مصحح الأخطاء

المصحح هو برنامج يُستخدم لتنفيذ برنامج حاسوبي في بيئة تسمح بفحص البرنامج والتحكم فيه على مستوى البرمجة . يُستخدم المصحح غالبًا لتصحيح الأخطاء ، ولكن يمكن استخدامه لأغراض أخرى، بما في ذلك الاختبار . تشمل الميزات الشائعة للمصحح تتبع تنفيذ التعليمات البرمجية سطرًا بسطر، والتدخل في مسار تنفيذ البرنامج، وإدارة نقاط التوقف ، والإبلاغ عن استخدام الذاكرة وتعديلها.

يُوفّر مُصحِّح الأخطاء على مستوى المصدر (المعروف أيضًا باسم مُصحِّح الأخطاء الرمزي ) تجربة مستخدم تُدمج شفرة المصدر للبرنامج . عادةً، يُمكن لهذا النوع من المُصحِّحات تحديد سطر شفرة المصدر الذي يُطابق نقطة تنفيذ البرنامج، كما يُتيح قراءة وكتابة الذاكرة باستخدام رموز شفرة المصدر. في المقابل، يُظهر مُصحِّح الأخطاء منخفض المستوى (المعروف أيضًا باسم مُصحِّح أخطاء لغة الآلة ) نقطة التنفيذ كشفرة الآلة أو لغة التجميع المُصاحبة لها ، ويُتيح الوصول إلى الذاكرة عن طريق العنوان فقط.

قد يتم تشغيل الكود المراد فحصه على محاكي مجموعة التعليمات (ISS)، وهي تقنية تتميز بقدرتها الفائقة على التوقف عند مواجهة شروط محددة، ولكنها عادةً ما تكون أبطأ من تنفيذ الكود مباشرةً على المعالج المناسب (أو المعالج نفسه). توفر بعض أدوات تصحيح الأخطاء وضعين للتشغيل، محاكاة كاملة أو جزئية، للحد من هذا التأثير.

عادةً، توفر أدوات تصحيح الأخطاء معالج استعلامات، ومحلل رموز، ومفسر تعابير، وواجهة دعم تصحيح الأخطاء في أعلى مستوياتها. ^{[ 1 ]} كما توفر أدوات تصحيح الأخطاء وظائف أكثر تطورًا، مثل تشغيل البرنامج خطوة بخطوة ( التنفيذ المتسلسل أو تحريك البرنامج )، وإيقاف البرنامج مؤقتًا ( إيقافه مؤقتًا لفحص حالته الحالية) عند حدث معين أو تعليمة محددة باستخدام نقطة توقف ، وتتبع قيم المتغيرات. ^{[ 2 ]} بعض أدوات تصحيح الأخطاء لديها القدرة على تعديل حالة البرنامج أثناء تشغيله. وقد يكون من الممكن أيضًا استئناف التنفيذ من موقع مختلف في البرنامج لتجاوز عطل أو خطأ منطقي.

إنّ الوظيفة نفسها التي تجعل مصحح الأخطاء مفيدًا في تصحيح الأخطاء البرمجية، تسمح باستخدامه كأداة لاختراق البرامج للتحايل على حماية النسخ ، وإدارة الحقوق الرقمية ، وغيرها من ميزات حماية البرامج. كما أنها غالبًا ما تجعله مفيدًا كأداة تحقق عامة، وتغطية للأخطاء ، ومحلل للأداء ، خاصةً إذا تم عرض أطوال مسارات التعليمات . ^{[ 3 ]}

توفر معظم محركات تصحيح الأخطاء الشائعة، مثل gdb و dbx ، واجهات سطر أوامر قائمة على وحدة التحكم . وتُعد واجهات المستخدم الأمامية لمحركات تصحيح الأخطاء امتدادات شائعة توفر التكامل مع بيئات التطوير المتكاملة ، ورسوم متحركة للبرامج، وميزات عرض مرئي.

تعمل بعض أدوات تصحيح الأخطاء على لغة برمجة واحدة محددة، بينما يمكن لبعضها الآخر التعامل مع لغات متعددة بسلاسة. على سبيل المثال، إذا كان البرنامج الرئيسي مكتوبًا بلغة كوبول ولكنه يستدعي إجراءات فرعية بلغة التجميع وإجراءات فرعية بلغة PL/1 ، فقد يضطر مصحح الأخطاء إلى تغيير أوضاعه ديناميكيًا لمواكبة التغييرات في اللغة عند حدوثها.

تتضمن بعض أدوات تصحيح الأخطاء أيضًا حماية للذاكرة لتجنب انتهاكات التخزين مثل تجاوز سعة المخزن المؤقت . قد يكون هذا الأمر بالغ الأهمية في بيئات معالجة المعاملات حيث يتم تخصيص الذاكرة ديناميكيًا من "مجموعات" الذاكرة على أساس كل مهمة على حدة.

بعض المعالجات لديها دعم مادي لتنفيذ البرنامج خطوة بخطوة، مثل علامة الفخ .

تحتوي معظم المعالجات الدقيقة الحديثة على واحدة على الأقل من هذه الميزات في تصميم وحدة المعالجة المركزية الخاصة بها لتسهيل عملية تصحيح الأخطاء:

• دعم الأجهزة لنقاط توقف التعليمات البرمجية والبيانات ، مثل مقارنات العناوين ومقارنات قيم البيانات، أو، مع بذل جهد أكبر بكثير، أجهزة أخطاء الصفحات . ^{[ 6 ]}
• تتيح برمجة النظام الداخلية (ISP) لمصحح أخطاء الأجهزة الخارجية إعادة برمجة النظام قيد الاختبار (على سبيل المثال، إضافة نقاط توقف التعليمات أو إزالتها). كما أن العديد من الأنظمة التي تدعم برمجة النظام الداخلية (ISP) تتمتع أيضًا بدعم آخر لتصحيح أخطاء الأجهزة.
• يمكن الوصول إلى واجهات تصحيح الأخطاء للأجهزة عبر JTAG، مثل تلك الموجودة في معالجات معمارية ARM ، أو باستخدام مجموعة أوامر Nexus . عادةً ما تتمتع المعالجات المستخدمة في الأنظمة المدمجة بدعم واسع النطاق لتصحيح الأخطاء عبر JTAG.
• تحتاج المتحكمات الدقيقة ذات الستة دبابيس فقط إلى استخدام بدائل ذات عدد دبابيس منخفض لبروتوكول JTAG، مثل BDM أو Spy-Bi-Wire أو debugWIRE في متحكم Atmel AVR . على سبيل المثال، يستخدم debugWIRE إشارات ثنائية الاتجاه على دبوس إعادة الضبط (RESET).

تعتمد بعض أدوات تصحيح الأخطاء الأكثر كفاءة وشيوعًا على واجهة سطر أوامر بسيطة (CLI)، وذلك غالبًا لزيادة قابلية النقل وتقليل استهلاك الموارد. ويرى المطورون عادةً أن تصحيح الأخطاء عبر واجهة المستخدم الرسومية (GUI) أسهل وأكثر إنتاجية. لهذا السبب، تُستخدم واجهات المستخدم الرسومية التي تتيح للمستخدمين مراقبة أدوات تصحيح الأخطاء التي تعمل عبر واجهة سطر الأوامر والتحكم بها . بعض واجهات المستخدم الرسومية لأدوات تصحيح الأخطاء مصممة لتكون متوافقة مع مجموعة متنوعة من أدوات تصحيح الأخطاء التي تعمل عبر واجهة سطر الأوامر، بينما تستهدف واجهات أخرى أداة تصحيح أخطاء محددة.

يُستخدم تصحيح الأخطاء غالبًا لاختراق البرامج أو قرصنتها بشكل غير قانوني، وهو أمر غير قانوني في العادة حتى لو تم بحسن نية. أما برامج "Crackme" فهي برامج مصممة خصيصًا لاختراقها أو تصحيح أخطائها. تُمكّن هذه البرامج من يمتلكون أدوات تصحيح الأخطاء من ممارسة مهاراتهم في هذا المجال دون التعرض للمساءلة القانونية.

• أدوات تصحيح الأخطاء لنظام التشغيل ويندوز
• OpenRCE: موارد ومكونات إضافية متنوعة لتصحيح الأخطاء
• IntelliTrace لـ Visual Studio Enterprise (C#، Visual Basic، C++)