rr para C/C++ – depurador de grabación y reproducción

• Introducción a rr

  • rr es una herramienta de depuración para C/C++ en Linux, pensada para complementar a gdb
  • Permite grabar una falla una vez y depurar esa grabación repetidamente
  • Hace posible depurar reproduciendo exactamente la misma ejecución cada vez
  • Ofrece ejecución inversa eficiente mediante gdb

• Funciones de rr

  • Baja sobrecarga
  • Soporta la grabación y reproducción de diversas aplicaciones (Firefox, Chrome, QEMU, LibreOffice, etc.)
  • Permite grabar, reproducir y depurar cargas de trabajo multiproceso
  • Soporta scripting de gdb e integración con IDEs
  • Archivos de trazas duraderos y comprimidos, que pueden moverse entre máquinas
  • Ofrece un modo de caos para reproducir errores intermitentes

• Experiencia de depuración con rr

  • Grabar una aplicación: rr record /your/application --args...
  • Depurar una ejecución grabada: rr replay
  • Depuración determinista de la traza grabada
  • Se pueden usar los comandos habituales de gdb
  • La ejecución inversa permite ir rápidamente al punto del problema

• Videos

  • Video de demostración de grabación y reproducción de Firefox
  • Video que explica en detalle las funciones básicas de rr
  • Video de charla técnica avanzada de Robert O'Callahan

• Primeros pasos

  • Compilar desde el código fuente: recomendado si los paquetes no funcionan
  • Se ofrecen métodos de instalación para Fedora y Ubuntu

• Antecedentes y motivación

  • Fue desarrollado para facilitar la depuración de fallas intermitentes
  • La reproducción determinista permite que la información obtenida durante la depuración siga siendo válida
  • La ejecución inversa hace que el proceso de depuración sea más sencillo
  • rr se usa regularmente en muchos proyectos grandes y pequeños

• Cómo funciona rr

  • Graba procesos de espacio de usuario en Linux y captura todas las entradas provenientes del kernel
  • Durante la reproducción, garantiza el flujo de control a nivel de instrucción, la memoria y el contenido de los registros
  • La distribución de memoria, las direcciones de objetos y los valores de registros se mantienen iguales
  • Se vuelve aún más potente cuando se usa junto con fuzzers e inyectores aleatorios de fallas

• El contexto de rr

  • La depuración con grabación y reproducción es una idea antigua
  • Objetivos de diseño centrados en Firefox
  • Facilidad de despliegue: corre en kernels Linux comunes y no requiere cambios en la configuración del sistema
  • Baja sobrecarga en tiempo de ejecución
  • Diseño simple: evita técnicas complejas

• Limitaciones

  • Emula una máquina de un solo núcleo
  • No puede grabar procesos que comparten memoria con elementos fuera del árbol de grabación
  • Requiere una CPU x86 moderna o ciertas CPU ARM específicas
  • Necesita conocer todas las llamadas al sistema que ejecuta el proceso grabado
  • Requiere adaptarse a cambios del kernel, actualizaciones de bibliotecas del sistema y nuevas familias de CPU

• Material adicional de referencia

  • Informe técnico ampliado
  • Wiki de rr
  • Se pueden hacer preguntas en la lista de correo o en #rr de chat.mozilla.org

Resumen de GN⁺

• rr es una herramienta potente para depurar C/C++ en Linux y mejora mucho la eficiencia gracias a la reproducción determinista
• Soporta diversas aplicaciones y cargas de trabajo multiproceso, y resulta práctica por su baja sobrecarga
• La función de ejecución inversa facilita aún más el proceso de depuración
• Puede depurar aplicaciones complejas como Firefox, por lo que es útil de forma general
• Herramientas con funciones similares incluyen gdb y Valgrind

[GN⁺]

Comentarios en Hacker News

• GDB ya ofrece una función de depuración inversa
• rr ofrece más funciones y flexibilidad
• Se ha usado rr con éxito para hacer ingeniería inversa en bases de código grandes
• El depurador requiere entender la lista de símbolos y las llamadas al sistema
• Hay curiosidad sobre si rr también funciona con lenguajes como Rust, Zig, Odin y Nim
• Probablemente no funcione con lenguajes de memoria administrada como Python, JS y C#
• Hubo un proyecto que intentó portarlo a Rust, pero fue abandonado
• Sería interesante un estudio comparativo sobre el impacto y los beneficios de reescribir de C++ a Rust
• rr es muy útil, pero muchas veces no logra reproducir bugs de concurrencia
• Sería muy útil que algunos lenguajes integraran rr directamente en sus herramientas
• La depuración de C/C++ con rr es muy potente y mejora mucho el proceso de depuración
• Pernosco se basa en rr y añade una base de datos consultable de toda la ejecución del programa
  • Si haces clic en un valor incorrecto, te explica de inmediato de dónde salió ese valor
  • Puedes preguntarle al depurador qué fue lo que realmente pasó sin entender el código
• Hay curiosidad sobre si también puede usarse cuando el código C/C++ se compila como una dll/so llamada desde Python
• Hay curiosidad sobre si ya se resolvieron los problemas de rr relacionados con CPUs Ryzen