准备工作
在经过一番准备之后，现在我们可以开始正式使用WinDbg+SOS来调试托管代码了。如果你没有看过前两篇文章，那么请先阅读这两篇文章以对WinDbg+SOS有一个大致的了解。这两篇文章的链接在这里：
.NET Rotor源码研究4 – 修改Rotor使其发送CLR Notification：http://blog.csdn.net/ATField/archive/2007/05/21/1618535.aspx
.NET Rotor源码研究3 - 调试Rotor托管代码的利器：WinDbg和SOS：http://blog.csdn.net/ATField/archive/2007/05/12/1606151.aspx
除此之外，还需要准备一个小程序来进行调试，本文所使用的程序如下：(hello.cs)
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namespace Hello { class Hello { public static void Main(string[] args) { System.Console.WriteLine("Your name please?"); string s = System.Console.ReadLine(); Welcome(s); Welcome(s); } public static void Welcome(string name) { System.Console.WriteLine("Hello " + name); } } } |
打开命令提示符，进入sscli20目录，键入：
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env dbg |
进入Rotor的调试环境，如果你还没有Build出Rotor的一个Debug版本，那么请参照本系列的第一篇文章来设置你的环境并Build出一个调试版本的Rotor。文章的链接在这里：
.NET Rotor源码研究1 – Building Rotor：http://blog.csdn.net/ATField/archive/2006/12/31/1471465.aspx
如果已经Build出来了一个Rotor的x86调试版本，那么可以开始动手编译hello.cs （假定hello.cs位于binaries.x86dbg.rotor目录下）：
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cd binaries.x86dbg.rotor csc hello.cs |
编译之后，启动调试器。这里我们不能直接调试hello.exe，否则.NET将会执行hello.exe，这里我们需要使用clix.exe来运行hello.exe，这样才可以让Rotor来运行hello.exe:：
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windbg clix hello.exe |
请保证WinDbg已经被安装并且在其路径在Path变量中。
程序的加载
启动调试器，我们停在程序加载的位置，Call Stack如下（如果你没有Windows系统DLL所对应的Symbol，那么你看到的会有所不同，这里因为有Symbol，结果更加准确）：
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ntdll!DbgBreakPoint ntdll!LdrpDoDebuggerBreak+0x31 ntdll!LdrpInitializeProcess+0xffc ntdll!_LdrpInitialize+0xf5 ntdll!LdrInitializeThunk+0x10 |
在本系列的第二篇文章中曾经提到，用到PAL的程序的main实际是在PAL_startup_main，如果你还没有看到第二篇文章的话，连接在这里：
.NET Rotor源码研究2 - PAL ：http://blog.csdn.net/ATField/archive/2007/01/12/1481538.aspx
在调试器中输入：
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bp clix!PAL_startup_main g |
第一条语句的作用是设置断点于clix.exe的PAL_startup_main函数，第二条语句命令WinDbg继续执行。执行g之后WinDbg很快在clix的main函数停下来，这里的main实际上就是PAL_startup_main，被#define过：
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int __cdecl main(int argc, char **argv) { // 省略… nExitCode = Launch(pModuleName, pActualCmdLine); } DWORD Launch(WCHAR* pFileName, WCHAR* pCmdLine) { // 省略… nExitCode = _CorExeMain2(NULL, 0, pFileName, NULL, pCmdLine); return nExitCode; } |
这里有不少无关的代码，大部分是分析命令行，直接来到Launch函数调用，Launch函数负责启动ModuleName，也就是hello.exe，启动工作由_CorExeMain2执行。在Windbg中F10和F11仍然可以工作（当然命令行也可以）。一路执行到_CorExeMain2然后F11，会发现来到了sscoree的_CorExeMain2函数，位于sscoree_shims.h之中：
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SSCOREE_SHIM_RET ( __int32, STDMANGLE(_CorExeMain2,20), ( PBYTE pUnmappedPE, DWORD cUnmappedPE, LPWSTR pImageNameIn, LPWSTR pLoadersFileName, LPWSTR pCmdLine), ( pUnmappedPE, cUnmappedPE, pImageNameIn, pLoadersFileName, pCmdLine), -1) |
这个函数代码很奇怪，只是一些函数调用。仔细观察一下这个头文件，发现这个文件是很有规律的由下面内容组成：
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SSCOREE_LIB_START (mscorwks) SSCOREE_SHIM_RET ( HRESULT, STDMANGLE(MetaDataGetDispenser,12),SSCOREE_LIB_END (mscorwks) … … SSCOREE_LIB_END (mscorwks) SSCOREE_LIB_START (mscorpe) … SSCOREE_LIB_END (mscorpe) SSCOREE_LIB_START (mscordbi) … … |
这个提示我们SSCOREE.dll会负责将列表中的函数转发到对应的DLL中的对应函数。实际上，这正是sscoree.dll所起到的作用之一，确定Rotor版本，加载对应版本的Rotor，并调用对应版本的Rotor的相应函数，因此sscoree（在.NET中则是mscoree）又被称为Shim。这个SSCOREE_SHIM_RET只是一个宏定义，如下：
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#define SSCOREE_SHIM_BODY(FUNC,RET_COMMAND,SIG_RET,SIG_ARGS,ARGS) \ do { \ SSCOREE_SHIM_CUSTOM_INIT \ FARPROC proc_addr = SscoreeShimGetProcAddress ( \ SHIMSYM_ ## FUNC, \ #FUNC); \ _ASSERTE (proc_addr); \ if (proc_addr) { \ RET_COMMAND ((SIG_RET (STDMETHODCALLTYPE *)SIG_ARGS)proc_addr)ARGS; \ } \ } while (0) #define SSCOREE_SHIM_RET(SIG_RET,FUNC,SIG_ARGS,ARGS,ONERROR) \ extern "C" \ SIG_RET STDMETHODCALLTYPE FUNC SIG_ARGS \ { \ SSCOREE_SHIM_BODY (FUNC, return, SIG_RET, SIG_ARGS, ARGS); \ return ONERROR; \ } #define SSCOREE_SHIM_NORET(FUNC,SIG_ARGS,ARGS) \ extern "C" \ void STDMETHODCALLTYPE FUNC SIG_ARGS \ { \ SSCOREE_SHIM_BODY (FUNC, ; ,void, SIG_ARGS, ARGS); \ } |
可以看到在sscoree中每个类似_CorExeMain2的函数大致作的事情都很类似，首先调用SscoreeShimGetProcAddress获得在Rotor核心DLL中的地址，然后调用之。
回到调试器，按下F11，直接进入SscoreeShimGetProcAddress函数：
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FARPROC SscoreeShimGetProcAddress ( ShimmedSym SymIndex, LPCSTR SymName) { FARPROC proc; #ifdef TRACE_LOADS printf ("SscoreeShimGetProcAddress: Loading Symbol %d (%s)\n", SymIndex, g_Syms[SymIndex].Name); #endif _ASSERTE (SYM_INDEX_VALID (SymIndex)); _ASSERTE (SymName); _ASSERTE (g_Syms[SymIndex].Name); _ASSERTE (!strcmp (g_Syms[SymIndex].Name, SymName)); proc = g_Syms[SymIndex].Proc; if (proc == NULL) { proc = SetupProc(SymIndex, SymName); } return proc; } |
g_Syms是一个全局的数组，用于保存每个函数的实际地址，如果地址=NULL，说明还没有获得此函数的地址，需要调用SetupProc：
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static FARPROC SetupProc ( ShimmedSym SymIndex, LPCSTR SymName) { HMODULE lib_handle; FARPROC proc; ShimmedLib LibIndex = FindSymbolsLib (SymIndex); _ASSERTE (LIB_INDEX_VALID (LibIndex)); #ifdef TRACE_LOADS printf ("SscoreeShimGetProcAddress: Loading library %d (%S)\n", LibIndex, g_Libs[LibIndex].Name); #endif lib_handle = g_Libs[LibIndex].Handle; if (lib_handle == NULL) { lib_handle = SetupLib (LibIndex); if (lib_handle == NULL) return NULL; } _ASSERTE (lib_handle); proc = g_Syms[SymIndex].Proc; if (proc == NULL) { proc = GetProcAddress (lib_handle, SymName); if (!proc) { #ifdef _DEBUG fprintf (stderr, "SscoreeShimGetProcAddress: GetProcAddress (\"%s\") failed\n", SymName); #endif return proc; } g_Syms[SymIndex].Proc = proc; } return proc; } |
FindSymbols负责找到函数和DLL之间的对应关系：
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ShimmedLib FindSymbolsLib ( ShimmedSym SymIndex) { // some trickery to figure out which library this symbol is in _ASSERTE (SYM_INDEX_VALID (SymIndex)); #define SSCOREE_LIB_START(LIBNAME) \ if (SymIndex < SHIMLIB_ ## LIBNAME) { \ return LIB_ ## LIBNAME; \ } \ if (SymIndex == SHIMLIB_ ## LIBNAME) { \ return LIB_ ## MAX_LIB; \ } #include "sscoree_shims.h" return LIB_MAX_LIB; } |
这个函数的实现非常有意思，直接定义了两个宏然后include了sscoree_shims.h。实际上这是一个很有意思的技巧，sscoree_shims.h中以宏的形式保存了每个函数和每个DLL，这样，通过定义宏的内容，可以对同样的sscoree_shims.h中的内容转换成不同的代码，比如这里就是把这个文件转换成了一系列的if语句，判断函数Index的范围，返回DLL（这里称之为LIB）的Index，避免了重复代码。
再回到SetupProc函数，这次需要注意的SetupProc在调用FindSymbolsLib之后接着调用了SetupLib函数：
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HMODULE SetupLib ( ShimmedLib LibIndex) { HMODULE lib_handle; WCHAR FullPath[_MAX_PATH]; if (!PAL_GetPALDirectory (FullPath, _MAX_PATH)) { return NULL; } if (wcslen(FullPath) + wcslen(g_Libs[LibIndex].Name) >= _MAX_PATH) { SetLastError(ERROR_FILENAME_EXCED_RANGE); return NULL; } wcsncat(FullPath, g_Libs[LibIndex].Name, _MAX_PATH); lib_handle = LoadLibrary (FullPath); if (lib_handle == NULL) { #ifdef _DEBUG fprintf (stderr, "SscoreeShimGetProcAddress: LoadLibrary (\"%S\") failed\n", FullPath); DisplayMessageFromSystem(GetLastError()); #endif return lib_handle; } g_Libs[LibIndex].Handle = lib_handle; #ifdef _DEBUG // first time we've hit this library. Run some tests. SscoreeVerifyLibrary (LibIndex); #endif ROTOR_PAL_CTOR_TEST_RUN(SSCOREE_INT); return lib_handle; } |
这个函数不长，根据PAL所在目录加载对应的DLL从而实现不同版本的Rotor共存的功能，并且返回加载的DLL的Handle。这里我们所需要的DLL是mscorwks.dll，是.NET / Rotor 虚拟机的工作站（WorkStation）版本的核心DLL。
执行到wcsncat语句之后，在调试器中输入：
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dv FullPath |
这条命令作用是显示FullPath局部变量的值，结果为:
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FullPath = wchar_t [260] "D:\usr\src\sscli20\binaries.x86dbg.rotor\mscorwks.dll" |
可以看到我们需要运行mscorwks!_CorExeMain。
再度回到SetupProc，这次SetupProc调用GetProcAddress获得对应函数的地址并保存，然后返回。下面的代码就不需要继续执行了。在调试器中输入下面语句：
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g mscorwks!_CorExeMain2 |
这条语句让WinDbg执行程序直到遇见mscorwks!_CorExeMain2函数为止：
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//***************************************************************************** // This entry point is called from the native entry piont of the loaded // executable image. The command line arguments and other entry point data // will be gathered here. The entry point for the user image will be found // and handled accordingly. //***************************************************************************** __int32 STDMETHODCALLTYPE _CorExeMain2( // Executable exit code. PBYTE pUnmappedPE, // -> memory mapped code DWORD cUnmappedPE, // Size of memory mapped code __in LPWSTR pImageNameIn, // -> Executable Name __in LPWSTR pLoadersFileName, // -> Loaders Name __in LPWSTR pCmdLine) // -> Command Line { |
加载SOS，设置断点
对了，现在我们还需要加载SOS，因为SOS需要mscorwks，因此在这个时候加载SOS正合适。在调试器中输入：
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.loadby sos mscorwks |
这条语句负责将和mscorwks在同一目录下的sos.dll作为WinDbg的Extension加载。如果你没有看到任何提示信息，那么加载成功了。如果提示出错，请检查在binaries.x86dbg.rotor目录下面确实存在SOS.dll，并且WinDbg已经被修改过或者MSVCR80D.dll在路径中，具体可以参考本系列第3篇文章：
.NET Rotor源码研究3 - 调试Rotor托管代码的利器：WinDbg和SOS：http://blog.csdn.net/ATField/archive/2007/05/12/1606151.aspx
成功加载之后，为了验证之前我们对IsDebuggerPresent的修改确实生效，输入：
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!bpmd hello.exe Hello.Hello.Main g |
前一条命令是SOS命令，负责对Hello.Hello.Main函数设置断点，实际上在CLR中设置断点要比一般程序中设置断点要复杂的多，并且需要notification才可以工作，在后面我将会讲到具体的过程。后面的g命令告诉WinDbg继续执行，注意在WinDbg的输出有如下内容：
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(11fc.1088): CLR notification exception - code e0444143 (first chance) CLR notification: module 'sorttbls.nlp' loaded (11fc.1088): CLR notification exception - code e0444143 (first chance) (11fc.1088): CLR notification exception - code e0444143 (first chance) CLR notification: method 'Hello.Hello.Main(System.String[])' code generated (11fc.1088): CLR notification exception - code e0444143 (first chance) JITTED hello!Hello.Hello.Main(System.String[]) |
若干CLR Notification已经发出，最重要的是最后一个notification，通知Hello.Hello.Main已经被JIT编译成功，之后很快WinDbg在Hello.Hello.Main函数停下了，说明断点设置成功。
OK，至此我们在Windbg中完整地跟踪了CLIX的启动过程和SSCOREE的函数转发，并成功加载了SOS。下一篇文章将回归mscorwks!_CorExeMain2函数，继续我们在.NET / Rotor之中的探索过程，请继续关注。