デバッガ

デバッガーまたはデバッグ ツールは、他のプログラム (「ターゲット」プログラム) をテストおよびデバッグするために使用されるコンピュータ プログラムです。デバッガーの主な用途は、ターゲット プログラムを制御された条件下で実行することです。これにより、プログラマーはターゲット プログラムの実行を追跡し、コードの誤動作を示す可能性のあるコンピュータ リソースの変化を監視できます。一般的なデバッグ機能には、ターゲット プログラムを特定の時点で実行または停止する機能、メモリ、CPU レジスタ、またはストレージ デバイス (ディスク ドライブなど) の内容を表示する機能、およびメモリまたはレジスタの内容を変更して、プログラムの実行障害の原因となる可能性のある選択したテスト データを入力する機能が含まれます。

検査対象のコードは、命令セット シミュレーター(ISS) で実行されている場合もあります。この技術では、特定の条件に遭遇したときに停止する能力が非常に強力になりますが、通常は適切な (または同じ) プロセッサでコードを直接実行するよりも多少遅くなります。一部のデバッガーでは、この影響を制限するために、完全シミュレーションと部分シミュレーションの 2 つの動作モードが提供されています。

「トラップ」は、プログラミング バグまたは無効なデータが原因でプログラムが正常に続行できない場合に発生します。たとえば、プログラムが現在のバージョンのCPUでは使用できない命令を使用しようとしたり、使用できないメモリまたは保護された メモリにアクセスしようとしたりする場合があります。プログラムが「トラップ」するか、事前設定された条件に達すると、ソース レベルのデバッガーまたはシンボリック デバッガー (統合開発環境でよく見られる) の場合は、デバッガーは通常、元のコード内の場所を表示します。低レベルのデバッガーまたはマシン語デバッガーの場合は、逆アセンブリ内の行を表示します(元のソース コードにオンラインでアクセスでき、アセンブリまたはコンパイルから適切なコード セクションを表示できる場合を除く)。

通常、デバッガは、そのトップレベルで、クエリプロセッサ、シンボルリゾルバ、式インタープリタ、およびデバッグサポートインターフェースを提供します。^[1]デバッガは、プログラムをステップごとに実行（シングルステップまたはプログラムアニメーション）、ブレークポイントを使用して特定のイベントまたは指定された命令で停止（ブレーク）（現在の状態を調べるためにプログラムを一時停止する） 、変数の値を追跡するなど、より高度な機能も提供します。^[2]一部のデバッガには、実行中のプログラムの状態を変更する機能があります。クラッシュや論理エラーを回避するために、プログラム内の別の場所で実行を継続することもできます。

デバッガがバグ修正に役立つのと同じ機能により、コピー防止、デジタル著作権管理、その他のソフトウェア保護機能を回避するソフトウェア クラッキングツールとしても使用できます。また、特に命令パスの長さが表示される場合は、一般的な検証ツール、フォールト カバレッジ、パフォーマンス アナライザーとしても役立ちます。 ^[3]ディスクベースのストレージを備えた初期のマイクロコンピュータは、破損したディレクトリまたはレジストリ データ レコードを診断して回復したり、削除済みとしてマークされたファイルを「復元」したり、ファイルのパスワード保護をクラックしたりする機能の恩恵を受けることが多かった。

gdbやdbxなどの主流のデバッグ エンジンのほとんどは、コンソール ベースのコマンド ライン インターフェイスを提供します。デバッガー フロントエンドは、 IDE統合、プログラム アニメーション、視覚化機能 を提供するデバッガー エンジンの一般的な拡張機能です。

記録と再生によるデバッグは、^[4]「ソフトウェアフライトレコーディング」または「プログラム実行レコーディング」とも呼ばれ、プログラム内の各命令が実行されるたびにアプリケーションの状態変化をキャプチャしてディスクに保存します。記録は何度も再生でき、対話的にデバッグして欠陥を診断して解決することができます。記録と再生によるデバッグは、リモートデバッグや、断続的、非決定的、その他の再現が難しい欠陥の解決に非常に役立ちます。

一部のデバッガーには、「リバース デバッグ」と呼ばれる機能が含まれています。これは「履歴デバッグ」または「後方デバッグ」とも呼ばれます。これらのデバッガーを使用すると、プログラムの実行を時間的に遡ることができます。さまざまなデバッガーにこの機能が含まれています。Microsoft Visual Studio (2010 Ultimate エディション、2012 Ultimate、2013 Ultimate、および 2015 Enterprise エディション) は、C#、Visual Basic .NET、およびその他の言語に対して IntelliTrace リバース デバッグを提供していますが、C++ には対応していません。リバース デバッガーは、C、C++、Java、Python、Perl、およびその他の言語にも存在します。一部はオープン ソースであり、一部はプロプライエタリな商用ソフトウェアです。一部のリバース デバッガーはターゲットを桁違いに遅くしますが、最高のリバース デバッガーは 2 倍以下の速度低下を引き起こします。リバース デバッグは特定の種類の問題に非常に役立ちますが、まだ一般的には使用されていません。^[5]

リバース デバッガーの機能に加えて、タイム トラベル デバッグでは、ユーザーがプログラムを操作し、必要に応じて履歴を変更し、プログラムがどのように応答するかを確認することもできます。

デバッガーの中には、単一の特定言語で動作するものもあれば、複数の言語を透過的に処理できるものもあります。たとえば、メインのターゲット プログラムがCOBOLで記述されているが、アセンブリ言語のサブルーチンとPL/1サブルーチンを呼び出す場合、デバッガーは言語の変更に応じてモードを動的に切り替える必要がある場合があります。

一部のデバッガーには、バッファ オーバーフローなどのストレージ違反を回避するためのメモリ保護も組み込まれています。これは、タスクごとにメモリ プールからメモリが動的に割り当てられる トランザクション処理環境では非常に重要になる場合があります。

最近のマイクロプロセッサのほとんどは、デバッグを容易にするために、 CPU 設計に次の機能の少なくとも 1 つを備えています。

• トラップ フラグなど、プログラムをシングル ステップ実行するためのハードウェア サポート。
• Popek および Goldberg の仮想化要件を満たす命令セットを使用すると、デバッグ対象のソフトウェアと同じ CPU 上で実行されるデバッガー ソフトウェアの作成が容易になります。このような CPU は、テスト対象プログラムの内部ループをフル スピードで実行しながら、デバッガーの制御下に置くことができます。
• インシステム プログラミングを使用すると、外部ハードウェア デバッガーでテスト対象のシステムを再プログラムできます (たとえば、命令ブレークポイントの追加や削除など)。このような ISP サポートを備えた多くのシステムには、他のハードウェア デバッグ サポートも備わっています。
• コードおよびデータブレークポイントのハードウェアサポート。アドレスコンパレータやデータ値コンパレータなど。または、かなりの作業を要するページフォールトハードウェア。^[6]
• ARM アーキテクチャプロセッサやNexusコマンド セットなどのハードウェア デバッグ インターフェイスへのJTAGアクセス。組み込みシステムで使用されるプロセッサには、通常、広範な JTAG デバッグ サポートが備わっています。
• 6 ピン程度のマイクロ コントローラでは、BDM、Spy-Bi-Wire、Atmel AVRのdebugWIREなど、JTAG のピン数の少ない代替品を使用する必要があります。たとえば、DebugWIRE は RESET ピンで双方向信号を使用します。

最も有能で人気のあるデバッガーの中には、移植性を最大限に高め、リソースの消費を最小限に抑えるために、単純なコマンド ライン インターフェイス (CLI) のみを実装しているものもあります。開発者は通常、グラフィカル ユーザー インターフェイス(GUI) を使用したデバッグの方が簡単で生産的であると考えています。^{[引用が必要]これが、ユーザーが}グラフィカル ユーザー インターフェイスを介して従属的な CLI 専用デバッガーを監視および制御できるビジュアル フロントエンドの理由です。一部の GUI デバッガー フロントエンドは、さまざまな CLI 専用デバッガーと互換性があるように設計されている一方、特定のデバッガーを対象としたものもあります。

デバッグは、ソフトウェアを違法にクラックしたり、海賊版を作成したりするためによく使用されますが、悪意なく実行された場合でも通常は違法です。Crackmeは、クラックまたはデバッグ用に特別に設計されたプログラムです。これらのプログラムにより、デバッガーを持っている人は、法的トラブルに巻き込まれることなくデバッグ能力を練習することができます。

広く使用されているデバッガーは次のとおりです。

• アームDTT（旧称アリンアDDT）
• さまざまな IDE で使用されるEclipseデバッガー API: Eclipse IDE (Java)、Nodeclipse (JavaScript)
• Firefox JavaScriptデバッガー
• GDB - GNU デバッガー
• LLDB
• Microsoft Visual Studio デバッガー
• レーダー2
• ヴァルグリンド
• ウインドウズ
• x64dbg/x32dbg
• チートエンジン

以前のミニコンピュータデバッガーには次のものが含まれます。

• 動的デバッグ技術(DDT)
• オンライン デバッグ ツール(ODT)

メインフレームデバッガーには次のものが含まれます。

• CA/EZテスト

無料辞書の Wiktionary で「デバッガー」を調べてください。

• Windows 用デバッグ ツール
• OpenRCE: さまざまなデバッガーリソースとプラグイン
• IntelliTrace MSDN、Visual Studio 2015