सिम्युलेटेड समय बदल रहा है

मुझे यकीन है कि हम में से कई, जब अनुप्रयोगों को डीबग करते हैं, तो समय-समय पर इसमें होने वाले गलत व्यवहार के कारणों को देखने के लिए वर्तमान लाइन से एक कदम (या दो, दस ...) वापस करने की इच्छा होती है। सबसे अधिक बार, आपको शुरुआत से डिबगिंग को पुनरारंभ करना होगा और पिछले प्रयास की तुलना में प्रोग्राम निष्पादन को थोड़ा पहले रोकने की कोशिश करनी चाहिए। फिर आपको एक समस्या के साथ प्रस्तावित स्थान पर कदम से कदम रखने की जरूरत है ... उफ़, हम फिर से आगे बढ़ गए! हम फिर से शुरू करते हैं, क्योंकि डिबगर में आप अब एक कदम भी पीछे नहीं हट सकते। या यह संभव है?

मेरी पिछली पोस्ट में, मैंने यह वर्णन करने की योजना बनाई कि कैसे डिजिटल सिस्टम का सॉफ्टवेयर सिमुलेशन आपको वास्तविकता में असंभव है, अर्थात् डिबगिंग की जरूरतों के लिए समय के प्रवाह को उलटने की अनुमति देता है। इस लेख में इस पर चर्चा की जाएगी।


^{फ़ोटो द्वारा: इवान एंड्रीव}


सबसे पहले, कुछ सामान्य विचार। आपको प्रत्यक्ष की आवश्यकता क्यों है, अर्थात् "सामान्य" कार्यक्रम निष्पादन? कुछ गणना का परिणाम प्राप्त करने के लिए, जो मैन्युअल रूप से प्रदर्शन करने के लिए अवांछनीय / कठिन / असंभव है। रॉकेट की उड़ान की गणना एक गणना है। किसी साइट पर सील देखना एक गणना है। गणना प्रक्रिया को एक एल्गोरिथ्म के रूप में प्रस्तुत करके औपचारिक रूप दिया जा सकता है।

रिवर्स प्रदर्शन क्यों?

रिवर्स निष्पादन की आवश्यकता क्यों हो सकती है? कार्यक्रम के अंदर गणना किसी विशेष परिणाम, सही या गलत के लिए कैसे हुई, इसकी समझ को सुविधाजनक बनाने के लिए।

प्रोग्रामर द्वारा उपयोग किए जाने वाले विभिन्न उपकरणों में प्रोग्राम के प्रवाह को उलटने के कार्य के लिए समर्थन शामिल करना संभव है। इसके अलावा, हम मुख्य रूप से सिमुलेटर पर ध्यान केंद्रित करेंगे। इस संदर्भ में, यह विचार दो विकास विकल्प प्राप्त करता है। पहला सिम्युलेटेड BIOS / फर्मवेयर, ओएस, एप्लिकेशन, मॉडल के अंदर चल रहे कोड को डीबग कर रहा है ... जो कि सिम्युलेटर के अंतिम उपयोगकर्ता के लिए दिलचस्प है - सॉफ्टवेयर डेवलपर। दूसरा एप्लिकेशन सिम्युलेटर को स्वयं डिबग कर रहा है (यह भी एक कार्यक्रम है)। डिवाइस मॉडल डेवलपर के लिए यह महत्वपूर्ण है।

डिबगिंग

किसी भी एल्गोरिथम का निष्पादन (शब्द के पारंपरिक अर्थ में), एक रूप या किसी अन्य में लिखा गया, इसे अलग-अलग चरणों में विभाजित किया जा सकता है, यह उच्च स्तरीय भाषा ऑपरेटर, मशीन निर्देश, एक ट्यूरिंग मशीन के कैरिज मूवमेंट, आदि हो सकते हैं। एल्गोरिथ्म के कार्यान्वयन में एक कदम खोजने के साथ डिबगिंग प्रक्रिया शुरू होती है, जिस पर प्रोग्रामर द्वारा अपेक्षित रूप से कुछ गलत हुआ। एक नियम के रूप में, निष्पादन में दो बिंदु हैं जो ज्ञात हैं: पहले पर, राज्य अभी भी "अच्छा" है, अपेक्षित है, और दूसरे में, गलत व्यवहार या स्थिति पहले से ही देखी गई है।


एक ज्ञात "अच्छा" और "खराब" स्थिति वाले बिंदुओं के बीच की दूरी को एक कदम तक कम करना आवश्यक है। इस प्रक्रिया को विभिन्न तरीकों से किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, रेखीय तरीके से रेखीय फैशन में सभी चरणों पर पुनरावृति, हर बार एल्गोरिथम की शुरुआत से शुरू होता है। यह तभी उचित है जब खंड स्वयं बहुत छोटा हो।


आप प्रत्येक दृष्टिकोण पर आधे से खंड की लंबाई को कम करते हुए, एक डाइकोटॉमी का सहारा ले सकते हैं।

इस मामले में पुनरावृत्तियों की संख्या रैखिक गणना के मुकाबले काफी कम होगी। हालांकि, प्रत्येक बार फिर से कार्यक्रम को फिर से शुरू करने की आवश्यकता बनी हुई है। ठीक है, अगर यह बग शुरू होने के तुरंत बाद ही प्रकट होता है। लेकिन क्या होगा अगर कई घंटे होने से पहले गुजर जाते हैं? डिबगिंग उत्पादकता अभी भी वांछित होने के लिए बहुत कुछ छोड़ देती है।

एक सिमुलेशन के अंदर डिबगिंग

डिबगिंग के साथ डिजिटल सिस्टम कैसे मदद कर सकते हैं? मैं दो तरीकों को एकल करूँगा, जो कि नीचे दिखाया जाएगा, एक दूसरे से निकटता से संबंधित हैं।

सेव पॉइंट बनाएं। सिम्युलेटर आपको सभी डिवाइस मॉडल की स्थिति को बचाने की अनुमति देता है: मेमोरी की सामग्री, सीपीयू रजिस्टर और डिवाइस, एक फाइल के रूप में डिस्क के लिए। फिर, ऐसे सेवपॉइंट (अंग्रेजी चेकपॉइंट या सेव पॉइंट) से, आप बार-बार निष्पादन स्क्रिप्ट को पुनर्स्थापित कर सकते हैं, कार्यक्रम की शुरुआत से "रुचि" के क्षेत्र में रुचि के समय तक बचत कर सकते हैं। मुझे यकीन है कि इसे पढ़ने वाले कंप्यूटर गेम खिलाड़ियों ने बार-बार कठिन स्तर को फिर से शुरू नहीं करने के लिए बार-बार बचाने के तंत्र का उपयोग किया है।


समय उलटा। सहेजने वाले बिंदु से सिमुलेशन को फिर से शुरू करना आवश्यक है यदि यह पाया जाता है कि खोज के दौरान हमने उस बिंदु को पार किया जहां समस्या उत्पन्न हुई और यह पहले से ही दिखाई दिया। यदि आप कुछ कदम पीछे हट सकते हैं तो यह बहुत अच्छा होगा! इससे प्रक्रिया में और तेजी आएगी। इस मामले में, एक त्रुटिपूर्ण कदम की खोज कुछ इस प्रकार है:

सिमुलेशन आवश्यकताएँ

वास्तविक दुनिया में सभी प्रक्रियाओं को उलटा नहीं किया जा सकता है। हर कोई जिसने ट्यूब में टूथपेस्ट को वापस धकेलने की कोशिश की, वह इसकी पुष्टि करेगा। इसलिए, प्रत्येक सिमुलेशन में यह संभव नहीं है: प्रतिभागी सॉफ़्टवेयर मॉडल और उनके लेखकों के प्रयासों से कुछ गुण आवश्यक हैं, जिसका उद्देश्य कई गारंटी प्रदान करना है।

1. मॉडल की स्थिति का निरीक्षण करने की क्षमता

बाद की वसूली के लिए उपयुक्त बचाने के बिंदु बनाने के लिए, सिमुलेशन में शामिल प्रत्येक डिवाइस मॉडल को किसी न किसी प्रारूप में अपनी आंतरिक स्थिति को पर्याप्त रूप से प्रस्तुत करने में सक्षम होना चाहिए। बहाली के दौरान वास्तुशिल्प राज्य (रजिस्टरों, मेमोरी) के अलावा, आपको यह जानने की आवश्यकता है कि व्यक्तिगत डिवाइस एक दूसरे से कैसे जुड़े हैं।

मॉडल की स्थिति के कुछ तत्वों को बचाया नहीं जा सकता है यदि वे उस उपकरण की वास्तुकला को प्रतिबिंबित नहीं करते हैं जो इसे दर्शाता है और भविष्य में स्पष्ट रूप से बहाल किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सिम्युलेटर कैश की सामग्री (लेकिन सिम्युलेटेड डिवाइस के कैश नहीं!) का उपयोग केवल मॉडल के काम को गति देने के लिए किया जाता है और इसलिए सहेजे जाने पर अक्सर इसे खारिज किया जा सकता है। इसके अलावा, सिमुलेशन को पुनर्स्थापित करते समय, आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि इस तरह के कैश में बहाली के साथ मॉडल की वास्तु स्थिति से संबंधित पुरानी जानकारी शामिल नहीं है।

2. नियतात्मक

इस अजीब शब्द का अर्थ है, एक ही प्रारंभिक अवस्था के साथ इसके दो रनों के लिए एक निश्चित प्रक्रिया की पुनरावृत्ति। एकल-थ्रेडेड प्रोग्राम के लिए, पुनरावृत्ति को एक अपेक्षित संपत्ति माना जाता है यदि इसे बाहरी यादृच्छिक अनुक्रम जनरेटर का उपयोग किए बिना लिखा जाता है और इसमें "अनइंस्टॉल किए गए डेटा तक पहुंच" जैसी त्रुटियां नहीं होती हैं। समवर्ती अनुप्रयोगों के लिए, पुनरावृत्ति भी संभव है, लेकिन विशेष रूप से सावधानीपूर्वक प्रोग्रामिंग की आवश्यकता होती है। सॉफ्टवेयर समानांतर सिमुलेटर के लिए, मैंने यहां और अधिक विस्तार से स्थितियों का वर्णन किया।

सेवप्वाइंट के साथ संयुक्त नियतत्व रिवर्स निष्पादन के लिए अनुमति देता है।

यह कैसे काम करता है

विचार बहुत सरल है। प्रत्यक्ष निष्पादन की प्रक्रिया में, सिम्युलेटर समय-समय पर बचत अंक बनाता है (जरूरी नहीं कि डिस्क पर, उन्हें मेमोरी में भी संग्रहीत किया जा सकता है, अर्थात स्नैपशॉट, अंग्रेजी स्नैपशॉट)। यदि कुछ चरणों को वापस करना आवश्यक है, तो पहले वांछित स्थिति में बाईं ओर निकटतम बिंदु को बहाल किया जाता है, और आवश्यक स्थान पर प्रत्यक्ष निष्पादन इससे होता है। उसके बाद, मॉडल के निर्धारणवाद के कारण, इसकी स्थिति ऐसी दिखती है जैसे कि नकली समय वास्तव में वापस आ गया है।

मान लीजिए कि सिमुलेशन राज्य Tsim = 100 के साथ एक बिंदु पर है (समय एल्गोरिथ्म के चरणों में मापा जाता है; यह उपाय, निर्देश या अन्य असतत इकाइयां हो सकती हैं)। इस बिंदु से, समय 20 कदम पीछे अनुकरण करना आवश्यक है। उसी समय, निकटतम संरक्षण क्ष = 50 पर किया गया था।

1. सहेजें बिंदु को पुनर्स्थापित किया जाता है। उसके बाद Tsim = Ts = 50।
2. 30 चरणों में एक सीधा अनुकरण है। उसके बाद त्सिम = 80।

सुविधाएँ और व्यापार-नापसंद

सिमुलेशन के दौरान डिबगिंग को गति देने के लिए एक उपकरण के रूप में रिवर्स निष्पादन का व्यावहारिक मूल्य स्नैपशॉट की आवृत्ति पर निर्भर करता है। जितनी बार वे किए जाते हैं, रिवर्स निष्पादन वहां तेजी से काम करेगा। इस स्थिति में, प्रत्यक्ष अनुकरण को अपनी स्थिति बनाए रखने के लिए अक्सर बाधित करने की आवश्यकता होगी, जो इसकी गति को नकारात्मक रूप से प्रभावित करेगा। इसके अलावा, अंक खुद को मेमोरी या डिस्क पर कहीं संग्रहीत किए जाने चाहिए, और वे सीमित संसाधन हैं।
यहां, प्रोग्रामर जो रिवर्स एग्ज़िक्यूशन बनाते हैं, वे सभी प्रकार के हेयुरिस्टिक्स को लागू करने के लिए बहुत सारी संभावनाएँ पैदा करते हैं: वृद्धिशील बचत अंक, "पुराने" बिंदुओं को हटाने, छवियों के बीच बदलते अंतराल, अंतरिक्ष को बचाने के लिए पारदर्शी डेटा संपीड़न आदि।

पुनरावृत्ति से लड़ना

ऊपर उल्लिखित दो आवश्यकताएं पर्याप्त हैं यदि सिमुलेशन के लिए आवश्यक सभी डेटा पहले से ही इसके अंदर निहित हैं, अर्थात। वह आत्मनिर्भर है। लेकिन अक्सर यह पता चलता है कि काम की प्रक्रिया में, सिमुलेशन बाहरी दुनिया के साथ बातचीत करता है, जो दोहराव की संभावना नहीं है।
इस तरह के एक "अद्वितीय" बाहरी स्रोत का एक उदाहरण आदमी है। यही है, ऑपरेटर कंप्यूटर के साथ बातचीत कर रहा है और कीबोर्ड पर बटन दबा रहा है जब वह चाहता है। एक इनपुट डेटा के किसी भी प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता की बात नहीं कर सकता है; व्यक्तिगत क्लिक, आदि के बीच समय अंतराल की लंबाई की स्थिरता के लिए आशा करने का कोई कारण नहीं है। हालांकि, कई सिमुलेशन परिदृश्यों के लिए इनपुट की पुनरावृत्ति महत्वपूर्ण है - एक अलग क्रम में आने वाले व्यवधान ओएस कोड और उपयोगकर्ता अनुप्रयोगों के पूरी तरह से अलग निष्पादन का कारण होगा। एक अन्य स्रोत उन परिस्थितियों में नेटवर्क पैकेट है जहां वास्तविक और नकली नेटवर्क में आम जमीन है।
इसका समाधान पहले प्रत्यक्ष सिमुलेशन के दौरान सभी बाहरी स्रोतों से डेटा प्रवाह पथ रिकॉर्ड करना है। बाद के प्रतिकृतियों में, बाहरी घटनाओं को इस ट्रैक से लिया जाता है, न कि वास्तविकता से। उपयोगकर्ता / नेटवर्क को इनपुट सिस्टम से डिस्कनेक्ट किया गया है।

व्यावहारिक कार्यान्वयन

सिमुलेशन

मैं एक बार फिर जोर देता हूं: रिवर्स निष्पादन संभव है अगर सिम्युलेटर 1) बचत अंक बना सकता है और 2) नियतात्मक है। यदि मॉडल को बाहरी दुनिया के साथ बातचीत करनी चाहिए, तो इसका अंतर्निहित अनिश्चितता ट्रेस रिकॉर्ड करके "क्षतिपूर्ति" की जा सकती है।

कई प्रसिद्ध सिमुलेटर सेव पॉइंट / स्नैपशॉट बनाने में सक्षम हैं। बस कुछ उदाहरण: Oracle VirtualBox, Qemu, Boch, FCEUX (NES / Dendy emulator)। वर्चुअल मशीनों के मामले में, स्नैपशॉट का उपयोग अक्सर होस्ट सिस्टम के बीच माइग्रेशन को सुविधाजनक बनाने के लिए किया जाता है।
सिमुलेशन के नियतत्ववाद की गारंटी काफी कम संख्या में सॉफ्टवेयर सिमुलेटरों द्वारा दी जाती है। ओपन सोर्स प्रोजेक्ट्स से मेरे दिमाग में केवल FCEUX आता है। यदि वे अन्य उदाहरणों का संकेत देते हैं, तो मैं आभारी रहूंगा।

इस आलेख में वर्णित रिवर्स निष्पादन तंत्र, पूर्ण-प्लेटफ़ॉर्म फ़ंक्शनल सिम्युलेटर विंड रिवर सिमिक्स में लागू किया गया है। अगले वीडियो में, मैं सिनेमिक्स के अंदर लिनक्स कर्नेल को लोड करने का प्रदर्शन करता हूं, फिर मैं अतीत में एक बिंदु पर सिमुलेशन की स्थिति को वापस करने के लिए रिवर्स निष्पादन का उपयोग करता हूं [वीडियो पर पत्रों को पार्स करने के लिए, इसे 720p सेटिंग्स के साथ देखने की सिफारिश की गई है ]।

क्लासिक डिबगर्स

टाइम रिवर्सल डिबगिंग जरूरतों के लिए एक सामान्य सामान्य विचार है, इसलिए यह बिना किसी संदेह के क्लासिक डीबगर्स में लागू किया जा सकता है। डिबगिंग समय प्रतिवर्ती विकल्प RogueWave TotalView डीबगर ( आलेख ) में उपलब्ध हैं, हालांकि मैंने इसे व्यक्तिगत रूप से उपयोग नहीं किया है।
यदि पाठकों के पास अन्य उपकरणों के बारे में जानकारी है जो कुछ इसी तरह का समर्थन करते हैं, तो कृपया टिप्पणियों में इस बारे में लिखें।

पीएस मैं खुद जीडीबी में इस तरह की कार्यक्षमता के लिए तत्पर हूं। और ऐसा लगता है कि वहाँ भी आशा है ।