Google Breakpad 简介与使用

转载出处：Soul Apogee (http://bigasp.com)。

Google breakpad是 一个非常实用的跨平台的崩溃转储和分析模块，他支持Windows，Linux和Mac和Solaris。由于他本身跨平台，所以很大的减少我们在平台移 植时的工作，毕竟崩溃转储，每个平台下都不同，使用起来很难统一，而Google breakpad就帮我们做到了这一点，不管是哪个平台下的崩溃，都能够进行统一的分析。现在很多工程都在使用他：最著名的几个如 Chrome，Firefox，Picasa和Google Earth。另外他的License是BSD的，也就是说，我们即便是在商业软件中使用，也是合法的，哈哈，这么好的东西，我们能放过么？现在就让我们来 看看这个神奇的软件吧。

原理简介

breakpad抓取dump的方式和一般我们抓取dump的方式不一样。在breakpad的wiki上有一幅图可以很好的概括他的原理。

breakpad把应用程序分成三个部分，代码，breakpad客户端和调试信息。

1. 在build system中，通过symbol dumper用平台相关的调试信息生成平台无关的symbol文件。这样做的好处很明显，一旦平台无关了，所有平台的崩溃就可以做统一的分析了。
2. breakpad采取进程外转储和分析崩溃的方式，他使用C/S结构，客户端用来捕获当前进程中发生的崩溃，并通知服务端崩溃发生。服务端用来响应客户端，抓取dump文件。这样做的目的是为了减少崩溃进程对dump的影响。
3. Dump生成后转发到崩溃分析器中，这个部分可以在本地也可以在服务器上，他对Dump文件进行解析，生成可读的堆栈信息。

这就是breakpad处理dump大概的流程。

对于原理的介绍google写的已经相当好了。更多的详细信息，可以直接移步到breakpad的wiki。

安装和编译

breakpad的编译比较曲折，所以在此记录一下。

编译breakpad，请确认你的机器上装有以下的软件：
1. python 2.4.3 ----(depot_tools.zip)
请不要使用python3，会报错。另外python2中推荐这个版本，使用新的版本在编译其他google的工程时有时会报错

2. Windows SDK 7
如果没有这个，编译会报错。另外这个是在线安装，时间很久，最好并行做其他的事情。

3. VS2005的补丁
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KB926601
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KB947315

已经安装了以上软件的童鞋，就可以开始进行下面的工作鸟

1. 使用svn把代码checkout下来

1 2	# Non-members may check out a read-only working copy anonymously over HTTP. svn checkout http: //google-breakpad .googlecode.com /svn/trunk/ google-breakpad- read -only

2. 设置Windows SDK 7
装过其他版本Windows SDK的童鞋，记得一定要进行这一步，SDK的安装程序，并不会帮你设置VS。
运行开始菜单->程序->Microsoft Windows SDK v7.0->Visual Studio Registration->Windows SDK Configuration Tool，选择v7.0，点击Make Current。

3. 为python设置环境变量
由于breakpad使用python来生成Windows下的工程文件，所以需要将python所在目录，设置到环境变量PATH中去。

4. 生成Windows工程文件

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cd "源码目录/src/tools/gyp" # 注意，此处不能使用全路径，不然会出错 gyp.bat --no-circular-check  "../../client/windows/breakpad_client.gyp"

记住要加上--no-circular-check,并且使用相对路径。命令成功执行后会在 yourpath/breakpad/src/client/windows/ 目录下生成sln文件。

5. Hello World!
编译build all，现在一般是不会报错了，如果报错，请检查是不是漏了什么步骤，特别是补丁。
编译完成之后，运行crash_generation_app吧，这是他的测试程序，dump的默认位置保存在C:Dumps下，请注意先建立好目录，不然会无法使用。
启动测试程序之后，此时还不能抓取dump，因为这个是breakpad中的服务器端，需要再启动一个测试程序，在第二个测试程序中，我们就可以试验Client菜单中的各种崩溃了。这些崩溃都会被抓住转存到C:Dumps目录下。

如何使用breakpad

在Windows下使用breakpad的方法很简单，只需要创建一个ExceptionHandler的类即可，大家可以在crash_generation_app这个工程中找到示例代码，也可以直接移步Wiki，上面说的也很详细。

1.进程内抓取Dump文件

进程内抓取Dump文件是最简单的breakpad的用法。使用方法很简单：

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const std::wstring s_strCrashDir = L "c:\dumps" ;   bool InitBreakpad() {      google_breakpad::ExceptionHandler *pCrashHandler =          new google_breakpad::ExceptionHandler(s_strCrashDir,          onExceptionFilter,          onMinidumpDumped,          NULL,          google_breakpad::ExceptionHandler::HANDLER_ALL,          MiniDumpNormal,          NULL,          NULL);        if (pCrashHandler == NULL) {          return false ;      }        return true ; }

2.进程外抓取Dump文件

使用进程外抓取Dump时，需要指定服务端和客户端，在服务端中需要创建CrashGenerationServer的实例，而在客户端中则只需要创建ExceptionHandler即可。此外，如果服务端自己需要抓进程内的Dump，请将pipe的参数置为NULL。

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const wchar_t s_pPipeName[] = L "\\.\pipe\breakpad\crash_handler_server" ; const std::wstring s_strCrashDir = L "c:\dumps" ;   bool InitBreakpad() {      google_breakpad::CrashGenerationServer *pCrashServer =          new google_breakpad::CrashGenerationServer(s_pPipeName,          NULL,          onClientConnected,          NULL,          onClientDumpRequest,          NULL,          onClientExited,          NULL,          true ,          &s_strCrashDir);        if (pCrashServer == NULL) {          return false ;      }        // 如果已经服务端已经启动了，此处启动会失败      if (!pCrashServer->Start()) {          delete pCrashServer;          pCrashServer = NULL;      }        google_breakpad::ExceptionHandler *pCrashHandler =          new google_breakpad::ExceptionHandler(s_strCrashDir,          onExceptionFilter,          onMinidumpDumped,          NULL,          google_breakpad::ExceptionHandler::HANDLER_ALL,          MiniDumpNormal,          (pCrashServer == NULL) ? s_pPipeName : NULL,  // 如果是服务端，则直接使用进程内dump          NULL);        if (pCrashHandler == NULL) {          return false ;      }        return true ; }

使用breakpad的时候，有两个地方需要注意：
1. 记得把breakpad的solution下的几个工程，包含到你开发的工程中，或者直接包含他们的lib。
common：基础功能，包含一个对GUID的封装和http上传的类。
exception_handler：用来捕获崩溃的类。
crash_generation_server：breakpad的服务端，用来在产生崩溃时抓取dump。
crash_generation_client：breakpad的客户端，用来捕获当前进程的崩溃。

2. 在初始化breakpad之前，记得先创建好dump文件的目录，不然breakpad服务端将不能正常的写dump，这会导致breakpad客户端在崩溃时无限等待服务端dump写完的消息，最后失去响应。

 

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好，看完了如何使用breakpad，我们现在看看breakpad在Windows下到底是如何实现的呢？

代码结构

在我们来看breakpad是如何实现其强大的功能之前，我们先来看一下他的代码结构吧。

Google breakpad的源代码都在src的目录下，他分为如下几个文件夹：
client：这下面包含了前台应用程序中捕捉dump的部分代码，里面按照平台分成各个子文件夹
common：前台后台都会用到的部分基础代码，字符串转换，内存读写，md5神马的
google_breakpad：breakpad中公共的头文件
processor：用于在后台处理崩溃的核心代码
testing：测试工程
third_party：第三方库
tools：一些小工具，用于处理dump文件和符号表

我们先来看Windows下前台实现的部分，也就是client文件夹下的代码。

breakpad的崩溃捕获机制

在Windows下捕获崩溃，大家很容易会想到那个捕获结构化异常的Api：SetUnhandledExceptionFilter。

breakpad中也使用了这个Api来实现的崩溃捕获，另外，breakpad还捕获了另外两种C++运行库提供的崩溃，一种是使用_set_purecall_handler捕获纯虚函数调用产生的崩溃，还有一种是使用_set_invalid_parameter_handler捕获错误的参数调用产生的崩溃。

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if (handler_types & HANDLER_EXCEPTION)         previous_filter_ = SetUnhandledExceptionFilter(HandleException);      #if _MSC_VER >= 1400  // MSVC 2005/8       if (handler_types & HANDLER_INVALID_PARAMETER)         previous_iph_ = _set_invalid_parameter_handler(HandleInvalidParameter);  #endif  // _MSC_VER >= 1400           if (handler_types & HANDLER_PURECALL)         previous_pch_ = _set_purecall_handler(HandlePureVirtualCall);

另外由于C++运行库提供的崩溃回调中，并不会提供当前的线程现场和崩溃信息，所以breakpad会自己生成好这些信息，然后请求生成dump。
这里值得一说的是，在非异常崩溃处理中，breakpad获取线程现场使用的函数是RtlCaptureContext而不是GetThreadContext。
RtlCaptureContext只能捕获当前线程的现场，而GetThreadContext可以捕获任意线程的现场，只要有这个线程的句柄即可。
但是GetThreadContext有两个不好的地方：不能获取当前线程的现场；获取现场前必须先用SuspendThread暂停目标线程。
而RtlCaptureContext虽然只能获取当前线程的现场，但是调用他时可以不用暂停线程的运行。
对于breakpad来说，崩溃发生后越早获取现场就越好，所以breakpad使用RtlCaptureContext函数作为他的线程获取函数。

breakpad中的C/S结构

由于breakpad是在进程外抓取dump，所以breakpad需要实现一个C/S结构来处理崩溃进程抓取dump的请求。

1. breakpad跨进程通信的实现
breakpad中使用了命名管道来实现IPC。

在客户端，初始化ExceptionHandler的时候，如果指定了PipeName，也就表示此时需要使用进程外的dump抓取，ExceptionHandler，会建立一个 CrashGenerationClient的对象，由这个对象连接服务端，将自己注册到服务端上去。
大家可以参看exception_handler.cc中的ExceptionHandler::Initialize函数。

在服务端，初始化CrashGenerationServer的时候，就会建立一个命名管道，并等待客户端来连接。一旦有客户端连接上来，服务端会为每一个客户端生成一个ClientInfo的对象，之后用这个对象来管理所有的客户端，一旦有崩溃发生，服务端都会从这个对象中取出dump所需要的信息。
大家可以参看crash_generation_server.cc中的CrashGenerationServer::HandleReadDoneState函数。

2. breakpad捕获崩溃生成dump的流程
breakpad进程外生成dump的流程大概如下：
google-breakpad-out-of-process-dump:

这段流程的代码就是crash_generation_client.cc和crash_generation_server.cc。

有两个简单的问题，这里说明一下，高手们就请直接忽略吧，咩哈哈：
在服务端如何为客户端生成事件句柄？
使用DuplicateHandle，即可把任意一个内核对象的句柄复制到其他进程，并且可以指定产生的句柄的权限。

如何异步的等待一个事件？
使用RegisterWaitForSingleObject，即可异步的等待一个事件，当事件发生的时候，就可以回调到一个指定的回调函数中，但是要注意的是，RegisterWaitForSingleObject会在一个新的线程中来等待这个事件，此处很容易产生多线程的调用，需要注意线程问题。

3. 服务端关键数据结构：ClientInfo
ClientInfo是服务端中最重要的数据结构，服务端通过它来管理所有的客户端。客户端注册时，会保存或生成里面所有的信息，在客户端请求生成dump的时候，服务端就会通过ClientInfo获取所有客户端的信息。ClientInfo中保存了如下信息：

客户端进程pid和句柄
生成Minidump的类型
自定义的客户端信息
客户端崩溃的线程ID
客户端崩溃的信息
客户端请求崩溃所使用的事件句柄

这里有一个问题：在客户端发生崩溃时，服务器如何通过ClientInfo获取到客户端的崩溃信息呢？

客户端中有几个用于保存崩溃信息的变量，在注册时，客户端会将这几个变量的地址发送至服务端，服务端将其保存在ClientInfo中，然后当崩溃发生的时候，服务端就可以通过ReadProcessMemory读取客户端中的信息，从而生成dump。这样做就避免了每次发生崩溃，都要通过Pipe将崩溃信息传递到服务端中去了。

这些变量分别是：崩溃的线程ID，EXCEPTION_POINTERS和MDRawAssertionInfo。
EXCEPTION_POINTERS和MDRawAssertionInfo的区别在于，异常崩溃的信息会被写入EXCEPTION_POINTERS，非异常崩溃（非法参数和纯虚函数调用）的信息会被写入MDRawAssertionInfo中。

dump文件的上传

在breakpad的工程中，有一个工程叫做：crash_report_sender，里面是一个上传崩溃文件的类，他的实现很简单，他使用Windows Internet Api来完成dump文件的上传。
在使用crash_report_sender时，可以为其指定一个checkpoint_file。

1	explicit CrashReportSender( const wstring &checkpoint_file);

这个文件只有一个作用，就是用来保存上次上传崩溃的时间和今天上传过的崩溃的次数。通过这个文件，我们就可以来设置每日上传的崩溃的最大数量。

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CrashReportSender::CrashReportSender( const wstring &checkpoint_file)       : checkpoint_file_(checkpoint_file),         max_reports_per_day_(-1),         last_sent_date_(-1),         reports_sent_(0) {     FILE *fd;     if (OpenCheckpointFile(L "r" , &fd) == 0) {       ReadCheckpoint(fd);       fclose (fd);     }  }          ReportResult CrashReportSender::SendCrashReport(       const wstring &url,  const map ¶meters,       const wstring &dump_file_name, wstring *report_code) {     int today = GetCurrentDate();     if (today == last_sent_date_ &&         max_reports_per_day_ != -1 &&         reports_sent_ >= max_reports_per_day_) {       return RESULT_THROTTLED;     }         // 上传文件部分代码，省略  }

调整每日上传崩溃的最大数量的函数是set_max_reports_per_day。

需要注意的是：在上传dump文件的时候，crash_report_sender并不会对dump文件进行分析，而是直接上传整个dump文件，如果你需要上传的dump文件非常大的话，可以考虑把崩溃分析处理的逻辑放入前台，通过去重或者直接上传分析结果，减少上传的文件大小。

breakpad存在的问题
进程外生成dump有很多好处，其中最大的好处就是不会被崩溃进程影响，这样dump的过程就不容易出错，但是这样也有一定的弊端。

1. 部分崩溃无法抓取
在一些极端的崩溃，如堆栈溢出之类的崩溃，进程外抓取dump有时候会失败。

2. 无法抓取死锁或者其他原因导致的进程僵死
breakpad现在没有检测进程死锁的代码，也没有在服务端控制客户端请求dump的代码，所以现在breakpad无法抓取死锁等进程僵死的问题。不过因为breakpad的定位是处理崩溃，如果有这种需要的童鞋，可以自行修改breakpad的代码，添加这些功能。

3. 对服务端有依赖
如果指定了在使用进程外抓取dump，breakpad对服务端就有依赖。主要体现在抓取dump时，如果服务端不存在，客户端将无法正常抓取dump，甚至有时会出现阻塞。

当然对于这些问题，随着breakpad的发展肯定会越来越完善。如果，你遇到了了这些问题，而又绕过不了，那就改代码，并且提交给breakpad吧，开源项目就是这么发展的。