rr für C/C++ – Debugger für Aufzeichnung und Wiedergabe

• Einführung in rr

  • rr ist ein Debugging-Werkzeug für C/C++ unter Linux und soll gdb ergänzen
  • Ein Fehler kann einmal aufgezeichnet und diese Aufzeichnung anschließend wiederholt debuggt werden
  • Debugging ist möglich, indem dieselbe Ausführung jedes Mal reproduziert wird
  • Bietet effiziente Rückwärtsausführung über gdb

• Funktionen von rr

  • Geringer Overhead
  • Unterstützt Aufzeichnung und Wiedergabe verschiedener Anwendungen (Firefox, Chrome, QEMU, LibreOffice usw.)
  • Kann Multi-Prozess-Workloads aufzeichnen, wiedergeben und debuggen
  • Unterstützt gdb-Scripting und IDE-Integration
  • Robuste und komprimierte Trace-Dateien, zwischen Maschinen übertragbar
  • Bietet einen Chaos-Modus zur Reproduktion intermittierender Bugs

• Debugging-Erlebnis mit rr

  • Anwendung aufzeichnen: rr record /your/application --args...
  • Aufgezeichnete Ausführung debuggen: rr replay
  • Die aufgezeichnete Spur deterministisch debuggen
  • Übliche gdb-Befehle können verwendet werden
  • Mit Rückwärtsausführung schnell zur Problemstelle gelangen

• Videos

  • Demo-Video zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Firefox
  • Video mit ausführlicher Erklärung der Grundfunktionen von rr
  • Video eines fortgeschrittenen Technikvortrags von Robert O'Callahan

• Erste Schritte

  • Aus dem Quellcode bauen: empfohlen, falls Pakete nicht funktionieren
  • Installationsanleitungen für Fedora und Ubuntu verfügbar

• Hintergrund und Motivation

  • Entwickelt, um das Debuggen intermittierender Fehler zu erleichtern
  • Durch deterministische Wiedergabe bleiben im Debugging-Prozess gewonnene Informationen gültig
  • Rückwärtsausführung macht den Debugging-Prozess einfacher
  • rr wird regelmäßig in vielen großen und kleinen Projekten eingesetzt

• Wie rr funktioniert

  • Zeichnet Linux-User-Space-Prozesse auf und erfasst alle Eingaben vom Kernel
  • Garantiert bei der Wiedergabe Kontrollfluss auf Befehlsebene sowie Speicher- und Registerinhalte
  • Speicherlayout, Objektadressen, Registerwerte usw. bleiben identisch
  • Noch leistungsfähiger in Kombination mit Fuzzern und zufälligen Fault-Injection-Tools

• Der Kontext von rr

  • Record-and-Replay-Debugging ist eine alte Idee
  • Entwurfsziele mit Fokus auf Firefox
  • Verteilbarkeit: läuft auf gewöhnlichen Linux-Kernels, keine Änderungen an der Systemkonfiguration erforderlich
  • Geringer Laufzeit-Overhead
  • Einfaches Design: vermeidet komplexe Techniken

• Einschränkungen

  • Emuliert eine Single-Core-Maschine
  • Kann keine Prozesse aufzeichnen, die Speicher mit Bereichen außerhalb des Aufzeichnungsbaums teilen
  • Erfordert eine moderne x86-CPU oder bestimmte ARM-CPUs
  • Benötigt Kenntnis aller Systemaufrufe, die von den aufgezeichneten Prozessen ausgeführt werden
  • Erfordert Anpassungen an Kernel-Änderungen, Updates von Systembibliotheken und neue CPU-Familien

• Weiterführende Materialien

  • Erweiterter technischer Bericht
  • rr-Wiki
  • Fragen sind über die Mailingliste oder in #rr auf chat.mozilla.org möglich

Zusammenfassung von GN⁺

• rr ist ein leistungsstarkes Werkzeug für C/C++-Debugging unter Linux und verbessert durch deterministische Wiedergabe die Effizienz des Debuggings erheblich
• Es unterstützt verschiedene Anwendungen und Multi-Prozess-Workloads und ist dank des geringen Overheads praktisch einsetzbar
• Die Rückwärtsausführung erleichtert den Debugging-Prozess zusätzlich
• Es kann komplexe Anwendungen wie Firefox debuggen und ist daher allgemein nützlich
• Ähnliche Werkzeuge mit vergleichbaren Funktionen sind gdb und Valgrind

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• GDB bietet bereits Reverse-Debugging
• rr bietet mehr Funktionen und Flexibilität
• rr wurde erfolgreich verwendet, um große Codebasen rückzuentwickeln
• Ein Debugger erfordert Verständnis für Symbollisten und Systemaufrufe
• Es wird gefragt, ob rr auch mit Sprachen wie Rust, Zig, Odin und Nim funktioniert
• Bei speicherverwalteten Sprachen wie Python, JS und C# wird es vermutlich nicht funktionieren
• Es gab ein Projekt, das einen Port nach Rust versuchte, wurde aber eingestellt
• Eine Vergleichsstudie zu den Auswirkungen und Vorteilen einer Umschreibung von C++ nach Rust wäre interessant
• rr ist sehr nützlich, kann aber häufig nebenläufige Bugs nicht reproduzieren
• Es wäre sehr nützlich, wenn einige Sprachen rr direkt in ihre Toolchain integrieren würden
• Debugging von C/C++ mit rr ist sehr leistungsfähig und verbessert den Debugging-Prozess erheblich
• Pernosco basiert auf rr und ergänzt eine abfragbare Datenbank der gesamten Programmausführung
  • Wenn man auf einen falschen Wert klickt, erklärt es sofort, woher dieser Wert kam
  • Man kann den Debugger fragen, was tatsächlich passiert ist, ohne den Code verstehen zu müssen
• Es wird gefragt, ob es auch nutzbar ist, wenn C/C++-Code als von Python aufgerufene dll/so kompiliert wurde
• Es wird gefragt, ob die Probleme von rr mit Ryzen-CPUs behoben wurden