Средства отладки для Windows

В пакет средств отладки для Windows входят современные отладочные инструменты, с помощью которых можно исследовать внутреннее устройство Windows. В самую последнюю версию в качестве составной части включен набор для разработки программного обеспечения — Windows Software Development Kit (SDK).

Средства из этого набора могут использоваться для отладки как процессов пользовательского режима, так и процессов ядра.

ПРИМЕЧАНИЕ. Средства отладки Debugging Tools for Windows довольно часто обновляются и выпускаются независимо от версий операционной системы Windows, поэтому почаще проверяйте наличие новых версий.

СОВЕТ. Отладка в пользовательском режиме.

Средства отладки могут также использоваться для подключения к процессу пользовательского режима и для изучения и (или) изменения состояния памяти процесса. При подключении к процессу есть два варианта:

• Навязчивый (Invasive). Если при подключении к запущенному процессу не даны специальные указания, для подключения отладчика к отлаживаемому коду используется Windows-функция DebugActiveProcess. Тем самым создаются условия для исследования и (или) изменения памяти процесса, установки контрольных точек и выполнения других отладочных функций. Windows позволяет остановить отладку без прерывания целевого процесса, если отладчик отключается без прерывания своей работы.
• Ненавязчивый (Noninvasive). При таком варианте отладчик просто открывает процесс с помощью функции OpenProcess. Этот процесс не подключается к другому процессу в качестве отладчика. Это позволяет исследовать и (или) изменять память целевого процесса, но вы не можете устанавливать контрольные точки.

Со средствами отладки можно также открывать файлы дампа процесса пользовательского режима.

Для отладки ядра могут использоваться два отладчика: работающий в окне командной строки (Kd.exe) и имеющий графический пользовательский интерфейс, GUI (Windbg.exe). Оба отладчика предоставляют одинаковый набор команд, поэтому выбор всецело зависит от личных предпочтений. Эти средства позволяют выполнять три типа отладки ядра:

• Открыть аварийный дамп-файл, созданный в результате аварийного завершения работы системы.
• Подключиться к действующей, работающей системе и исследовать состояние системы (или установить контрольные точки, если ведется отладка кода драйвера устройства). Для этой операции нужны два компьютера — целевой и ведущий. Целевой компьютер содержит отлаживаемую систему, а ведущий — систему, на которой запущен отладчик. Целевая система может быть подключена к ведущей через нуль-модемный кабель, кабель IEEE 1394 или отладочный кабель USB 2.0. Целевая система должна быть загружена в режиме отладки (либо путем нажатия F8 в процессе загрузки и выбора пункта Режим отладки (Debugging Mode), либо путем настройки системы на запуск в режиме отладки, используя Bcdedit или Msconfig.exe). Можно также подключиться через поименованный канал, применяемый при отладке через виртуальную машину (созданную такими средствами, как Hyper-V, Virtual PC или VMWare), путем выставления гостевой операционной системой последовательного порта в качестве поименованного канального устройства.
• Системы Windows позволяют также подключиться к локальной системе и исследовать ее состояние. Это называется «локальной отладкой ядра». Чтобы приступить к локальной отладке ядра с помощью отладчика WinDbg, откройте меню File (Файл), выберите пункт Kernel Debug (Отладка ядра), щелкните на вкладке Local (Локальная), а затем щелкните на кнопке OK. Целевая система должна быть загружена в отладочном режиме. Пример появляющегося при этом экрана показан на рис. 1.6. В режиме локальной отладки ядра не работают некоторые команды отладчика ядра (например, команда .dump, предназначенная для создания дампа памяти, хотя такой дамп можно создать с помощью рассматриваемого далее средства LiveKd).

Для отображения содержимого внутренней структуры данных, включающей сведения о потоках, процессах, пакетах запросов на ввод-вывод данных и информации об управлении памятью, после подключения к режиму отладки ядра можно воспользоваться одной из множества команд расширения отладчика (команд, начинающихся с символа «!»).

Отличным подсобным справочным материалом может послужить файл Debugger.chm, содержащийся в установочной папке отладчика WinDbg. В нем приводится документация по всем функциональным возможностям и расширениям отладчика ядра. В дополнение к этому команда dt (display type — отобразить тип) может отформатировать свыше 1000 структур ядра, поскольку в файлах символов ядра для Windows содержится информация о типах, которые отладчик может использовать для форматирования структур.

Эксперимент: Отображение информации о типах для структур ядра.

Чтобы вывести список структур ядра, чей тип информации включен в символы ядра, наберите в отладчике ядра команду dt nt!_*. Частичный образец вывода имеет следующий вид:

lkd> dt nt!_*

nt!_LIST_ENTRY

nt!_LIST_ENTRY

nt!_IMAGE_NT_HEADERS

nt!_IMAGE_FILE_HEADER

nt!_IMAGE_OPTIONAL_HEADER

nt!_IMAGE_NT_HEADERS

nt!_LARGE_INTEGER

Командой dt можно также воспользоваться для поиска определенных структур, используя заложенную в эту команду возможность применения символов-заместителей. Например, если ведется поиск имени структуры для объекта interrupt, нужно набрать команду dt nt!_*interrupt*:

lkd> dt nt!_*interrupt*

nt!_KINTERRUPT

nt!_KINTERRUPT_MODE

nt!_KINTERRUPT_POLARITY

nt!_UNEXPECTED_INTERRUPT

Затем, как показано в следующем примере, команду dt можно использовать для форматирования определенной структуры:

lkd> dt nt!_kinterrupt

nt!_KINTERRUPT

+0x000 Type : Int2B

+0x002 Size : Int2B

+0x008 InterruptListEntry : _LIST_ENTRY

+0x018 ServiceRoutine : Ptr64 unsigned char

+0x020 MessageServiceRoutine : Ptr64 unsigned char

+0x028 MessageIndex : Uint4B

+0x030 ServiceContext : Ptr64 Void

+0x038 SpinLock : Uint8B

+0x040 TickCount : Uint4B

+0x048 ActualLock : Ptr64 Uint8B

+0x050 DispatchAddress : Ptr64 void

+0x058 Vector : Uint4B

+0x05c Irql : UChar

+0x05d SynchronizeIrql : UChar

+0x05e FloatingSave : UChar

+0x05f Connected : UChar

+0x060 Number : Uint4B

+0x064 ShareVector : UChar

+0x065 Pad : [3] Char

+0x068 Mode : _KINTERRUPT_MODE

+0x06c Polarity : _KINTERRUPT_POLARITY

+0x070 ServiceCount : Uint4B

+0x074 DispatchCount : Uint4B

+0x078 Rsvd1 : Uint8B

+0x080 TrapFrame : Ptr64 _KTRAP_FRAME

+0x088 Reserved : Ptr64 Void

+0x090 DispatchCode : [4] Uint4B

Следует заметить, что при выполнении команды dt подструктуры (структуры внутри структур) по умолчанию не показываются. Для выполнения рекурсии подструктур нужно воспользоваться ключом –r. Например, воспользоваться этим ключом для вывода объекта прерывания ядра с показом формата структуры _LIST_ENTRY, хранящейся в поле InterruptListEntry:

lkd> dt nt!_kinterrupt -r

nt!_KINTERRUPT

+0x000 Type : Int2B

+0x002 Size : Int2B

+0x008 InterruptListEntry : _LIST_ENTRY

+0x000 Flink : Ptr64 _LIST_ENTRY

+0x000 Flink : Ptr64 _LIST_ENTRY

+0x008 Blink : Ptr64 _LIST_ENTRY

+0x008 Blink : Ptr64 _LIST_ENTRY

+0x000 Flink : Ptr64 _LIST_ENTRY

+0x008 Blink : Ptr64 _LIST_ENTRY

В файле справки Debugging Tools for Windows также объясняется, как настраиваются и используются отладчики ядра. Дополнительные подробности использования отладчиков ядра, предназначенные непосредственно для создателей драйверов устройств, могут быть найдены в документации по набору Windows Driver Kit.