使用模拟器进行Arm调试
模拟器和调试器在处理V8代码生成时非常有帮助。
- 它很方便，因为无需接触真实硬件即可测试代码生成。
- 不需要交叉编译或本机编译。
- 模拟器完全支持生成代码的调试。
请注意，此模拟器专为V8设计。仅实现了V8使用的功能，您可能会遇到未实现的功能或指令。在这种情况下，请随意实现它们并提交代码！
使用模拟器进行Arm编译
默认情况下，在x86主机上使用gm进行Arm编译将生成模拟器构建：
gm arm64.debug # 对于64位构建或...
gm arm.debug # ...对于32位构建。
您也可以选择构建optdebug配置，因为debug可能稍微慢一些，特别是在运行V8测试套件时。
启动调试器
您可以在执行n指令后立即从命令行启动调试器：
out/arm64.debug/d8 --stop_sim_at <n> # 或者使用out/arm.debug/d8进行32位构建。
或者，您可以在生成的代码中生成一个断点指令：
本地运行时，断点指令会导致程序以SIGTRAP信号暂停，从而可以使用gdb调试问题。然而，如果使用模拟器运行，生成代码中的断点指令会将您带入模拟器调试器。
您可以通过多种方式使用DebugBreak()生成断点，包括从Torque、CodeStubAssembler、作为TurboFan进程中的节点，或直接使用汇编器。
这里我们重点介绍低级本地代码的调试，让我们来看看使用汇编器的方法：
TurboAssembler::DebugBreak();
假设我们有一个通过TurboFan编译的名为add的即时编译函数，并且我们想要在开始时中断。给定一个test.js示例：
// 我们的优化函数。
function add(a, b) {
return a + b;
}
// 使用--allow-natives-syntax启用典型作弊代码。
%PrepareFunctionForOptimization(add);
// 给优化编译器类型反馈，以便它会推测`a`和`b`是数字。
add(1, 3);
// 强制优化。
%OptimizeFunctionOnNextCall(add);
add(5, 7);
为了实现这一点，我们可以钩入TurboFan的代码生成器并访问汇编器插入断点：
void CodeGenerator::AssembleCode() {
// ...
// 检查是否正在优化，然后查找当前函数的名称并插入一个断点。
if (info->IsOptimizing()) {
AllowHandleDereference allow_handle_dereference;
if (info->shared_info()->PassesFilter("add")) {
tasm()->DebugBreak();
}
}
// ...
}
让我们运行它：
$ d8 \
# 启用'%'作弊代码JavaScript函数。
--allow-natives-syntax \
# 反汇编我们的函数。
--print-opt-code --print-opt-code-filter="add" --code-comments \
# 禁用Spectre缓解措施以提高可读性。
--no-untrusted-code-mitigations \
test.js
--- 原始源码 ---
(a, b) {
return a + b;
}
--- 优化代码 ---
optimization_id = 0
source_position = 12
kind = OPTIMIZED_FUNCTION
name = add
stack_slots = 6
compiler = turbofan
address = 0x7f0900082ba1
指令 (size = 504)
0x7f0900082be0 0 d45bd600 常量池开始 (num_const = 6)
0x7f0900082be4 4 00000000 常量
0x7f0900082be8 8 00000001 常量
0x7f0900082bec c 75626544 常量
0x7f0900082bf0 10 65724267 常量
0x7f0900082bf4 14 00006b61 常量
0x7f0900082bf8 18 d45bd7e0 常量
-- 序言: 检查代码起始寄存器 --
0x7f0900082bfc 1c 10ffff30 adr x16, #-0x1c (地址 0x7f0900082be0)
0x7f0900082c00 20 eb02021f cmp x16, x2
0x7f0900082c04 24 54000080 b.eq #+0x10 (地址 0x7f0900082c14)
中止消息:
代码起始寄存器传递的值错误
0x7f0900082c08 28 d2800d01 movz x1, #0x68
-- 内联跳板到中止 --
0x7f0900082c0c 2c 58000d70 ldr x16, pc+428 (地址 0x00007f0900082db8) ;; 离堆目标
0x7f0900082c10 30 d63f0200 blr x16
-- 序幕：检查反优化 --
[ 解压标签指针
0x7f0900082c14 34 b85d0050 ldur w16, [x2, #-48]
0x7f0900082c18 38 8b100350 add x16, x26, x16
]
0x7f0900082c1c 3c b8407210 ldur w16, [x16, #7]
0x7f0900082c20 40 36000070 tbz w16, #0, #+0xc (地址 0x7f0900082c2c)
-- 内嵌跳板到 CompileLazyDeoptimizedCode --
0x7f0900082c24 44 58000c31 ldr x17, pc+388 (地址 0x00007f0900082da8) ;; 堆外目标
0x7f0900082c28 48 d61f0220 br x17
-- B0 开始 (构建栈帧) --
(...)
--- 代码结束 ---
# 调试器命中 0: DebugBreak
0x00007f0900082bfc 10ffff30 adr x16, #-0x1c (地址 0x7f0900082be0)
sim>
我们可以看到，我们在优化函数开始处停止，并且模拟器给了我们一个提示！
注意，这只是一个示例，V8变化很快，因此细节可能会有所不同。但只要能访问汇编器，您应该能够做到这些。
调试命令
常用命令
在调试器提示符中输入 help 可查看可用命令的详细信息。这些包括通常的类似 gdb 的命令，例如 stepi、cont、disasm 等。如果模拟器在 gdb 下运行，则 gdb 调试器命令将交给 gdb 控制。然后可以使用 gdb 的 cont 返回调试器。
特定架构命令
每个目标架构实现其自己的模拟器和调试器，因此体验和细节会有所不同。
printobject $register (别名 po)
描述寄存器中的 JS 对象。
例如，假设这次我们在 32 位 Arm 模拟器构建上运行 我们的示例。我们可以检查寄存器中传递的入参：
$ ./out/arm.debug/d8 --allow-natives-syntax test.js
模拟器命中停止，即将在下一条指令处中断：
0x26842e24 e24fc00c sub ip, pc, #12
sim> 打印 r1
r1: 0x4b60ffb1 1264648113
# 当前函数对象通过 r1 传递。
sim> 打印对象 r1
r1:
0x4b60ffb1: [Function] 在 OldSpace
- 映射: 0x485801f9 <Map(HOLEY_ELEMENTS)> [FastProperties]
- 原型: 0x4b6010f1 <JSFunction (sfi = 0x42404e99)>
- 元素: 0x5b700661 <FixedArray[0]> [HOLEY_ELEMENTS]
- 函数原型:
- 初始映射:
- 共享信息: 0x4b60fe9d <SharedFunctionInfo add>
- 名称: 0x5b701c5d <String[#3]: add>
- 形式参数数量: 2
- 类型: NormalFunction
- 上下文: 0x4b600c65 <NativeContext[261]>
- 代码: 0x26842de1 <Code OPTIMIZED_FUNCTION>
- 源代码: (a, b) {
返回 a + b;
}
(...)
# 现在打印通过 r7 传递的当前 JS 上下文。
sim> 打印对象 r7
r7:
0x449c0c65: [NativeContext] 在 OldSpace
- 映射: 0x561000b9 <Map>
- 长度: 261
- 范围信息: 0x34081341 <ScopeInfo SCRIPT_SCOPE [5]>
- 前一个: 0
- 本地上下文: 0x449c0c65 <NativeContext[261]>
0: 0x34081341 <ScopeInfo SCRIPT_SCOPE [5]>
1: 0
2: 0x449cdaf5 <JSObject>
3: 0x58480c25 <JSGlobal Object>
4: 0x58485499 <其他堆对象 (EMBEDDER_DATA_ARRAY_TYPE)>
5: 0x561018a1 <Map(HOLEY_ELEMENTS)>
6: 0x3408027d <undefined>
7: 0x449c75c1 <JSFunction ArrayBuffer (sfi = 0x4be8ade1)>
8: 0x561010f9 <Map(HOLEY_ELEMENTS)>
9: 0x449c967d <JSFunction arrayBufferConstructor_DoNotInitialize (sfi = 0x4be8c3ed)>
10: 0x449c8dbd <JSFunction Array (sfi = 0x4be8be59)>
(...)
trace (别名 t)
启用或禁用跟踪执行的指令。
启用后，模拟器将在执行指令时打印反汇编指令。如果您运行的是 64 位 Arm 构建，模拟器还能够跟踪寄存器值的变化。
您也可以使用命令行标志 --trace-sim 在启动时启用跟踪。
使用相同的 示例：
$ out/arm64.debug/d8 --allow-natives-syntax \
# 在 64 位 Arm 上需要 --debug-sim 以启用反汇编
# 当跟踪时。
--debug-sim test.js
# 调试器命中 0: DebugBreak
0x00007f1e00082bfc 10ffff30 adr x16, #-0x1c (地址 0x7f1e00082be0)
sim> 跟踪
0x00007f1e00082bfc 10ffff30 adr x16, #-0x1c (地址 0x7f1e00082be0)
启用反汇编、寄存器和内存写入跟踪
# 在 lr 寄存器中存储的返回地址上设置断点。
sim> break lr
在 0x7f1f880abd28 设置断点
0x00007f1e00082bfc 10ffff30 adr x16, #-0x1c (地址 0x7f1e00082be0)
# 继续操作将跟踪函数的执行，直到返回，从而使我们弄明白发生了什么。
sim> 继续
# x0: 0x00007f1e00082ba1
# x1: 0x00007f1e08250125
# x2: 0x00007f1e00082be0
(...)
# 我们首先从堆栈加载 'a' 和 'b' 参数并检查它们是否
# 是标签数字。这可以通过最低有效位为 0 来标识。
0x00007f1e00082c90 f9401fe2 ldr x2, [sp, #56]
# x2: 0x000000000000000a <- 0x00007f1f821f0278
0x00007f1e00082c94 7200005f 测试 w2, #0x1
# NZCV: N:0 Z:1 C:0 V:0
0x00007f1e00082c98 54000ac1 不等于跳转 #+0x158 (地址 0x7f1e00082df0)
0x00007f1e00082c9c f9401be3 加载 x3, [sp, #48]
# x3: 0x000000000000000e <- 0x00007f1f821f0270
0x00007f1e00082ca0 7200007f 测试 w3, #0x1
# NZCV: N:0 Z:1 C:0 V:0
0x00007f1e00082ca4 54000a81 不等于跳转 #+0x150 (地址 0x7f1e00082df4)
# 然后我们解除标记并将 'a' 和 'b' 相加。
0x00007f1e00082ca8 13017c44 算术右移 w4, w2, #1
# x4: 0x0000000000000005
0x00007f1e00082cac 2b830484 相加 w4, w4, w3, 算术右移 #1
# NZCV: N:0 Z:0 C:0 V:0
# x4: 0x000000000000000c
# 那是 5 + 7 == 12，一切正常！
# 然后我们检查溢出并重新标记结果。
0x00007f1e00082cb0 54000a46 溢出跳转 #+0x148 (地址 0x7f1e00082df8)
0x00007f1e00082cb4 2b040082 相加 w2, w4, w4
# NZCV: N:0 Z:0 C:0 V:0
# x2: 0x0000000000000018
0x00007f1e00082cb8 54000466 溢出跳转 #+0x8c (地址 0x7f1e00082d44)
# 最后我们将结果放置到 x0 中。
0x00007f1e00082cbc aa0203e0 移动 x0, x2
# x0: 0x0000000000000018
(...)
0x00007f1e00082cec d65f03c0 返回
触发并禁用了一个断点于地址 0x7f1f880abd28。
0x00007f1f880abd28 f85e83b4 加载 x20, [fp, #-24]
sim>
break $address
在指定地址插入断点。
请注意在 32 位 Arm 上，你只能有一个断点并且需要禁用代码页的写保护以插入它。64 位 Arm 模拟器没有这些限制。
再次使用我们的 示例：
$ out/arm.debug/d8 --allow-natives-syntax \
# 这有助于了解需要断点的地址。
--print-opt-code --print-opt-code-filter="add" \
test.js
(...)
模拟器触发停止，并在下一个指令处断点：
0x488c2e20 e24fc00c 减法 ip, pc, #12
# 在一个已知的有趣地址上断点，开始加载 'a' 和 'b'。
#
sim> break 0x488c2e9c
sim> continue
0x488c2e9c e59b200c 加载 r2, [fp, #+12]
# 我们可以通过 'disasm' 预览一下。
sim> disasm 10
0x488c2e9c e59b200c 加载 r2, [fp, #+12]
0x488c2ea0 e3120001 测试 r2, #1
0x488c2ea4 1a000037 不等于跳转 +228 -> 0x488c2f88
0x488c2ea8 e59b3008 加载 r3, [fp, #+8]
0x488c2eac e3130001 测试 r3, #1
0x488c2eb0 1a000037 不等于跳转 +228 -> 0x488c2f94
0x488c2eb4 e1a040c2 移动 r4, r2, 算术右移 #1
0x488c2eb8 e09440c3 相加 r4, r4, r3, 算术右移 #1
0x488c2ebc 6a000037 溢出跳转 +228 -> 0x488c2fa0
0x488c2ec0 e0942004 相加 r2, r4, r4
# 然后尝试断点在第一次 `adds` 指令的结果处。
sim> break 0x488c2ebc
设置断点失败
# 哦，我们需要先删除断点。
sim> del
sim> break 0x488c2ebc
sim> cont
0x488c2ebc 6a000037 溢出跳转 +228 -> 0x488c2fa0
sim> 打印 r4
r4: 0x0000000c 12
# 那是 5 + 7 == 12，一切正常！
生成的断点指令以及一些附加功能
对比 TurboAssembler::DebugBreak()，你可以使用一个更底层的指令，具有相同效果并附加功能。
stop() (32 位 Arm)
Assembler::stop(Condition cond = al, int32_t code = kDefaultStopCode);
第一个参数是条件，第二个是停止代码。如果指定代码且小于 256，该停止被称为“受监视”，可以被禁用/启用；计数器也会记录模拟器命中此代码的次数。
假设我们正在处理以下 V8 C++ 代码：
__ stop(al, 123);
__ mov(r0, r0);
__ mov(r0, r0);
__ mov(r0, r0);
__ mov(r0, r0);
__ mov(r0, r0);
__ stop(al, 0x1);
__ mov(r1, r1);
__ mov(r1, r1);
__ mov(r1, r1);
__ mov(r1, r1);
__ mov(r1, r1);
以下是一个调试会话示例：
我们命中了第一个停止。
模拟器命中停止 123，并在下一个指令处中断：
0xb53559e8 e1a00000 移动 r0, r0
我们可以通过 disasm 看到后续停止。
sim> disasm
0xb53559e8 e1a00000 移动 r0, r0
0xb53559ec e1a00000 移动 r0, r0
0xb53559f0 e1a00000 移动 r0, r0
0xb53559f4 e1a00000 移动 r0, r0
0xb53559f8 e1a00000 移动 r0, r0
0xb53559fc ef800001 停止 1 - 0x1
0xb5355a00 e1a00000 移动 r1, r1
0xb5355a04 e1a00000 移动 r1, r1
0xb5355a08 e1a00000 移动 r1, r1
可以打印所有至少被命中一次的（受监视的）停止的信息。
sim> stop info all
停止信息：
停止 123 - 0x7b: 已启用, 计数器 = 1
sim> cont
模拟器命中停止 1，并在下一个指令处中断：
0xb5355a04 e1a00000 移动 r1, r1
sim> stop info all
停止信息：
停止 1 - 0x1: 已启用, 计数器 = 1
停止 123 - 0x7b: 已启用, 计数器 = 1
停止可以被禁用或启用。（仅限受监视的停止）
sim> stop disable 1
sim> cont
模拟器触发停止123，在下一条指令处中断：
0xb5356808 e1a00000 mov r0, r0
sim> 继续
模拟器触发停止123，在下一条指令处中断：
0xb5356c28 e1a00000 mov r0, r0
sim> 停止信息 全部
停止信息：
停止1 - 0x1: 已禁用， 计数器 = 2
停止123 - 0x7b: 已启用， 计数器 = 3
sim> 启用停止 1
sim> 继续
模拟器触发停止1，在下一条指令处中断：
0xb5356c44 e1a00000 mov r1, r1
sim> 禁用停止 全部
sim> 继续
Debug() (64位 Arm)
宏汇编器::Debug(const char* message, uint32_t code, Instr params = BREAK);
该指令默认是一个断点，但也可以启用和禁用跟踪，就像在调试器中使用 trace 命令一样。您还可以为其指定一个消息和一个代码作为标识符。
假设我们正在处理这段V8 C++代码，该代码取自用于准备调用JS函数帧的原生内置功能。
int64_t bad_frame_pointer = -1L; // 错误的帧指针，如果使用它应该失败。
__ Mov(x13, bad_frame_pointer);
__ Mov(x12, StackFrame::TypeToMarker(type));
__ Mov(x11, ExternalReference::Create(IsolateAddressId::kCEntryFPAddress,
masm->isolate()));
__ Ldr(x10, MemOperand(x11));
__ Push(x13, x12, xzr, x10);
可以使用 DebugBreak() 插入断点，这样我们可以在运行时检查当前状态。如果使用 Debug() ，我们还可以进一步跟踪这段代码：
// 开始跟踪并记录反汇编和寄存器值。
__ Debug("开始跟踪", 42, TRACE_ENABLE | LOG_ALL);
int64_t bad_frame_pointer = -1L; // 错误的帧指针，如果使用它应该失败。
__ Mov(x13, bad_frame_pointer);
__ Mov(x12, StackFrame::TypeToMarker(type));
__ Mov(x11, ExternalReference::Create(IsolateAddressId::kCEntryFPAddress,
masm->isolate()));
__ Ldr(x10, MemOperand(x11));
__ Push(x13, x12, xzr, x10);
// 停止跟踪。
__ Debug("停止跟踪", 42, TRACE_DISABLE);
这使我们可以仅仅跟踪我们正在处理的代码片段的寄存器值：
$ d8 --allow-natives-syntax --debug-sim test.js
# NZCV: N:0 Z:0 C:0 V:0
# FPCR: AHP:0 DN:0 FZ:0 RMode:0b00 (向最接近值舍入)
# x0: 0x00007fbf00000000
# x1: 0x00007fbf0804030d
# x2: 0x00007fbf082500e1
(...)
0x00007fc039d31cb0 9280000d movn x13, #0x0
# x13: 0xffffffffffffffff
0x00007fc039d31cb4 d280004c movz x12, #0x2
# x12: 0x0000000000000002
0x00007fc039d31cb8 d2864110 movz x16, #0x3208
# ip0: 0x0000000000003208
0x00007fc039d31cbc 8b10034b add x11, x26, x16
# x11: 0x00007fbf00003208
0x00007fc039d31cc0 f940016a ldr x10, [x11]
# x10: 0x0000000000000000 <- 0x00007fbf00003208
0x00007fc039d31cc4 a9be7fea stp x10, xzr, [sp, #-32]!
# sp: 0x00007fc033e81340
# x10: 0x0000000000000000 -> 0x00007fc033e81340
# xzr: 0x0000000000000000 -> 0x00007fc033e81348
0x00007fc039d31cc8 a90137ec stp x12, x13, [sp, #16]
# x12: 0x0000000000000002 -> 0x00007fc033e81350
# x13: 0xffffffffffffffff -> 0x00007fc033e81358
0x00007fc039d31ccc 910063fd add fp, sp, #0x18 (24)
# fp: 0x00007fc033e81358
0x00007fc039d31cd0 d45bd600 hlt #0xdeb0