브레이크포인트
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1. 개요
브레이크포인트는 프로그램 실행을 일시 중단시키는 디버깅 기법으로, 초기 컴퓨터인 ENIAC에서 케이블 제거를 통해 처음 사용되었다. 브레이크포인트는 명령어 실행 전 중단(명령어 브레이크포인트), 특정 메모리 영역 접근 시 중단(데이터 브레이크포인트), 특정 조건 충족 시 중단(조건부 브레이크포인트) 등 다양한 종류가 있다. 디버깅 도구와 하드웨어, 소프트웨어 구현을 통해 프로그램 상태를 조사하고 변경할 수 있으며, CPU는 하드웨어적으로 브레이크포인트를 지원하기도 한다. 소프트웨어 구현은 성능 저하를 발생시킬 수 있지만, 명령어 집합 시뮬레이션 등의 방법을 통해 이를 줄일 수 있다.
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| 브레이크포인트 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 프로그램 디버깅 중 의도적으로 프로그램 실행을 일시 중지하는 지점 |
| 목적 | 프로그래머가 프로그램 상태를 검사하고 문제점을 찾을 수 있도록 함 |
| 특징 | |
| 설정 | 소스 코드 편집기 또는 디버거에서 설정 가능 |
| 조건부 중단점 | 특정 조건이 충족될 때만 실행을 중지하도록 설정 가능 |
| 기능 | 프로그램 변수 값 검사, 메모리 내용 확인, 호출 스택 추적 등 디버깅 기능 활용 가능 |
| 활용 | |
| 버그 추적 | 프로그램 오류 발생 원인 파악 |
| 코드 이해 | 프로그램 실행 흐름 파악 및 분석 |
| 성능 분석 | 특정 코드 구간의 실행 시간 측정 및 최적화 |
| 장점 | |
| 효율적인 디버깅 | 프로그램 전체를 실행하지 않고 특정 부분만 집중적으로 분석 가능 |
| 문제 해결 능력 향상 | 코드의 작동 방식에 대한 이해도 향상 |
| 기타 | |
| 관련 용어 | 디버깅 디버거 단일 스텝 실행 변수 감시 |
2. 역사
브레이크포인트는 초기 디지털 컴퓨터 중 하나인 ENIAC을 위해 프로그래머 베티 홀버튼에 의해 발명되었다.[1] ENIAC의 초기 설계에서 프로그램 흐름은 케이블을 한 장치에서 다른 장치로 연결하여 설정되었다. 프로그램이 특정 지점에서 멈추도록 하기 위해, 케이블을 제거했는데, 이를 ''브레이크포인트''라고 불렀다.[2]
브레이크포인트는 주로 실행 중인 프로그램의 특정 명령어가 실행되기 전에 실행을 일시적으로 중단시키는 데 사용된다. 명령어 브레이크포인트 외에도 다음과 같은 다양한 종류가 있다.
1960년대 전신 타자기 콘솔의 출현은 더 많은 대화형 명령 줄 디버깅 기능을 가능하게 했지만, 1970년대 초반, 비디오 모니터가 메인프레임 컴퓨터에 널리 연결되면서 멀티태스킹 환경에서 완벽한 대화형, 전체 화면 디버깅이 현실화되었다. 이는 선택적으로 레지스터와 메모리 변경을 동시에 표시하면서 진정한 프로그램 애니메이션 방식으로 프로그램 실행을 단계별로 수행할 수 있게 했다. 처음에는 이러한 유형의 애니메이션이 디스어셈블러 또는 디컴파일된 기계어 수준이었지만, 나중에는 고급 프로그래밍 언어 소스 수준의 애니메이션으로 발전했다.
3. 브레이크포인트 종류
디버거는 브레이크포인트 지정 기능을 제공하여, 프로그래머가 프로그램의 특정 지점에 도달했을 때 자동으로 실행을 멈추고 메모리, 레지스터, 로그, 파일 등 실행 환경을 검사하여 프로그램이 예상대로 작동하는지 확인할 수 있도록 돕는다.
대부분의 CPU는 브레이크포인트를 하드웨어적으로 지원한다. 그러나 분기 지연 슬롯에 있는 명령어에는 브레이크포인트를 설정할 수 없는 등 마이크로아키텍처에 따른 제약이 있을 수 있다.
하드웨어 지원이 없는 경우, 디버거는 소프트웨어적으로 브레이크포인트를 구현한다. 페이징 방식의 가상 기억을 지원하는 운영체제에서는 데이터 쓰기 금지 트랩을 활용하여 성능 저하를 최소화할 수 있다.
FORTRAN과 같은 일부 프로그래밍 언어는 디버깅 기능을 다른 프로그램에 공개하기도 한다.
3. 1. 조건부 브레이크포인트
조건부 브레이크포인트는 프로그래머가 지정한 명령어 실행 직전에 실행 중인 프로그램을 중단시키는 가장 일반적인 형태이다. 이를 "명령어 브레이크포인트"라고 한다.[3]
특정 메모리 영역의 읽기, 쓰기 또는 수정과 같은 다른 종류의 조건을 사용할 수도 있다. 이를 "데이터 브레이크포인트" 또는 "감시점"이라고 한다. 변수가 특정 값을 가질 때와 같이 특정 조건이 충족될 경우에만 활성화되는 브레이크포인트를 "조건부 브레이크포인트"라고 한다.[3]
3. 2. 비대화형 브레이크포인트
컴퓨터 초창기, 프로그래머들은 기계어 패치를 사용하여 단일 파괴적 브레이크포인트를 구현했다. 이는 코어 덤프를 발생시키기 위한 것으로, 의도적인 "충돌" 발생 시점의 레지스터 및 메모리 상태를 제공했다.[1]
3. 3. 로그포인트
'''로그포인트'''는 실행을 중단하는 대신 정보만 출력(또는 "로그")하는 일종의 브레이크포인트이다. 일반적으로 개발자는 실행이 특정 지점에 도달했을 때 메시지 및/또는 변수 값을 인쇄하도록 지정할 수 있다.[4]
로그포인트는 디버깅 중인 프로그램에 로깅 문을 삽입하는 것(''printf 디버깅''이라고도 함)의 대안이며, 프로그램을 변경하는 것이 실용적이지 않을 때(예: 프로그램에서 호출하는 외부 라이브러리를 디버깅할 때) 특히 유용하다.
4. 조사 도구
브레이크포인트가 발생하면, 프로그램의 상태를 조사하거나 변경하기 위해 다양한 도구들이 사용된다. 각 스레드의 호출 스택은 중단된 명령에 도달하기까지의 서브루틴 호출 연쇄를 보여준다. '감시식' 목록은 선택된 변수 및 표현식의 값을 볼 수 있도록 한다. 프로세서 레지스터, 로드된 프로그램 모듈 및 기타 정보를 표시하는 도구도 있을 수 있다.[9]
5. 구현
브레이크포인트는 하드웨어 또는 소프트웨어 방식으로 구현될 수 있다.
일반적으로 브레이크포인트에는 프로그램 실행을 중단할지 여부를 결정하는 하나 이상의 조건을 설정할 수 있다. 가장 일반적인 것은 지정한 명령을 실행하기 전에 프로그램 실행을 중지하는 '명령 브레이크포인트'이다. 메모리의 특정 영역의 읽기, 쓰기, 업데이트를 트리거로 정지시키는 '데이터 브레이크포인트'(워치 포인트)도 있다. 그 외에도 시간을 지정하거나 키 입력을 트리거로 하는 브레이크포인트가 있다.
CPU는 브레이크포인트를 하드웨어로 지원하기도 한다. 하드웨어 지원이 없으면, 디버거에서 소프트웨어적으로 구현해야 한다. 데이터 브레이크포인트를 순수하게 소프트웨어로 구현하면 디버깅 대상 애플리케이션의 성능이 크게 저하될 수 있지만, 페이징 방식의 가상 기억을 지원하는 OS라면 성능 저하를 줄일 수 있다.[9]
FORTRAN의 일부 방언에는 `AT` 문이, Python에는 Python 프로그램에서 접근 가능한 디버거가 구현되어 있기도 하다.[10]
5. 1. 하드웨어 구현
많은 프로세서는 브레이크포인트를 위한 하드웨어 지원(일반적으로 명령어 및 데이터 브레이크포인트)을 포함한다.[9] 예를 들어, x86 명령어 집합 아키텍처는 x86 디버그 레지스터를 통해 하드웨어 지원을 제공한다. 이러한 하드웨어에는 제한 사항이 있을 수 있는데, 예를 들면 분기 지연 슬롯에 위치한 명령어에는 브레이크포인트를 걸 수 없다.[9] 이러한 종류의 제한은 프로세서의 마이크로아키텍처에 의해 강제되며, 프로세서마다 다르다.[9]5. 2. 소프트웨어 구현
하드웨어 지원이 없거나 멀티태스킹 환경에서는 디버거가 소프트웨어적으로 브레이크포인트를 구현해야 한다. 명령어 브레이크포인트의 경우, 브레이크포인트 위치의 명령어를 다음 중 하나로 대체하는 방식으로 구현할 수 있다.[14]- 디버거를 직접 호출하는 명령어 (예: 시스템 호출)
- 고의적인 프로그램 인터럽트를 일으키는 유효하지 않은 명령어 (디버거에 의해 가로채져서 관리됨)
이러한 방식은 공유 프로그램 저장소를 사용하는 멀티태스킹 시스템이나 프로그램이 보호된 메모리에 위치한 경우 구현이 어려울 수 있다.[14]
다른 구현 방식은 다음과 같다.
- 명령어 집합 시뮬레이터는 자신의 평범한 프로그램 사이클 안에 조건 테스트를 삽입하여 조건부 또는 무조건적인 브레이크포인트를 구현할 수 있다.[13]
- 인터프리트 언어는 자신의 프로그램 사이클 안에서 위와 같은 개념을 사용할 수 있다.
- 소스 코드를 인스트루먼테이션하여 내부 또는 외부 서브루틴을 발생시키는 함수를 만들어내는 것도 흔한 접근법이다.
소프트웨어로 데이터 브레이크포인트를 구현하면 디버깅되는 응용 프로그램의 성능이 크게 저하될 수 있다.[14]
6. 기타
몇몇 프로그래밍 언어 구현들은 다른 프로그램에서 사용되는 그들의 디버깅 함수들을 반영한다. 예를 들어, FORTRAN의 일부 방언에는 `AT` 문이 있는데, 이는 원래 명령 브레이크포인트를 위한 것이었다. Python에는 Python 프로그램에서 접근 가능한 디버거가 구현되어 있다[10]. 이러한 기능들은 COMEFROM 문과 같은 기능을 구현하는 데 남용될 수 있다[11].
참조
[1]
간행물
Recoding Gender: Women's Changing Participation in Computing
MIT Press
[2]
서적
ENIAC in Action:Making and Remaking the Modern Computer
MIT Press
[3]
웹사이트
FAQ How do I set a conditional breakpoint?
https://wiki.eclipse[...]
2023-04-19
[4]
웹사이트
Use Logpoints!
https://davidwalsh.n[...]
2021-03-22
[5]
웹사이트
GDB Internals
http://sources.redha[...]
[6]
웹사이트
Python Library Reference: The Python Debugger
https://docs.python.[...]
[7]
웹사이트
entrian.com – goto and comefrom for Python
http://entrian.com/g[...]
[8]
간행물
Recoding Gender: Women's Changing Participation in Computing
MIT Press
[9]
웹사이트
GDB Internals -- Watchpoints
http://sources.redha[...]
[10]
웹사이트
Python Library Reference: The Python Debugger
http://docs.python.o[...]
[11]
웹사이트
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http://entrian.com/g[...]
[12]
간행물
Recoding Gender: Women's Changing Participation in Computing
MIT Press
[13]
문서
IBM OLIVER (CICS interactive test/debug)
[14]
웹인용
GDB Internals
http://sources.redha[...]
2015-10-12
[15]
웹인용
Python Library Reference: The Python Debugger
https://docs.python.[...]
2014-08-20
[16]
웹사이트
entrian.com - goto and comefrom for Python
http://entrian.com/g[...]
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