4d3ee71bec8:/data# ls

README.md debug.c debug.html debug.wasm debug.wasm.map debug.wast

如你看到的，上面一共三成了三个文件：debug.wasm , debug.wasm.map , debug.wast

处理debug.wasm (二进制) 无法查看，其他的都可以看下：

root@f4d3ee71bec8:/data# cat debug.wast

(module

(type $FUNCSIG$vi (func (param i32)))

(import "env" "table" (table 2 anyfunc))

(import "env" "memoryBase" (global $memoryBase i32))

(import "env" "tableBase" (global $tableBase i32))

(import "env" "abort" (func $abort (param i32)))

(global $STACKTOP (mut i32) (i32.const 0))

(global $STACK_MAX (mut i32) (i32.const 0))

(global $fp$_sumOfSquare i32 (i32.const 1))

(elem (get_global $tableBase) $b0 $_sumOfSquare)

(export "__post_instantiate" (func $__post_instantiate))

(export "_sumOfSquare" (func $_sumOfSquare))

(export "runPostSets" (func $runPostSets))

(export "fp$_sumOfSquare" (global $fp$_sumOfSquare))

(func $_sumOfSquare (; 1 ;) (param $0 i32) (param $1 i32) (result i32)

  ;;@ debug.c:2:0

  (set_local $0

   (i32.mul

    (get_local $0)

    (get_local $0)

   )

  )

....  后面内容省略