Режим отладки ядра windows 7 время выполнения. Средства отладки режима ядра операционной системы Windows

Иногда у меня возникает ситуация, когда Windows ожидает время загрузки для отладчика ядра. Вы видите текст «Windows start», но не логотип.

Если я присоединяю отладчик сейчас, воспроизводится анимация логотипа Windows 7. После этого логотип начинает пульсировать. На этом этапе процесс загрузки больше не продвигается. Загрузка процессора снижается до минимума. Я жду обычно несколько минут, но ничего не происходит.

Это происходит не всегда. Однако, если это произойдет, сброс VM не поможет. Для устранения этой проблемы мне нужно использовать ремонт при запуске. К сожалению, это длится вечно.

Любые идеи, что я могу сделать, кроме запуска ремонта при запуске?

Заранее спасибо!

3

2 ответы

Чтобы устранить проблему, с которой вы столкнулись, достаточно просто нажать F10 во время загрузки. И удалить/отладить и связанные параметры. Затем нажмите enter.

Предложение: Не используйте параметр/debug для параметра меню загрузки по умолчанию. Скопируйте конфигурацию загрузки в новую запись. Затем установите его в режим отладки. Windows не знает, когда вы будете использовать отладчик. Поэтому он должен ждать.

Введение

1. Типы Windows-отладчиков

2. Отладчики режима пользователя

3. Отладчики режима ядра

3.1 Отладчик WDEB386

3.2 Отладчик I386KD

3.3 Отладчик Win DBG

3.4 Отладчик SoftICE

4. Общий вопрос отладки

5. Автоматический запуск приложений в отладчике

5.1 Быстрые клавиши прерываний

Заключение

Литература

Введение

Изучение механизма работы программных инструментов - наиболее трудная часть отладочного процесса. Только понимая возможности и ограничения инструментов, можно получать от них большую отдачу и тратить меньше времени на отладку. Как правило, отладчики чрезвычайно полезны, но могут привести к довольно тонким проблемам, заводящим программиста в тупик. В этой главе показано, что такое отладчик и как различные отладчики работают в операционных системах Win32 (32-разрядных операционных системах Windows фирмы Microsoft).

При этом сосредоточимся на тех специальных свойствах отладчиков вообще, которые включены, когда под управлением последних выполняется какой-то программный процесс. Кроме того, здесь поясняются возможности усиления некоторых свойств 32-разрядных операционных систем Windows, позволяющие облегчить процесс отладки. Будут представлены два авторских отладчика, исходный код которых можно найти на сопровождающем компакт-диске. Первый (MinDBG) имеет достаточные возможности для того, чтобы его называли отладчиком. Второй (WDBG) - пример отладчика Microsoft Windows, который делает почти все, что и реальный системный отладчик, включая манипулирование таблицами символов, обработку точек прерывания, генерацию кода дизассемблера и координирование с графическим интерфейсом пользователя (GUI). При обсуждении WDBG мы покажем, как работают точки прерывания, и обсудим, что представляют собой различные файлы символов (symbol files).

Прежде чем переходить к основному материалу этой главы, определим два стандартных термина, которые будут часто использоваться в этой книге: основной (или базовый) отладчик (debugger) и подчиненный отладчик (debuggee). Проще говоря, основной отладчик - это процесс, который в отладочном отношении может контролировать другой процесс, а подчиненный отладчик - это процесс, запускаемый под основным отладчиком. В некоторых операционных системах основной отладчик называют родительским процессом, а подчиненный - дочерним.

Отла́дчик (деба́ггер, англ. debugger от bug) - компьютерная программа, предназначенная для поиска ошибок в других программах, ядрах операционных систем, SQL-запросах и других видах кода. Отладчик позволяет выполнять трассировку, отслеживать, устанавливать или изменять значения переменных в процессе выполнения кода, устанавливать и удалять контрольные точки или условия остановки и т.д.

Большинству разработчиков больше знакомы отладчики пользовательского режима. Не удивительно, что отладчики этого режима предназначены для отладки приложений пользовательского режима (user-mode applications). Главный пример отладчика режима пользователя - отладчик Microsoft Visual C++. Отладчики режима ядра, как следует из их названия, - это такие отладчики, которые позволяют отлаживать ядро операционной системы. Они используются главным образом теми, кто пишет (и отлаживает, конечно) драйверы устройств.

2. Отладчики режима пользователя

Отладчики режима пользователя предназначены для отладки любого приложения, выполняющегося в режиме пользователя, включая любые GUI-программы, а также такие не совсем обычные приложения, как службы (services) Windows 2000. В общем случае, отладчики этого типа поддерживают графический интерфейс пользователя (GUI1). Главный признак таких отладчиков - они используют отладочный интерфейс прикладного программирования (отладочный API) Win32. Поскольку операционная система помечает подчиненный отладчик как "выполняющийся в специальном режиме", то, чтобы выяснить, выполняется ли ваш процесс под отладчиком, можно использовать API-функцию IsDebuggerPresent.

При поставке отладочного API Win32 подразумевается следующее соглашение: раз процесс выполняется под отладочным API (и делает его, таким образом, подчиненным процессом), основной отладчик не может отделиться от данного процесса. Эти симбиозные отношения означают, что если основной отладчик завершает работу, то завершается также и подчиненный отладчик. Основной отладчик ограничивается отладкой только подчиненного отладчика и любых порожденных им процессов (если основной отладчик поддерживает процессы-потомки).

GUI - Graphical User Interface. - Пер.

Для интерпретируемых языков и исполнительных (run-time) систем, которые используют подход виртуальной машины, полную отладочную среду обеспечивают сами виртуальные машины, и они не используют отладочный API Win32. Вот некоторые примеры таких типов сред: виртуальные Java-машины (JVM) фирм Microsoft или Sun, среда сценариев для Web-приложений фирмы Microsoft, и интерпретатор р-кода в системе Microsoft Visual Basic.

отладчик ядро операционная система

Мы доберемся до отладки в Visual Basic в главе 7, но знайте, что интерфейс р-кода Visual Basic не документирован. Не будем вникать в отладочные интерфейсы Java и сценариев, эти темы выходят за рамки данной книги. Дополнительную информацию по отладке и профилированию Microsoft JVM ищите в разделе "Debugging and Profiling Java Applications" (Отладка и профилирование приложений Java) на MSDN. Набор таких интерфейсов весьма богат и разнообразен и позволяет полностью управлять работой JVM. Информацию о написании отладчика сценария можно найти в разделе MSDN "Active Script Debugging API Objects" (Активные объекты отладочных API-сценариев). Подобно JVM, объекты отладчика сценариев обеспечивают богатый интерфейс для сценариев доступа и документирования.

Отладочный API Win32 использует удивительно много программ. К ним относятся: отладчик Visual C++, который подробно рассматривается в главах 5 и 6; отладчик Windows (WinDBG), который обсуждается в следующем разделе (посвященном отладчику режима ядра); программа BoundsChecker фирмы Compuware NuMega; программа Platform SDK HeapWalker; программа Platform SDK Depends; отладчики Borland Delphi и C++ Builder, а также символический отладчик NT Symbolic Debugger (NTSD). Я уверен, что их намного больше.

3. Отладчики режима ядра

Отладчики режима ядра находятся между CPU и операционной системой. Это означает, что, когда вы останавливаете отладчик режима ядра, операционная система также полностью останавливается. Нетрудно сообразить, что переход операционной системы к резкому останову полезен, когда вы работаете с таймером и над проблемами синхронизации. Все-таки, за исключением одного отладчика, о котором будет рассказано ниже (в разделе "Отладчик SoftlCE" данной главы), нельзя отлаживать код пользовательского режима с помощью отладчиков режима ядра.

Отладчиков режима ядра не так много. Вот некоторые из них: Windows 80386 Debugger (WDEB386), Kernel Debugger (1386KD), WinDBG и SoftlCE. Каждый из этих отладчиков кратко описан в следующих разделах.

3.1 Отладчик WDEB386

WDEB386 - это отладчик режима ядра Windows 98, распространяемый в составе Platform SDK. Этот отладчик полезен только для разработчиков, пишущих драйверы виртуальных устройств Windows 98 (VxD). Подобно большинству отладчиков режима ядра для операционных систем Windows, отладчик WDEB386 требует для работы две машины и нуль-модемный кабель. Две машины необходимы потому, что часть отладчика, которая выполняется на целевой машине, имеет ограниченный доступ к ее аппаратным средствам, так что он посылает свой вывод и получает команды от другой машины.

Отладчик WDEB386 имеет интересную историю. Он начинался как внутренний фоновый инструмент Microsoft в эпоху Windows 3.0. Его было трудно использовать, и он не имел достаточной поддержки для отладки исходного кода и других приятных свойств, которыми нас испортили отладчики Visual C++ и Visual Basic.

"Точечные" (DOT) команды - наиболее важная особенность WDEB386. Через прерывание INT 41 можно расширять WDEB386 с целью добавления команд. Эта расширяемость позволяет авторам VxD-драйверов создавать заказные отладочные команды, которые дают им свободный доступ к информации в их виртуальных устройствах. Отладочная версия Windows 98 поддерживает множество DOT-команд, которые позволяют наблюдать точное состояние операционной системы в любой точке процесса отладки.

3.2 Отладчик I386KD

Windows 2000 отличается от Windows 98 тем, что реально действующая часть отладчика режима ядра является частьюNTOSKRNL. EXE - файла главного ядра операционной системы Windows 2000. Этот отладчик доступен как в свободных (выпускных), так и в проверенных (отладочных) конфигурациях операционной системы. Чтобы включить отладку в режиме ядра, установите параметр загрузчика /DEBUG в BOOT. INI и, дополнительно, опцию загрузчика /DEBUGPORT, если необходимо установить значение коммуникационного порта отладчика режима ядра, отличающееся от умалчиваемого (СОМ1). I386KD выполняется на своей собственной машине и сообщается с машиной Windows 2000 через кабель нуль-модема.

Отладчик режима ядра NTOSKRNL. EXE делает только то, что достаточно для управления CPU, так чтобы операционная система могла быть отлажена. Большая часть отладочной работы - обработка символов, расширенные точки прерывания и дизассемблирование - выполняется на стороне 1386KD. Одно время Windows NT 4 Device Driver Kit (DDK) документировал протокол, используемый в кабеле нуль-модема. Однако Microsoft больше его не документирует.

Мощь 1386KD очевидна, если посмотреть на все команды, которые он предлагает для доступа к внутреннему состоянию Windows 2000. Знание механизма работы драйверов устройств в Windows 2000 поможет программисту следить за выводом многих команд. Не смотря на всю свою мощь, i386KD почти никогда не применяется, потому что это консольное приложение, которое очень утомительно использовать для отладок исходного уровня.

3.3 Отладчик Win DBG

WinDBG - это отладчик, который поставляется в составе Platform SDK. Можно также загрузить его с#"897008.files/image001.gif">

Рис 1. Вывод программы GFLAGS. EXE

Листинг 4-1. Пример разрушения heap-области Windows 2000

void main (void)

HANDLE hHeap = HeapCreate (0, 128, 0);

// Распределить память для блока размером в 10 байтов.

LPVOID pMem = HeapAlloc (hHeap, 0,10);

// Записать 12 байт в 10-байтовый блок (переполнение heap-области).

memset (pMem, OxAC,

// Распределить новый блок размером 20 байт.

LPVOID pMem2 = HeapAlloc (hHeap, 0, 20);

// Записать 1 байт во второй блок.

char * pUnder = (char *) ((DWORD) pMem2 - 1);

// Освободить первый блок. Это обращение к HeapFree будет

// инициировать точку прерывания в коде отладочной heap-области

// операционной системы.

HeapFree (hHeap, 0, pMem);

// Освободить второй блок. Заметим, что этот вызов не будет

// выдавать соообщения о неполадке

HeapFree (hHeap, 0, pMem2);

// Освободить фиктивный блок. Заметим, что этот вызов не будет

// выдавать сообщения о неполадке

Если установить те же флажки, что на рис.4.1, и повторить выполнение HEAPER. EXE, то будет получен следующий, более многословный вывод:

PAGEHEAP: process 0x490 created debug heap 00430000

(flags 0xl, 50, 25, 0, 0): process 0x490 created debug heap 00CF0000

(flags Oxl, 50, 25, 0, - 0): process 0x490 created debug heap 01600000

(flags Oxl, 50, 25, 0, 0): Tail fill corruption detected:at 0x01606FF0size 0x0000000Asize 0x00000010at Ox01606FFA: Attempt to reference block which is not allocated

Содержимое листинга объясняют названия флажков, установленных панелью Global Flags.

Обсуждая программу GFLAGS. EXE, я хочу указать на одну очень полезную опцию - Show Loader Snaps. Если вы установите этот флажок и выполните приложение, то увидите то, что называют снимком (snap) приложения, в котором видно, где Windows 2000 загружает DLL-файлы и как она начинает организацию импорта. Если необходимо точно видеть, что делает загрузчик Windows 2000 при загрузке приложения (особенно в том случае, когда в нем обнаружена проблема), то включение этой опции может оказаться весьма полезным мероприятием. Дополнительную информацию по снимкам загрузчика можно получить в колонке Мэта Пьетрека "Under the Hood" в сентябрьском выпуске Microsoft Systems Journal за 1999 год.

5. Автоматический запуск приложений в отладчике

Самыми трудными для отладки типами приложений являются те приложения, которые запускаются другим процессом. В эту категорию нападают службы Windows 2000 и внепроцессные (out-of-process) СОМ-серверы (СОМ out-of-process servers). Чтобы заставить отладчик прикрепиться к процессу, во многих случаях можно использовать API-функцию DebugBreak. В двух случаях, однако, эта функция работать не будет. Во-первых, она иногда не работает со службами Windows 2000. Если нужно отладить запуск службы, то вызов DebugBreak присоединит отладчик, но к тому времени, когда отладчик запустится, может быть исчерпан интервал тайм-аута службы, и Windows 2000 остановит ее. Во-вторых, DebugBreak не будет работать, когда нужно отлаживать внепроцессный СОМ-сервер. Если вы вызовете DebugBreak, обработчик СОМ-ошибок отловит исключение точки прерывания и завершит СОМ-сервер. К счастью, Windows 2000 позволяет указать, что приложение должно стартовать в отладчике. Это свойство позволяет начать отладку прямо с первой инструкции. Однако, прежде чем вы включите это свойство для службы Windows 2000, удостоверьтесь, что в этой службе сконфигурирована возможность взаимодействия с рабочим столом Windows 2000.

Свойство запуска с отладчиком можно включить двумя способами. Самый легкий - запустить утилиту GFLAGS. EXE и выбрать переключатель Image File Options (см. рис.4.1). После ввода в редактируемое поле Image File Name имени двоичного файла программы установите флажок Debugger в группе Image Debugger Options ) и введите в редактируемое поле рядом с этим флажком полный путь к отладчику.

Более трудный способ: нужно вручную установить необходимые параметры з подходящие разделы реестра (с помощью редактора RegEdit). В разделе_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows NTXCurrent Version\Image Tile Execution Options

создайте подраздел, имя которого совпадает с именем файла вашего приложения. Например, если имя приложения - FOO. EXE, то имя подраздела реестра тоже FOO. EXE. В этом подразделе создайте новый строковый параметр с именем Debugger. В диалоговом окне Изменение строкового параметра введите с клавиатуры полное (вместе с путем к каталогу) имя файла выбранного вами отладчика. Если вы указали GFLAGS. EXE и установили некоторые глобальные опции, то сможете заметить в ключе вашего приложения строчное значение GiobaiFiag.

Теперь при запуске вашего приложения автоматически загружается и запускается и отладчик. Опции командной строки для отладчика также можно определить в строковом параметре Debugger (вслед за именем программы отладчика). Например, для того чтобы использовать отладчик WinDBG и автоматически инициировать отладку, как только стартует WinDBG, нужно в диалоговом окне изменения строкового параметра Debugger ввести значение d: \platform sdk\bin\windbg. exe - g.

5.1 Быстрые клавиши прерываний

Иногда нужно быстро войти в отладчик. Если вы отлаживаете консольные приложения, то нажатие клавиш + или + вызовет специальное исключение (с именем DBG_CONTROL_C). Это исключение переведет вас прямо в отладчик и позволит стартовать отладку.

Полезным свойством как Windows 2000, так и Windows NT 4 является возможность в любое время переходить в отладчик также и в GUI-приложениях. При выполнении под отладчиком нажатие клавиши приводит (по умолчанию) к вызову функции DebugBreak. Интересный аспект обработки этой клавиши заключается в том, что, даже если вы используете ее как акселератор или как-то иначе обрабатываете сообщения клавиатуры для этой клавиши, она все еще будет подключать вас к отладчику.

В Windows NT 4 быстрая клавиша прерывания назначена по умолчанию, однако в Windows 2000 вы можете сами определить, какую клавишу следует использовать для этих целей. Для чего в разделе реестра

HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\ Microsoft\WindowsNT\CurrentVersion\AeDebug

установите для параметра userDebuggerHotKey значение кода клавиши (VK_*). Например, чтобы использовать клавишу для подключения к отладчику, следует установить значение UserDebuggerHotKey равным 0x91. Изменения вступают в силу после перезагрузки компьютера.

Заключение

Мы рассмотрели основные черты отладки, его типы и виды, общий вопрос отладки, а также ошибки и способы их обнаружения.

Существующие отладчики играют важную роль в разработке ПО при поиске логических ошибок, предоставляя широкий набор средств, включающих поддержку исходных текстов, трассировку выполнения приложения, динамическую модификацию памяти, и. т.д.


Литература

1.. aspx?.aspx?id=553022>

2. https: // ru. wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%82%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D1%87%D0%B8%D0%BA

Http://bourabai. kz/alg/debug4. htm

4. Костюхин К. - ОТЛАДКА СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ. Обзор

Отладчики режима ядра находятся между CPU и операционной системой. Это означает, что, когда вы останавливаете отладчик режима ядра, операционная система также полностью останавливается. Нетрудно сообразить, что переход операционной системы к резкому останову полезен, когда вы работаете с таймером и над проблемами синхронизации. Все-таки, за исключением одного отладчика, о котором будет рассказано ниже (в разделе "Отладчик SoftlCE" данной главы), нельзя отлаживать код пользовательского режима с помощью отладчиков режима ядра.

Отладчиков режима ядра не так много. Вот некоторые из них: Windows 80386 Debugger (WDEB386), Kernel Debugger (1386KD), WinDBG и SoftlCE. Каждый из этих отладчиков кратко описан в следующих разделах.

Отладчик WDEB386

WDEB386 - это отладчик режима ядра Windows 98, распространяемый в составе Platform SDK. Этот отладчик полезен только для разработчиков, пишущих драйверы виртуальных устройств Windows 98 (VxD). Подобно большинству отладчиков режима ядра для операционных систем Windows, отладчик WDEB386 требует для работы две машины и нуль-модемный кабель. Две машины необходимы потому, что часть отладчика, которая выполняется на целевой машине, имеет ограниченный доступ к ее аппаратным средствам, так что он посылает свой вывод и получает команды от другой машины.

Отладчик WDEB386 имеет интересную историю. Он начинался как внутренний фоновый инструмент Microsoft в эпоху Windows 3.0. Его было трудно использовать, и он не имел достаточной поддержки для отладки исходного кода и других приятных свойств, которыми нас испортили отладчики Visual C++ и Visual Basic.

"Точечные" (DOT) команды - наиболее важная особенность WDEB386. Через прерывание INT 41 можно расширять WDEB386 с целью добавления команд. Эта расширяемость позволяет авторам VxD-драйверов создавать заказные отладочные команды, которые дают им свободный доступ к информации в их виртуальных устройствах. Отладочная версия Windows 98 поддерживает множество DOT-команд, которые позволяют наблюдать точное состояние операционной системы в любой точке процесса отладки.

Отладчик I386KD

Windows 2000 отличается от Windows 98 тем, что реально действующая часть отладчика режима ядра является частьюNTOSKRNL. EXE - файла главного ядра операционной системы Windows 2000. Этот отладчик доступен как в свободных (выпускных), так и в проверенных (отладочных) конфигурациях операционной системы. Чтобы включить отладку в режиме ядра, установите параметр загрузчика /DEBUG в BOOT. INI и, дополнительно, опцию загрузчика /DEBUGPORT, если необходимо установить значение коммуникационного порта отладчика режима ядра, отличающееся от умалчиваемого (СОМ1). I386KD выполняется на своей собственной машине и сообщается с машиной Windows 2000 через кабель нуль-модема.

Отладчик режима ядра NTOSKRNL. EXE делает только то, что достаточно для управления CPU, так чтобы операционная система могла быть отлажена. Большая часть отладочной работы - обработка символов, расширенные точки прерывания и дизассемблирование - выполняется на стороне 1386KD. Одно время Windows NT 4 Device Driver Kit (DDK) документировал протокол, используемый в кабеле нуль-модема. Однако Microsoft больше его не документирует.

Мощь 1386KD очевидна, если посмотреть на все команды, которые он предлагает для доступа к внутреннему состоянию Windows 2000. Знание механизма работы драйверов устройств в Windows 2000 поможет программисту следить за выводом многих команд. Не смотря на всю свою мощь, i386KD почти никогда не применяется, потому что это консольное приложение, которое очень утомительно использовать для отладок исходного уровня.

Отладчик - вторая после компилятора вещь, необходимая для создания программ. Однако многие из тех, кто пишет компьютерные программы и пользуется отладчиком, не в курсе того, каковы принципы и механизмы его работы.


Тяжело быть отладчиком...

В свете того, что программисты используют отладчик денно и нощно, особенно когда войдут в режим глубокой отладки, стоит сказать, что, будь отладчик не программой, а железякой, он бы наверняка перегрелся и сломался. Потому что столько работы, сколько её достаётся отладчику, не имеет даже компилятор.

Конечно, поскольку сейчас множество всяких различных языков программирования, то и отладчики для каждого из них свои. И, естественно, для разных категорий этих языков имеются различия в работе отладчиков: например, отладчик программ на интерпретируемом Ruby будет работать иначе, чем для компилируемого в байт-код языка Java, а отладчик для Java, в свою очередь, будет иметь отличия от отладчика Visual C++.

Я расскажу об отладке для платформы Windows. Поняв принципы работы отладчиков для неё, можно будет разобраться и с отладчиками под POSIX-системы, и с отладчиками, которые работают не на уровне операционной системы, а на уровне виртуальной машины или какого-либо интерпретатора.


Отладчики для Windows: два вида

Существуют два принципиально разных вида отладчиков под Windows. Думаю, с первыми сталкивались все, когда программировали на Delphi (не программировали на нём? С трудом верится. На чём же вы программировали в школе и на младших курсах?). Это отладчики пользовательских приложений. Их немало, и они существуют как по отдельности, так и (особенно, кстати, часто) в составе интегрированных сред разработки приложений. Среди отладчиков, распространяемых как отдельные программные продукты, традиционно выделяют OllyDbg, и о нём я когда-то писал в "Компьютерных вестях".

Второй вид отладчиков - это отладчики ядра операционной системы. Они встречаются и используются реже и по своему устройству значительно отличаются от отладчиков пользовательских приложений. Самый известный, и, одновременно, самый лучший из отладчиков ядра - это SoftIce. Возможно, вы о нём не только слышали, но даже пользовались.

Поскольку работа каждого из двух видов отладчиков имеет свою специфику, то я расскажу о каждом из них подробнее.


Отладчик пользовательских приложений

Отладчик пользовательских приложений устроен проще, поскольку самую чёрную и грязную работу берёт на себя операционная система. В Windows есть специальные программные интерфейсы, которые предназначены для отладки приложений пользовательского уровня - называются они Windows Debugging API. Именно отладочными API пользуются все отладчики, которые встроены в популярные интегрированные среды разработки для Windows.

Для того чтобы отладка началась, отладчик должен запустить отлаживаемый процесс специальным образом - таким, чтобы система знала, что этот процесс будет находиться под отладкой. После этого начинается цикл отладки: программа выполняется до наступления определённого события, которое так и называется - отладочное событие, или debug event. При этом цикл отладки запускается в отдельном потоке, чтобы предотвратить зависание отладчика.

Но это только начало. Потому что самое интересное в работе отладчика начинается уже тогда, когда отладочное событие произошло. Ведь, по сути, в чём заключается работа отладчика? Чтобы помочь программисту локализовать ошибку с точностью до конкретной функции, конкретной операции, конкретной переменной. В этом нелёгком деле отладчику также может помочь операционная система.

Итак, отладочное событие произошло, и дальше надо каким-то образом узнать, как это связано с текстом программы. Это возможно только если в саму программу включена специальная отладочная информация - таблица отладочных символов. Она содержит в себе информацию о соответствии между адресами и именами функций, типов данных, номерами строк кода. Именно благодаря им возможна та отладка, с которой знаком каждый Windows-программист. Таблицы символов имеют разные форматы, а потому не всегда возможно отладить программу, скомпилированную компилятором одного разработчика, с помощью отладчика от другого производителя. Но, правда, самый распространённый формат всё же можно указать - это PDB (Program Database), и разработан он, естественно, корпорацией Microsoft.

Итак, если отладочная таблица символов имеет формат PDB, то можно воспользоваться специальным инструментом от корпорации Microsoft - символьным отладочным процессором. Когда-то он входил в ядро системы и назывался Imagehlp.dll, но уже давным-давно был выделен в отдельную библиотеку. Символьный процессор позволяет находить по заданному адресу ближайшую открытую функцию или глобальную переменную, а также номер строки и название файла с исходным текстом, в котором эта строка находится. Поддерживаются и обратные операции, например, поиск адреса функции по её имени.

Это, конечно, далеко не вся работа, которой занимается отладчик пользовательских приложений. Например, при отладке многопоточных приложений появляются многие очень тонкие моменты, связанные со взаимодействием потоков. Даже при отладке таких сравнительно простых вещей, как сервисы, есть свои нюансы.

Но на нюансах мы сейчас останавливаться не будем - в конце статьи я скажу вам, где о них почитать. Сейчас же давайте посмотрим на отладчики ядра.


Отладчик ядра

Отладчики ядра - программы намного более сложные, чем отладчики пользовательских приложений, и, полагаю, вполне понятно, почему: у них отсутствует помощник в виде операционной системы. Она в данном случае является их клиентом, ведь именно её они, в конечном счёте, должны отлаживать.

Большинство отладчиков ядра требует для своей работы два компьютера, соединённых нуль-модемным кабелем. Нуль-модем - это способ соединения двух компьютеров напрямую кабелем через их COM или LTP-порты. Второй компьютер нужен, потому что часть отладчика, сидящая на первом (на том, где установлена отлаживаемая система), имеет ограниченный доступ к аппаратному обеспечению, и поэтому весь вывод данных идёт по нуль-модему на второй компьютер.

В современных процессорах архитектуры Intel x86 имеются специальные отладочные регистры (и в стареньком 368-м, и в более новых моделях процессоров их всего восемь, они именуются как DR0-DR7). Эти регистры позволяют отладчику ставить контрольные точки на чтение и запись памяти, а также на порты ввода-вывода. В общем виде всё выглядит именно так, и я не думаю, что стоит сейчас расписывать подробно, за что отвечает каждый из отладочных регистров, какими прерываниями реализуются точки останова и давать прочую подобную информацию. Лучше расскажу о конкретных существующих отладчиках ядра для Windows.

Ну, во-первых, это отладчик, встроенный в само ядро операционной системы. Он есть во всех ОС линейки NT, начиная с Windows 2000. Это часть файла NTOSKRNL.EXE, и включить его можно, задав опцию "/Debug" для операционной системы в BOOT.INI. Этот отладчик нуждается в нуль-модемном соединении и втором компьютере с такой же ОС.

Есть ещё один отладчик ядра от Microsoft - WinDBG. Строго говоря, это не отладчик ядра, а гибридный отладчик, который можно использовать и для отладки приложений уровня пользователя. Он, в отличие от отладчика, встроенного в ядро, имеет графическую оболочку, а потому пользоваться им проще. Этот отладчик также поддерживает специальные расширения, которые могут пригодиться при решении некоторых задач отладки. Но и он для отладки ядра требует два компьютера.

Однако существует отладчик ядра, который может осуществлять отладку на одном-единственном компьютере. Это SoftIce. При этом SoftIce умеет отлаживать и прикладные программы. Использование этого отладчика для пользовательских программ оправдано, например, в случае отладки систем реального времени, привязываемых к системному таймеру. Если выполнять отладку с помощью обыкновенного отладчика, то результат может оказаться неправильным даже при правильной работе программы, а SoftIce остановит и программу, и таймер. Это полезно при отладке многопоточных приложений. Ко всему прочему, SoftIce имеет очень, очень хорошо развитые средства вывода информации обо всех потоках в системе, о синхронизации потоков для многопоточных приложений, информации о handle"ах... Единственный минус этого отладчика - его сложность для прикладного программиста. Но из отладчиков ядра это самый простой и эффективный.


Для самых любознательных

Сейчас, конечно, разговор об отладчиках для Windows-приложений не так актуален, как ещё лет десять назад. Весь мир заинтересовался Интернетом, и основными пользователями SoftIce стали крякеры, неутомимые труженики на ниве пиратства. Тем не менее, это не так уж плохо. Общение с SoftIce"ом, несомненно, развивает человека в плане знаний о компьютере, хотя, конечно, если общаться только с отладчиками и не общаться с живыми людьми, возможны некоторые побочные эффекты. Ну, об этом, я думаю, все и так догадываются.

Отладчики - одни из самых своеобразных видов программного обеспечения, но в плане разработки даже отладчики программ уровня пользователя довольно сложны. Но, тем не менее, если у вас есть желание и время для того, чтобы разработать собственный отладчик, ваши знания в области операционных систем и программирования существенно возрастут, а значит, возрастут и шансы на высокооплачиваемую работу.

Итак, если вам хочется создать собственный отладчик, то сначала стоит ознакомиться с материалами на эту тему. На мой взгляд, самым лучшим пособием для начала будет книга Джона Роббинса "Отладка Windows-приложений". Она уже старая, 2001-го года издания, но информация, изложенная в ней, актуальна и сейчас, поскольку имеет общий, даже в некотором роде фундаментальный характер. В этой книге есть примеры написания отладчиков для Windows, кроме того, она пригодится вам, если вы программируете на C++ и хотите лучше разобраться в обработке исключений. Собственно, именно из этой книги я и почерпнул сведения об отладчиках, изложенные в статье. Если же найти эту книгу не получится (всё-таки, она уже довольно старая), есть несколько адресов, которые могут вам пригодиться. Первый - вот такой: www.xakep.ru/post/19158/default.asp . Эта статья из журнала "Хакер" несколько подробнее рассказывает об отладчиках ядра, чем это сделал я, а кроме того, в ней приведён код простейшего отладчика. А по адресу kalashnikoff.ru/Assembler/issues/016.htm можно узнать о том, как написать DOS-отладчик. Но, конечно, лучше всего читать MSDN и попутно найти какой-нибудь отладчик с открытыми исходными текстами, чтобы в нём разобраться. Ну и, конечно, если вы взялись за написание отладчика, то успехов вам в этом нелёгком деле!

Достойных отладчиков ядерного уровня и под Windows немного, а в Linux их можно пересчитать по пальцам одной руки, да и те большей частью сырые, недоделанные или же заброшенные и мхом заросшие… Сегодня мы поговорим о самом популярном и наиболее интересном из них -
Linice .

Введение

Как уже можно догадаться по названию, Linice – это неофициальный «порт» легендарного
SoftICE под Linux , сохранивший интерфейс, систему команд и большинство возможностей последнего: всплытие по горячей клавише (в Linice это ); установка аппаратных точек останова на все функции и системные вызовы; просмотр GDT/LDT/IDT, физических страниц памяти; возможности, позаимствованные из GDB (вызов произвольной функции командой CALL, сохранение/восстановление контекста регистров, внутренние переменные и т.д.).

В отличие от большинства других отладчиков, работающих через нереентерабельный и легко обнаруживаемый защитами механизм ptrace (Windows-аналогом которого является DEBUG_PROCESS, используемый прикладными отладчиками), Linice использует нативную трассировку, такую же, как в SoftICE, что позволяет обоим отладчикам отлаживать круто защищенные программы, с которыми другие уже не справляются.

На самом деле, это никакой не порт (отсюда и кавычки), а независимый проект, написанный с нуля и распространяющийся в исходных текстах на бесплатной основе (от SoftICE там только вдохновение). Основная часть кода, предназначенная для ядра 2.4, была написана немецким хакером Гораном Девиком, однако поддержкой ядра 2.6 занимались уже совсем другие люди: Daniel Reznick, Peter K. и Carlos Manuel Duclos Vergara. А наш соотечественник - Олег Худаков - переписал ассемблерные файлы с nasm"а на
gcc.

Исходные тексты лежат на официальном сайте проекта -
Linice%0A.com">www.Linice.com , там же находится документация, короткий FAQ и ссылка на форум
Linice%0A">groups.google.com/group/Linice . Готовые бинарные сборки отсутствуют.
Создатели проекта открыли свой собственный аккаунт на SourceForge, но поленились выложить на него какие бы то ни было файлы, представив на обозрение всего лишь 3 screenshot"а весьма низкого качества:
.

Системные требования

Последняя версия Linice носит номер 2.6 и датируется 28 июлем 2005 года, полностью поддерживая ядро 2.4.x и консольный VGA-режим. С более новыми ядрами наблюдаются серьезные проблемы, и ядро 2.6.x поддерживается лишь в ограниченном режиме.
Отладчик разрабатывался и тестировался под Debian 2.6. Его совместимость с остальными дистрибутивами не гарантируется, что вынуждает нас прибегать к бубну, но в некоторых случаях не помогает и бубен. Вообще-то, держать на своей машине Debian только для того, чтобы работать с Linice , – это вполне нормально. Давным-давно, когда реализации SoftICE для NT еще не существовало, многие хакеры инсталлировали Win 9x только для того, чтобы ломать программы, хотя сами сидели под
NT. Поскольку охватить все тонкости установки Linice в рамках одной статьи практически не реально, я ограничусь описанием процесса компиляции и запуска Linice под одним конкретным дистрибутивом - Knoppix 3.7 с ядром 2.4.1 в консольном VGA-режиме.
Linice поддерживает ACPI и многопроцессорные машины, но плохо дружит с X"ми, особенно на видеокартах, отличных от nVidia. 24-битную глубину цветности он вообще не воспринимает, «переваривая» только 8, 16 и 32 бита, поэтому отладку X-приложений удобнее вести через удаленный терминал, подключенный через COM-порт по протоколу VT100. При этом локальная клавиатура также будет работать с
Linice !

Компиляция и конфигурирование Linice

Скачиваем gzip-архив исходных текстов www.Linice .devic.us/Linice -2.6.tar.gz, занимающий чуть меньше мегабайта, распаковываем его на диск, заходим в каталог./docs и из файла readme узнаем, что сборка отладчика под ядро 2.4 осуществляется так:

# cd build
# ./make_bin-2.4
# cd ../bin
# make clean; mak e

Однако перед запуском make необходимо открыть файл./bin-2.4/Makefile и отредактировать строку «TARGET» в соответствии с конфигурацией и архитектурой целевой платформы. В частности, на ACPI-машинах с многоядерными или HyperThreading-процессорами она будет выглядеть так:

TARGET = -DSMP -DIO_APIC

После завершения компиляции в каталоге./bin появится множество файлов и каталогов, но значимыми из них являются только:

linsym – загрузочный модуль отладчика;
linince.dat – файл конфигурации;
xice – поддержка X"ов, при работе в текстовом режиме его можно удалить;
./Linice_2.4.27/Linice.o – загружаемый модуль ядра, содержащий непосредственно сам отладчик.

Процесс сборки Linice

Собрав минимально работающий комплект, неплохо бы получить и все остальное - демонстрационные отладочные примеры, находящиеся в каталоге./test и компилируемые скриптом compile, а также модуль расширения (по-нашему, плагин), лежащий в каталоге./ext, собираемый командой make и загружаемый командой insmod. Никакой пользы от него нет, но, изучив исходный текст, мы сможем писать свои собственные модули, расширяющие функциональность
Linice .

При загрузке Knoppix"а в нижней строке экрана появляется приглашение «boot:» где необходимо ввести «knoppix 2 vga=normal». Cheat-код «knoppix» выбирает ядро 2.4 (автоматически загружаемое по умолчанию, поэтому «knoppix» можно опустить), «2» блокирует загрузку X"ов, а «vga=normal» устанавливает стандартный vga-режим с разрешением 80x25.

Дождавшись завершения загрузки, говорим «su», затем «passwd» и вводим новый пароль для root"a, под которым тут же заходим в систему, воспользовавшись командой login. Если этого не сделать, попытка запуска Linice закончится сокрушительным провалом с воплем «segmentation fault».

При загрузке Knoppix"а с жесткого диска (на который его можно установить командой «sudo knoppix-installer», набранной в окне терминала из-под LiveCD-сессии) появится стартовое меню со списком доступных ядер. Выбираем Linux(2.4)-1 и нажимаем для задания параметров загрузки - «2 vga=normal». Слово «knoppix» писать не нужно, поскольку ядро уже и так выбрано. После завершения загрузки даем команду login и входим в систему под root"ом (предполагается, что аккаунт был создан ранее).

Запуск отладчика осуществляется командой./linsym –i, после чего тот немедленно появляется на экране. Если же этого не происходит, попробуй указать ключ "--verbose 3" для вывода диагностических сообщений.
Одной из причин отказа в загрузке может быть отсутствие файла /boot/System.map, содержащего адреса ядерных функций. Загрузка провалится и в том случае, если содержимое System.map не соответствует текущему ядру, что может произойти, например, при его рекомпиляции. Некоторые составители дистрибутивов либо вообще не включают System.map (полагая, что это усилит безопасность системы, так как rootkit"ам будет сложнее осуществить перехват syscall"ов), либо помещают сюда что-то совершенно левое и вообще непонятно откуда взявшееся. В таких случаях достаточно просто перекомпилировать ядро, указав отладчику путь к файлу System.map с помощью ключа "-m", если он расположен не в /boot, а где-нибудь в другом месте. Таким образом, и безопасность не пострадает, и Linice сможет работать!
Возврат из отладчика в систему происходит по или с помощью команды «x ». Комбинация вызывает отладчик из любой программы. Однако вовсе не факт, что мы очутимся в ее контексте, ведь Linux - многозадачная система, переключающая процессы один за другим, а команды ADDR (переключающей контексты) в «лексиконе» Linice все еще не существует, и когда она появится - неизвестно. Поэтому приходится хитрить, устанавливая точки останова на системные вызовы, используемые конкретной программой, или врываясь в процесс по методу INT 03h, о чем мы сейчас и поговорим.

За выгрузку отладчика (если его действительно хочется выгрузить) отвечает ключ "-x", переданный все тому же linsym"у.

Основы работы с Linice

Для тех, кто уже работал с SoftICE, освоение Linice не представит никакой проблемы. Здесь используются все те же команды: D – дамп памяти, E – редактирование памяти, T – пошаговая трассировка, P – трассировка без захода в функции, R – просмотр/модификация регистров, BPM/BPX – установка точки останова на доступ/исполнение памяти и т.д. Полный перечень команд содержится как во встроенной справке, вызываемой по HELP (кстати, «HELP имя_команды» выдает дополнительную информацию по команде), так и в штатной документации.

Давай нажмем и пороемся в списке процессов, выводимых на экран командой PROC, причем текущий процесс выделяется голубым цветом:

:PROC

1 0000 C1C3E000 SLEEPING 0 0 init
2 0000 F7EE8000 SLEEPING 0 0 keventd
3 0000 F7EE2000 SLEEPING 0 0 ksoftirqd_CPU0
4 0000 F7EE0000 SLEEPING 0 0 ksoftirqd_CPU1
5 0000 F7ED0000 SLEEPING 0 0 kswapd
6 0000 F7EAA000 SLEEPING 0 0 bdflush
7 0000 F7EA8000 SLEEPING 0 0 kupdated
56 0000 F6A36000 SLEEPING 0 0 kjournald
1006 0000 F7A34000 RUNNING 0 0 automount
1013 0000 F68E6000 SLEEPING 0 0 cupsd
...
1105 0000 F6DDE000 SLEEPING 0 0 mc
1106 0000 F6DD4000 SLEEPING 0 0 cons.saver

Процессы - это, конечно, хорошо, но как же все-таки нам отлаживать программы? Самое простое – воткнуть в точку входа машинную команду CCh, соответствующую инструкции INT 03h, предварительно записав содержимое оригинального байта. Это можно сделать любым hex-редактором, например, неоднократно упоминаемым мной
HTE.

Загрузив файл в редактор, нажимаем (mode), выбираем elf/image, подгоняем курсор к «entrypoint:», давим (edit) и изменяем первый байт на CCh, сохраняем изменения по (save) и выходим. При запуске пропатченной программы Linice немедленно всплывает, потревоженный исключением, сгенерированным CCh, после которого EIP указывает на конец
CCh.

Состояние программы c пропатченной точкой входа в момент всплытия отладчика

0023:080482C0 CC int 3
0023:080482C1 ED in eax, dx
0023:080482C2 5E pop esi
0023:080482C3 89E1 mov ecx, esp

Курсор указывает на инструкцию in eax,dx (EDh), представляющую собой осколок от пропатченной команды xor ebp,ebp (31h EDh). Теперь (по идее) мы должны восстановить оригинальный байт, поменяв CCh на 31h, уменьшить регистр EIP на единицу и продолжить трассировку в обычном режиме.

Да вот не тут-то было! Linice - это, конечно, порт, но только очень сырой, и модифицировать память страничного имиджа он не умеет, даже если предварительно открыть кодовый сегмент на запись. Ни E (редактирование), ни F (заполнение), ни M (копирование памяти) не работают! Зато работает запись в стек, и нам, хакерам, этого вполне достаточно.

Запоминаем текущее значение регистра EIP; копируем пропатченную машинную команду на вершину стека; восстанавливаем там байт CCh; передаем на нее управление, меняя значение EIP; выполняем ее, совершив единичный акт трассировки; и возвращаем EIP на место, то есть на следующую машинную команду:

Восстановление оригинального байта, замененного инструкцией INT 03h

; Смотрим, что находится на вершине стека (из чистого любопытства).
:d esp-10
0018:BFFFEFC0 C0 82 04 08 00 00 00 00 5D 0C 00 40 DC EF FF BF

; Копируем пропатченную машинную команду на вершину стека.
; Число 10h - максимально возможный размер машинной команды на x86.
:m eip-1 L 10 esp-10

; Смотрим, как изменился стек.
:d esp-10
0018:BFFFEFC0 CC ED 5E 89 E1 83 E4 F0 50 54 52 68 F0 85 04 08

; Ага! Стек действительно изменился, самое время исправлять CCh на 31h.
:e esp-10 31
Edit immediate data not implemented yet.

; Упс! Непосредственное присвоение данных в Linice не реализовано,
; но мы можем отредактировать дамп в интерактивном режиме (так же,
; как в SoftICE) или дать команду F esp-10 L 1 31, только учти,
; что, в отличие от SoftICE, отладчик Linice не обновляет окно дампа,
; поэтому после выполнения команды F может показаться, что
; результата нет; на самом деле, это не так, стоит только обновить
; дамп командой D esp-10, и все встанет на свои места.

; Передаем управление на команду, скопированную в стек,
; запоминаем значение регистра EIP.
:r eip (esp-10)
reg: eip = BFFFEFC0

; Совершаем единичный акт трассировки.
:t
0023:BFFFEFC2 5E pop esi

; Как мы видим, регистр EIP увеличился на 2 (BFFFEFC2h - BFFFEFC0h) = 02h,
; следовательно, адрес следующей команды равен: 080482C1h - 01h + 02h = 080482C2h,
; где 080482C1h - начальное значение EIP при входе в программу, а 01h - размер INT 03h.

; Устанавливаем EIP на команду, следующую за пропатченной инструкцией.
:r eip 80482C2
reg: eip = 80482C2

Вот такие пляски с бубном приходится устраивать. А что поделать? Так, с загрузкой программ в отладчик мы разобрались, теперь растерзаем точки останова на системные вызовы и ядерные функции.

Команда exp выводит имена, экспортируемые ядром, любое из которых может фигурировать в выражениях, например, «bpx do_bkr» эквивалентно «bpx C012C9E8».

Вывод имен, экспортируемых ядром

:exp
kernel
C0320364 mmu_cr4_features
C02AC3A4 acpi_disabled
C02AC8A0 i8253_lock
...
C012BDA8 do_mmap_pgoff
C012C764 do_munmap
C012C9E8 do_brk
C011E990 exit_mm
C011E69C exit_files

С системными вызовами приходится сложнее. Непосредственной поддержки со стороны Linice здесь нет (а ведь ей полагается быть, учитывая специфику Linux), поэтому эту штуку приходится делать руками.

Таблица системных вызов, как известно, представляет собой массив двойных слов, начинающийся с адреса sys_call_table (эта переменная экспортируется ядром).

Таблица системных вызовов

; Переводим отладчик в режим отображения двойных слов.
:dd

; Выводим таблицу на экран.
:d sys_call_table
0018:C02AB6A8 C0126ACC F8932650 F89326A0 C013DC10
0018:C02AB6B8 C013DD18 C013D5C8 C013D724 C011F3BC
0018:C02AB6C8 C013D664 C014A8E0 C014A3B4 F893020C

Каждый элемент таблицы соответствует своему системному вызову, а каждый вызов имеет свой номер, который можно узнать, заглянув в файл /usr/include/sys/syscall.h, но лучше это делать не под Linux, где никаких непосредственных номеров нет, а позаимствовать тот же самый файл из BSD – все равно номера основных системных вызовов на всех системах совпадают. В частности, системный вызов open проходит под номером 5.

Чтобы установить точку останова на open, необходимо узнать его адрес, находящийся в пятом двойном слове таблицы системных вызовов, считая от нуля, и равный (в данном случае) C013D5C8h.

Установка точки останова на системный вызов open

; Устанавливаем точку останова на системный вызов open,
:bpx C013D5C8
; выходим из отладчика,
:x
...
# открываем какой-нибудь файл,
...
; отладчик тут же всплывает, сообщая нам об этом,
:Breakpoint due to BPX 01

; даем команду proc, чтобы убедиться, что мы вклинились в свой процесс.
:proс
PID TSS Task state uid gid name
1049 0000 F6364000 SLEEPING 0 0 getty
1145 0000 F61CC000 SLEEPING 0 0 mc
1146 0000 F614A000 SLEEPING 0 0 cons.saver

Таким путем легко вклиниваться в уже запущенные процессы, устанавливая точки останова на используемые ими системные вызовы, а также совершать множество других вещей, жизненно важных для взлома.

Заключение

Несмотря на свою откровенную сырость, Linice вполне пригоден для отладки защищенных приложений, хотя сплошь и рядом приходится прибегать к обходным решениям, которые в нормальных отладчиках выполняются на автомате. Поэтому Linice отнюдь не заменяет gdb, а всего лишь дополняет его.