CLR探索系列:Windbg+SOS动态调试分析托管代码

最新推荐文章于 2025-04-11 15:47:45 发布

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文章标签： c#

本文介绍如何使用Windbg结合SOS扩展调试模块来调试托管应用程序中的计算堆栈及强制类型转换后的JIT代码。通过具体示例，展示了如何加载调试模块、查看线程状态及方法地址，并深入分析了C#编译器生成的IL代码。

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在使用VS进行托管应用程序的调试的时候，有的时候总感觉有些力不从心。譬如查看一个托管堆或者计算堆栈的时候，VS就不能胜任了。这个时候，Windbg＋SOS扩展调试模块就为我们提供了一个很好的解决方案。
我们看一段代码：
class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Program b = new Program();
            b.test();
            System.Console.ReadLine();
        }

        public void test()
        {
            int i = 67;
            System.Console.WriteLine((char)i);
            System.Console.WriteLine((char)67);
            i = 1;
        }
    }
这是C＃里面的一个强制类型转换，我们现在用windbg+SOS来分析下计算堆栈，以及强制类型转换之后的JIT代码。
在windbg里面加载这个正在运行的程序，attach to this process，然后加载SOS扩展调试模块：
0:003> .load C:\WINDOWS\Microsoft.NET\Framework\v2.0.50727\SOS.dll
然后显示当前的线程：
0:003> ~
   0 Id: cf0.450 Suspend: 1 Teb: 7ffdf000 Unfrozen
   1 Id: cf0.be8 Suspend: 1 Teb: 7ffdd000 Unfrozen
   2 Id: cf0.168 Suspend: 1 Teb: 7ffdc000 Unfrozen
. 3 Id: cf0.7d0 Suspend: 1 Teb: 7ffde000 Unfrozen
切换到第0个线程：
0:003> ~0s
eax=0012f2e4 ebx=00000000 ecx=0012f400 edx=00000008 esi=0012f1f4 edi=00250688
eip=7c92eb94 esp=0012f194 ebp=0012f1b4 iopl=0         nv up ei pl zr na pe nc
cs=001b ss=0023 ds=0023 es=0023 fs=003b gs=0000             efl=00000246
ntdll!KiFastSystemCallRet:
7c92eb94 c3              ret
显示test方法相关的地址：
0:000> !name2ee TestConcoleApp.exe TestConcoleApp.Program.test
Module: 00ab2c24 (TestConcoleApp.exe)
Token: 0x06000002
MethodDesc: 00ab2ff0
Name: TestConcoleApp.Program.test()
JITTED Code Address: 00d000f8
显示这个方法被C＃编译器编译之后的IL代码：
0:000> !dumpil 00ab2ff0
ilAddr = 00402074
IL_0000: nop
IL_0001: ldc.i4.s 67
IL_0003: stloc.0
IL_0004: ldloc.0
IL_0005: conv.u2
IL_0006: call System.Console::WriteLine
IL_000b: nop
IL_000c: ldc.i4.s 67
IL_000e: call System.Console::WriteLine
IL_0013: nop
IL_0014: ldc.i4.1
IL_0015: stloc.0
IL_0016: ret

这里，sandwi对conv.u2这条指令一直困惑良多。我也对这个问题困惑了好久，翻阅了很多资料也没找到，后来准备在sscli的C＃编译器里面找到答案，不过没找到地方......
后来被证实，这条指令是C＃编译器为了类型安全，而生成的一条指令。作用在于把一个integer转换称为一个unsigned int16，然后前面补0成为int32压入堆栈里面去。
这是一个语言编译器行为，为了证实这个想法，同时写了一段同样的VB代码来证实我们的想法：
Module Module1

Sub Main()
Dim i As Integer

        i = 67
        System.Console.WriteLine(Chr(i))
        System.Console.WriteLine(Chr(67))
        System.Console.ReadLine()

    End Sub

End Module
编译之后的IL代码也同样支持上面的想法。
这里，感谢微软的张翼证实了我关于conv.u2的存在原因的猜想。但是，zhangyi说在test方法中的conv.u2指令在JIT生成的本地代码中被优化掉了，我却不同意这种看法：
0:000> !u 00d000f8
这条指令，是显示JIT编译了的test方法的本地代码，根据
JITTED Code Address: 00d000f8
这一行得来的。显示结果如下：
Normal JIT generated code
TestConcoleApp.Program.test()

push          esi
push          eax
mov       dword ptr [esp],ecx
cmp        dword ptr ds:[0AB2DD8h],0
je              00d0010b (跳到xor esi,esi这里)
call            mscorwks!CorLaunchApplication+0x108b4 (7a08e179)
xor            esi,esi
nop
mov           esi,43h
movzx       ecx,si
call            mscorlib_ni+0x2f8b9c (793b8b9c) (System.Console.WriteLine(Char), mdToken: 06000759)
nop
mov           ecx,43h
call            mscorlib_ni+0x2f8b9c (793b8b9c) (System.Console.WriteLine(Char), mdToken: 06000759)
nop
mov           esi,1
pop          ecx
pop       esi
ret
这里，movzx   ecx,si这条指令就对应了IL代码里面的Conv.u2，把对应的int前面补0放入到ecx寄存器里面去。

后记：关于动态调试托管代码，我也是刚接触不久，上面有不准确的地方，欢迎大家多多指正。