Начал тормозить компьютер? Пробуем наладить сами. Лучшие инструменты пентестера: отладчики и дизассемблеры

Отла́дка - этап разработки компьютерной программы , на котором обнаруживают, локализуют и устраняют ошибки. Чтобы понять, где возникла ошибка, приходится:

узнавать текущие значения переменных ;
выяснять, по какому пути выполнялась программа.

Существуют две взаимодополняющие технологии отладки.

Использование отладчиков - программ, которые включают в себя пользовательский интерфейс для пошагового выполнения программы: оператор за оператором, функция за функцией, с остановками на некоторых строках исходного кода или при достижении определённого условия.
Вывод текущего состояния программы с помощью расположенных в критических точках программы операторов вывода - на экран , принтер , громкоговоритель или в файл. Вывод отладочных сведений в файл называется журналированием .

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

Без этого вы не станете программистом! Найти ошибку в коде. Отладка. Как пользоваться отладчиком #23

Основы Java. Урок 16: Отладка программы в Eclipse

Основы программирования - создание и отладка первой программы. Урок 2.

Субтитры

Место отладки в цикле разработки программы

Типичный цикл разработки, за время жизни программы многократно повторяющийся, выглядит примерно так:

Программирование - внесение в программу новой функциональности, исправление существующих ошибок .
Тестирование (ручное или автоматизированное; программистом, тестером или пользователем; «дымовое », в режиме чёрного ящика или модульное …) - обнаружение факта ошибки.
Воспроизведение ошибки - выяснение условий, при которых ошибка случается. Это может оказаться непростой задачей при программировании параллельных процессов и при некоторых необычных ошибках, известных как гейзенбаги .
Отладка - обнаружение причины ошибки.

Инструменты

Способности программиста к отладке - это, по-видимому, важнейший фактор в обнаружении источника проблемы, но сложность отладки сильно зависит от используемого языка программирования и инструментов, в частности, отладчиков .

Инструменты отладки

Отладчик представляет из себя программный инструмент, позволяющий программисту наблюдать за выполнением исследуемой программы, останавливать и перезапускать её, прогонять в замедленном темпе, изменять значения в памяти и даже, в некоторых случаях, возвращать назад по времени.

Также полезными инструментами в руках программиста могут оказаться:

Профилировщики . Они позволят определить, сколько времени выполняется тот или иной участок кода. Анализ покрытия позволяет выявить неисполняемые участки кода.
API логгеры позволяют отследить взаимодействие программы и Windows API при помощи записи сообщений Windows в лог.
Дизассемблеры позволяют посмотреть ассемблерный код исполняемого файла
Снифферы помогут отследить сетевой трафик, генерируемый программой
Снифферы аппаратных интерфейсов позволяют увидеть данные, которыми обмениваются система и устройство.
Логи системы.

Использование языков программирования высокого уровня обычно упрощает отладку, если такие языки содержат, например, средства обработки исключений, сильно облегчающие поиск источника проблемы. В низкоуровневых языках ошибки могут приводить к незаметным проблемам - например, повреждениям памяти и утечкам памяти . Тогда бывает довольно трудно определить, что стало первоначальной причиной ошибки. В этих случаях могут потребоваться сложные приёмы и средства отладки.

«Наш личный выбор - стараться не использовать отладчики, кроме как для просмотра стека вызовов или же значений пары переменных . Одна из причин этого заключается в том, что очень легко потеряться в деталях сложных структур данных и путей исполнения программы. Мы считаем пошаговый проход по программе менее продуктивным, чем усиленные размышления и код, проверяющий сам себя в критических точках.
Щёлканье по операторам занимает больше времени, чем просмотр сообщений операторов выдачи отладочной информации, расставленных в критических точках. Быстрее решить, куда поместить оператор отладочной выдачи, чем проходить шаг за шагом критические участки кода, даже предполагая, что мы знаем, где находятся такие участки. Более важно то, что отладочные операторы сохраняются в программе, а сессии отладчика переходящи.
Слепое блуждание в отладчике, скорее всего, непродуктивно. Полезнее использовать отладчик, чтобы выяснить состояние программы, в котором она совершает ошибку, затем подумать о том, как такое состояние могло возникнуть. Отладчики могут быть сложными и запутанными программами, особенно для новичков, у которых они вызовут скорее недоумение, чем принесут какую либо пользу…»
«Отладка сложна и может занимать непредсказуемо долгое время, поэтому цель в том, чтобы миновать большую её часть. Технические приёмы, которые помогут уменьшить время отладки, включают хороший дизайн, хороший стиль , проверку граничных условий, проверку правильности исходных утверждений и разумности кода, защитное программирование, хорошо разработанные интерфейсы, ограниченное использование глобальных переменных, автоматические средства контроля и проверки. Грамм профилактики стоит тонны лечения.»

Инструменты, снижающие потребность в отладке

Другое направление - сделать, чтобы отладка нужна была как можно реже. Для этого применяются:

Контрактное программирование - чтобы программист подтверждал другим путём, что ему на выходе нужно именно такое поведение программы. В языках, в которых контрактного программирования нет, используется самопроверка программы в ключевых точках.
Безопасность программного кода и отладка
В программном коде может быть так называемое недокументированное поведение - серьёзные ошибки, которые не проявляются при нормальном ходе выполнения программы, однако весьма опасны для безопасности всей системы в случае целенаправленной атаки. Чаще всего это результат ошибок программиста. Наиболее известные примеры - это SQL-инъекция и переполнение буфера . В данном случае задача отладки это:
- Выявление недокументированного поведения системы
- Устранение небезопасного кода
Выделяют такие методы:
- статический анализ кода. На этой фазе программа сканер ищет последовательности в исходном тексте, соответствующие небезопасным вызовам функций и т. д. Фактически идет сканирование исходного текста программы на основе специальной базы правил, которая содержит описание небезопасных образцов кода.
- фаззинг. Это процесс подачи на вход программы случайных или некорректных данных и анализ реакции программы.
- Reverse engineering (Обратная инженерия). Этот случай возникает, когда независимые исследователи ищут уязвимости и недокументированные возможности программы.

Я решил проверить, как отладчик Bochs можно использовать для отладки загрузчика и внутренностей операционной системы. Эта статья описывает, что из этого получилось.

Bochs у меня был установлен давно, я решил заглянуть в инсталляционный директорий и обнаружил, что у Bochs среди прочих выполнимых файлов есть два выполнимых файла bochs.exe и bochsdbg.exe:

Чтобы протестировать загрузку, для начала беру простой Hello World загрузчик:

Section .text use16 org 0x7C00 ; программа загружается по адресу 0x7C00 start: mov ax, cs mov ds, ax ; выбираем сегмент данных mov si, message cld ; направление для строковых команд mov ah, 0x0E ; номер функции BIOS mov bh, 0x00 ; страница видеопамяти puts_loop: lodsb ; загружаем очередной символ в al test al, al ; нулевой символ означает конец строки jz puts_loop_exit int 0x10 ; вызываем функцию BIOS jmp puts_loop puts_loop_exit: jmp $ ; вечный цикл message: db "Hello World!",0 finish: times 0x1FE-finish+start db 0 db 0x55, 0xAA ; сигнатура загрузочного сектора

Записываю его в hello.asm, компилирую: nasm hello.asm -o hello.img
Получаю файл hello, размером 512 байт. Это образ загрузочной дискеты. В первом секторе загрузочный сектор c программой «Hello world»

Запускаю bochsdbg.exe. Открывается стартовое меню:

Дважды кликаю в меню «Disk & Boot». Открывается меню настройки дисков. Указываю что флоппи диск читать из файла hello.img:

Нажимаю OK, в стартовом меню нажимаю на Start. Открывается два окна, окно с виртуальной машиной, и окно с командной строкой для команд отладки. Команды отладки похожи на gdb. Например:

b 0x7c00 — установить breakpoint на инструкцию по адресу 0x7c00, что соответствует началу загрузочного сектора
c — продолжить выполнение (continue)
h — получить в помощь список возможных команд
h b — получить помощь по конкретной команде (в данном случае break)

После команды ‘c’ (сontinue), Bochs продолжает выполнение и останавливается на первой команде загрузчика, как и хотелось. Чтобы по шагам отлаживаться даю команду ‘n’ (next). Предыдущую команду повторяю простым нажатием на ‘Enter’.

У отладчика много разных команд. Например:

regs — показать содержимое регистров
sregs — показать содержимое сегментных регистров
x c хитрыми параметрами типа x /16b 0x7c00 — покажет содержимое 16 байт по адресу 0x7c00

И т.д. помощь по командам можно получить из командной строки, с помощью команды ‘h’, как я писал выше. А также на сайте разработчиков есть справочник команд и много другой полезной информации, которой стоит пользоваться. Чтобы немного еще проиллюстрировать как это выглядит, еще пара скринов:

После того, как программные модули были успешно оттранслированы, размещены по конкретным адресам и связаны между собой, для отладки программы можно воспользоваться любым из следующих методов:

внутрисхемным эмулятором
встроенным программным отладчиком
внешним программным отладчиком
отлаживаемым устройством с записанным в память программ двоичным кодом программы

Внутрисхемный эмулятор с отображением переменных языка программирования на дисплее компьютера оказывает значительную помощь при отладке программ непосредственно на разрабатываемой аппаратуре. Этот метод отладки предоставляет наиболее удобную среду, когда можно непосредственно в отлаживаемом устройстве останавливать программу, контролировать выполнение программы непосредственно по исходному тексту программы, состояние внешних портов и внутренних переменных, как входящих в состав микросхемы, так и объявленных при написании исходного текста программы. Отметим, что при отладке программы с использованием внутрисхемного эмулятора необходимо включать в объектные модули символьную информацию. Необходимое для отладки программ оборудование показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Пример системы отладки программного обеспечения для микроконтроллеров

До недавнего времени внутрисхемный эмулятор являлся отдельным устройством, подключаемым к разрабатываемой плате вместо микроконтроллера. В состав современных микроконтроллеров часто входит встроенный внутрисхемный эмулятор. При этом наиболее удобным интерфейсом для связи с компьютером является JTAG интерфейс, хотя некоторые фирмы-производители микросхем предлагают свой интерфейс.

При использовании интегрированной среды программирования предоставляется удобный интерфейс, позволяющий легко отлаживать разрабатываемую программу. В настоящее время стандартом де-факто стал интерфейс, похожий на программную оболочку Visual C. Пример внешнего вида такой программной оболочки приведён на рисунке 2.

Рисунок 2. Пример внешнего вида отладчика интегрированной системы отладки программного обеспечения

Встроенный программный отладчик , входящий в состав интегрированной среды программирования не позволяет проконтролировать работу аппаратуры, подключенной к внешним ножкам микроконтроллера, но значительно удешевляет отладочный комплекс, необходимый для написания программ для микроконтроллеров. Сигналы, которые должна подавать на микроконтроллер аппаратура задаются самим программистом (а значит уже на этом этапе возможно возникновение ошибок из-за неправильного понимания работы аппаратуры). Ручной ввод этих сигналов значительно замедляет процесс отладки программного обеспечения.

Внешний программный отладчик. В некоторых случаях используется не интегрированная среда программирования, а отдельный транслятор с выбранного языка программирования. В этом случае можно воспользоваться любой программой, эмулирующей выбранный тип микроконтроллера. Так как объектные форматы различных трансляторов несколько отличаются друг от друга, то в качестве входного файла используется загрузочный модуль в двоичном или гексадецимальном формате. В этих форматах отладочная информация полностью отсутствует, поэтому отладку в таких программах можно вести только с помощью встроенного дизассемблера и распечатанного (или открытого в другом окне) листинга программы. Естественно, что это ещё более неудобный способ отладки по сравнению с использованием интегрированной среды программирования и внутрисхемного эмулятора.

Программирование микросхемы. При использовании любого способа отладки программы, готовый загрузочный модуль записывается во внутреннюю память программ микроконтроллера при помощи программатора (который входит в состав многих современных микросхем микроконтроллеров). После этого ведётся тщательное тестирование разработанного устройства с целью обнаружения ошибок в схеме и программе этого устройства. Только после успешного прохождения этого тестирования программа считается полностью написанной и отлаженной.

При написании достаточно простых программ иногда для отладки программ используют только этот последний этап тестирования. Однако обнаружение, поиск и устранение ошибок при использовании только этого метода очень трудоёмок! Это то же самое, что пытаться настроить аппаратуру без использования приборов!

Локализация и исправление ошибок называется отладкой . Отладка - это процесс обнаружения причин возникновения ошибки и ее последующего исправления (в отличие от тестирования, являющегося процессом обнаружения самого факта существования ошибки).

Отладка включает в себя элементы тестирования и разработки. На некоторых проектах отладка может занимать до 50 % всего времени разработки. Для многих программистов отладка - это самая трудная часть программирования. При соответствующем подходе количество ошибок, требующих отладки, должно сократиться, и отладка должна стать самой легкой частью; при таком подходе все ошибки сводятся к небольшим недосмотрам или опечаткам.

Как и тестирование, отладка не является способом улучшения качества ПО. Отладка - это всего лишь способ исправления дефектов в программе. Качество программ должно обеспечиваться аккуратным анализом требований или прототипированием, грамотным проектированием и использованием лучших практик кодирования.

Ошибки синтаксиса языка

Как правило, в абсолютном большинстве случаев ловятся на стадии компиляции программы, или же, если вы работаете с интерпретируемым языком типа Рег1 или РНР, то при первом интерпретировании программы. Но есть один существенный момент - когда выражение допустимо, но зависит от конкретного компилятора или интерпретатора. Например, в языке Си вполне допустимыми по синтаксису, но не по смыслу, являются выражения: э [ 1++] =±; ргл_г^:? ("%с! %с!" , ±++, л.++) ;. Результат этих строк не определен, так как неизвестно, в каком порядке будет инкрементироваться и вычисляться значение переменной /". Переменная не может более 1 раза присутствовать в выражении, если ее значение изменяется в ходе вычисления этого выражения.

Ошибки во время выполнения

К ошибкам во время выполнения программы относятся ошибки в логике и алгоритмах программы. Ошибки в логике программы связаны с неправильной записью алгоритма, например, вместо && вы написали || или поставили точку с запятой там, где ее не должно быть. К этому же классу ошибок относится неправильное обращение с памятью. В языке Си неправильное обращение с памятью является наиболее распространенной ошибкой программистов, причем не только новички, но и профессионалы нередко допускают ошибки подобного типа. Для языка Си - это один из самых больных вопросов и больших недостатков. Ошибки в алгоритме связаны с неправильным проектированием программы или же с изначально неправильно заложенной бизнес-логикой и функциональными требованиями. Пользователь ждет от программы то, что изначально от нее не требовалось. Ошибки во время выполнения - наиболее часто встречаемый тип ошибок, и, как правило, устранение таких ошибок не представляется чересчур сложной задачей.

Ошибки логики взаимосвязанных CGI-программ

Ошибки данного типа лежат во взаимосвязанных CGI-программах. Рассмотрим в качестве примера тестовую систему (см. сайт http://test.itsoft.ru). При сдаче теста в цикле работают два скрипта. Первый показывает вопрос, а второй проверяет правильность ответа. Если в тесте 10 вопросов, то эти CGI-скрипты вызываются парно в цикле 10 раз. Но что будет, если пользователь нажмет кнопку «Обновить» в броузере? Скрипт, который показывает вопрос, вызовется повторно. Что будет при разрыве модемного соединения? Отладка в таких системах значительно сложнее, так как вам придется наблюдать за выполнением ряда взаимосвязанных скриптов.

Ошибки многопользовательского доступа

Ошибки многопользовательских систем связаны с неправильным разграничением доступа к совместным ресурсам. Помимо файлов данных, записей в таблицах баз данных, общим ресурсов является генератор случайных чисел. На эти грабли нам пришлось наступить. Обязательно генерируйте случайные числа не только на основе времени, но и на основе уникального идентификатора процесса. В противном случае при выполнении в один и тот же момент времени двух копий одной CGI-программы вы получите одинаковые результаты для двух пользователей. Ошибки многопользовательского доступа сложны тем, что могут не проявлять себя очень долго, до тех пор, пока в один и тот же момент времени системой ни будет запущено несколько копий одной CGI-программы.

Невоспроизводимые ошибки

Невоспроизводимые ошибки представляют собой наиболее сложный тип ошибок. Например, в високосном году 29 февраля ваша система вдруг начала давать сбои, которые сами собой исчезают в невисокосном году. Но бывают ошибки, которые мистическим образом появляются и исчезают. В той же тестовой системе была непонятная ошибка, которая проявлялась 1 раз на несколько сот случаев. Непонятным образом некоторые студенты после сдачи теста получали не результаты, а сбой системы. На исправление этой ошибки ушло два рабочих дня. Оказалось, что проблема в скрипте на JavaScript, который отправлял данные HTML-формы на сервер после истечения допустимого времени ответа на вопрос. Проблема в том, что если время подходило к концу и пользователь нажимал кнопку «Ответить», а в это же время уже начала работать функция JavaScript form.submit(), то отправка данных HTML-формы происходила дважды, т. е. скрипт проверки правильности ответа вызывался 2 раза. А это за собой тянуло ошибку во взаимосвязанных CGI-скриптах, и внешнее проявление сбоя системы мы наблюдали уже при подсчете результатов, а не непосредственно сразу после двойной отправки HTML-формы. Сам код JavaScript был написан верно, и с теоретической точки зрения даже если пользователь нажимает кнопку «Отправить» в последнюю секунду, HTML-форма должна была отправляться только 1 раз. Но на практике все оказалось совсем по-другому. На самом деле ничего мистического нет, или, как говорится, чудес на свете не бывает. Просто невозможно воспроизвести условия, в которых наблюдалась невоспроизводимая ошибка. Надо искать в программе случайности: одновременный доступ к одному ресурсу, генератор случайных чисел, неинициализированные переменные, некорректная работа с памятью или преобразование типов, которые могут проявлять себя не каждый раз.

Ошибки инструментария и других компонентов системы

Ошибки самого компилятора или интерпретатора очень редки, но и такие бывают.

После классификации ошибок давайте рассмотрим методы их поиска. В первую очередь, один простой и, казалось бы, очевидный совет: «надо думать, анализировать, почему программа не работает так, как было задумано, что надо в ней исправить». Никакой самый навороченный отладчик за вас ошибку не найдет. Никакая самая лучшая методика не найдет и не ускорит поиск ошибки, если вы не «включите» мозги по полной программе и не сосредоточитесь целиком и полностью на поимке ошибки. Итак, допустим, вами, пользователем или тестирующим, было зафиксировано некорректное поведение программы. Что делать? Ниже перечислены методы в порядке их приоритетности, которые используют многие программисты.

Локализация ошибки. Программа - это черный ящик, который что-то принимает на вход и выдает что-то на выходе. Первое, что вам необходимо сделать, - понять, где именно в этом черном ящике происходит сбой. Для этого уменьшайте количество параметров, передаваемых на вход программы. Добейтесь двух малоразличимых наборов входных параметров, чтобы при одном из них программа работала, а при другом нет.

Отключение ненужных модулей программы. Закомментируйте все лишнее. Тем самым вы упростите вашу программу. Имеет смысл комментировать отдельные куски программы до тех пор, пока ошибка не исчезнет.

Использование отладчика. Возможности современных отладчиков перечислены ниже:

точки останова на конкретных строчках кода;
остановка на /7-й итерации цикла;
остановка при изменении переменных;
остановка при присваивании конкретного значения;
прохождение кода строчка за строчкой;
откат по программе (далеко не все);
исследование всех данных в программе, включая типы, определенные пользователем;
присваивание новых значений переменным;
продолжение исполнения программы;
многоязыковая отладка (язык1, язык2, ассемблер...);
запоминание установок.

Контрольные вопросы

1. Какие виды ошибок существуют?
2. Что такое тест? Какими свойствами должен обладать тест?
3. Каковы критерии выбора тестов?
4. Дайте краткую характеристику каждому критерию выбора теста.
5. Опишите последовательность разработки тестов.
6. Что входит в понятие надежности ПО?
7. Какие виды отказов существуют?
8. Каковы количественные характеристики надежности программ?
9. Что представляют собой методы оценки и измерения характеристик надежности ПО?
10. Перечислите достоинства парного программирования.

Все мы помним насколько быстро и четко выполняет операции только что купленный компьютер или после переустановки операционной системы. Но вот проходит время и этот же компьютер доводит нас чуть ли не до бешенства, настолько медленно происходит выполнение команд, а то и вовсе комп зависает, что думаешь, пора вызывать мастера.

Не спешите, вероятно эти проблемы вызваны не «железом» компьютера (хотя и это возможно, причины: заполен жёсткий диск, мало оперативной памяти, перегрев процессора), а мусором в операционной системе и реестре. В компьютере имеются средства для диагностики и отладки операционной системы .

Очистка от мусора
Кликаем по кнопке «Пуск» и переходим< все программы> стандартные>служебные>очистка диска(фото) , в открывшемся окошке нажимаем «ОК».

По окончании анализа будет предложено произвести очистку папок

выбор папок для очистки

Жмём «ОК»

Дефрагментация

Выполняем предыдущую процедуру < все программы> стандартные> служебные> Дефрагментация

Дефрагментация дисков-анализ

Дефрагментируем диски, хотя можно обойтись и одним на котором установлена операционная система(обычно он стоит первым).

Зайдите в «Пуск» нажмите «Выполнить», в открывшемся окне введите команду msconfig и нажмите «ОК». В открывшемся окне перейдите на закладку «Автозагрузка». Убираем здесь все галочки с ненужных программ, обязательно оставьте «ctfmon» и конечно же свой антивирус. Жмем потом «Применить», далее «Ок» и «Перезагрузка». После перезагрузки компьютера поставьте галочку, чтобы Вам не напоминали о внесенных вами изменениях.

Проведенные операции несколько улучшат состояние ПК, но не на много. Для значительного улучшения необходимо воспользоваться специализированными программами, такими как WiseCare365 , Cclenar 301 или другими. Я пользуюсь сборкой «Total Commander 7.04а» , в ней имеются встроенные свободные версии Wise Disk Cleaner , Wise Registry Cleaner и управление автозагрузкой.

Панель инструментов Total Commander-7.04а.

Простой и понятный интерфейс программ не составит труда разобраться.

Хочу предостеречь от слишком частого использования программами для очистки, дело в том что при установке программы создаються временные файлы помогающие им в работе при очистке удаляются не только ненужные файлы но и некоторые нужные, что может привести к обратному эффекту.

Что же касается проблем с «железом», то после очистки компьютера возможно освободиться значительное пространство на дисках и оперативной памяти и с заменой их можно повременить.

Перегрев процессора
Выяснить это может помочь программа «Эверест», если температура процессора выше 50 градусов, то стоит задуматься. Здесь необходимо заменить термопасту и провести очистку очистку радиатора, без специальных навыков и знаний тут не обойтись.

Вирусы .
Вирусы тоже довольно сильно замедляют работу компьютера. Просканируйте систему, если нужно скачайте на сайте drweb.com бесплатную утилиту Dr.Web CureIt и просканируйте компьютер.

Блок питания
Еще одна возможная причина такого поведения компьютера неисправность блока питания. Возможно из-за просаженных напряжений 3,3в, 5в, 12. Вот есть инфа.