使用Windbg静态分析dump文件的一般步骤及要点详解

目录 

1、概述

2、静态分析dump文件的一般步骤

2.1、查看异常类型

2.2、使用.ecxr命令切换到发生异常的线程上下文，查看发生异常的那条汇编指令

2.3、使用kn/kv/kp命令查看异常发生时的函数调用堆栈

2.4、使用lm命令查看模块的时间戳，找到对应的pdb文件，设置到Windbg中

3、问题分析实例说明

4、使用Windbg详细分析dump文件，展现完整分析过程

4.1、查看异常类型和发生崩溃的汇编指令，初步分析

4.2、使用kn/kv/kp命令查看函数调用堆栈

4.3、找到pdb文件，设置到windbg中，查看完整的函数调用堆栈

4.4、可以将C++源代码路径设置到Windbg中，Windbg会自动跳转到源代码行号上

4.5、有时需要查看函数调用堆栈中函数的局部变量或C++类对象中变量的值

4.6、有时可能需要使用IDA去查看二进制文件的汇编代码上下文去辅助分析

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VC++常用功能开发汇总（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/124272585C++软件异常排查从入门到精通系列教程（专栏文章列表，欢迎订阅，持续更新...）https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125529931C++软件分析工具案例集锦（正在更新中...）https://blog.csdn.net/chenlycly/category_12279968.html       有很多正在学习C++软件调试技术的朋友或者刚入门的人，希望我能详细讲讲使用Windbg静态分析dump文件的一般步骤，他们好对照这个步骤去练习去实操。所以今天就来讲讲这个主题内容，先概要性讲述Windbg静态分析dump文件的一般步骤，然后再以一个问题分析实例详细展现分析dump文件的完整过程（与本课程相关的免费视频教程，已经发布到B站，具体地址见本文的的评论区）。

1、概述

       基本大部分软件都内置了异常捕获模块，在软件发生异常闪退崩溃时，会弹出相关的提示框，比如PC版的微信在崩溃时，其内置的异常捕获模块会捕获到异常并生成日志及dump文件，同时会弹出如下的发送错误报告的提示框：

提示框的下方会自动带上崩溃相关的文件，其中最后一个文件就是我们要讲的dump文件，点击确定则会将这些文件发送到腾讯远端的后台服务器上。腾讯后台的运维人员会收到通知，然后到服务器上将dump等文件下载下去分析。

       有些软件可能没有上传崩溃日志到服务器的功能，捕捉到异常时会自动将dump文件保存到指定的路径中，事后可以到该路径中取到对应的dump文件。如果客户机器上遇到崩溃，可以和客户联系，让客户帮忙从对应的路径中取来出dump文件发过去。

       使用Windbg分析包含异常上下文的dump文件，属于静态分析，下面就来详细讲一下拿到dump文件之后如何使用Windbg去静态分析dump文件。

      关于Windbg的下载安装及详细介绍，可以查看我之前写的文章：
Windbg使用详解https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/120631007关于Windbg的命令汇总，可以查看我之前写的文章：

Windbg调试命令汇总https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/51711212

2、静态分析dump文件的一般步骤

        可以先打开Windbg，然后将dump文件拖到Windbg中。

2.1、查看异常类型

        打开dump文件，就会显示发生异常的类型，如下所示：

根据显示的异常类型（ExceptionCode值对应的含义，比如0xC0000005对应的就是Access violation内存访问违例）。

       通过这个异常类型可以初步判断出异常的种类，比如Access violation（内存访问违例）、Integer divided by zero（除0异常）、Stack overflow（线程栈溢出）等。对于Access violation内存访问违例的异常，原因比较多，很难一步确定引发异常的原因。但对于Integer divided by zero除0异常、Stack overflow线程栈溢出异常，则能给出直接的线索，可以快速地定位问题。

2.2、使用.ecxr命令切换到发生异常的线程上下文，查看发生异常的那条汇编指令

        在查看异常类型之后，我们输入.ecxr命令切换到发生异常的线程上下文，查看发生异常的那条汇编指令及相关寄存器的值：

通过查看汇编指令及各寄存器的值，可以初步判断当前发生异常的初步原因，比如可能是访问C++类空指针、野指针或者用户态的代码访问了内核态内存地址。

汇编代码能最直接、最本真的反映出崩溃的原因，程序运行时执行的都是二进制文件中的汇编代码（或者称为二进制机器码，二进制机器码和汇编代码是等价的）。

       下面讲两个典型的汇编指令中访问了不该访问的内存异常场景。

2.2.1、汇编指令中访问64KB小地址内存区，引发访问违例，导致崩溃

       在Windows系统中，64KB以内的内存地址是禁止访问的，如果程序访问这个范围内的内存，则会触发内存访问违例，系统会强行将进程终止掉。

2.2.2、汇编指令中访问了很大的内核态的内存地址，引发访问违例，导致崩溃

       对于32位程序，系统会给进程分配4GB的虚拟内存，一般情况下用户态和内核态会各占一半，即各占2GB，我们编写的代码基本都是运行在用户态的，用户态的代码时不能访问内核态内存地址的（内核态地址是供系统内核模块使用的），如果崩溃指令中访问了一个很大的内存地址，超过用户态的地址范围0-2GB，内存地址大于0x8000000，则会触发内存违例，因为用户态的代码是禁止访问内核态内存地址的。

2.3、使用kn/kv/kp命令查看异常发生时的函数调用堆栈

       接着，使用kn/kv/kp命令（三个命令，可以使用其中任何命令）去查看异常发生时的函数调用堆栈，看看是调用了什么函数触发的异常。根据函数调用堆栈，对照着源码去进行分析。    

       一般此时没有加载pdb文件，调用堆栈中不会显示具体的函数名和代码的行号：

因为Windbg没有加载包含函数及变量符号信息的pdb文件。要函数调用堆栈中显示具体的函数名和代码行号，则需要拿到pdb文件，然后将pdb文件的路径设置到Windbg中。然后Windbg记载到pdb符号库文件之后，重新输出函数调用堆栈，堆栈中就会显示出具体的函数名和代码行号了。

2.4、使用lm命令查看模块的时间戳，找到对应的pdb文件，设置到Windbg中

       函数调用堆栈在没加载pdb文件时，会显示代码所在的模块名称，我们使用lm命令查看这些模块编译生成的时间戳：

然后通过时间戳找来这些模块对应的pdb文件，然后将pdb文件的路径设置到windbg中。如何将pdb文件的路径设置到Windbg中，下面讲实例时会详细说明，此处就不再赘述了。

       Windbg加载pdb文件之后，使用kn/kv/kp命令再次输出函数调用堆栈，堆栈中就会显示具体的函数名及行号，这样对照着C++源代码去详细分析引发问题的最终原因了。

       有时候为了搞清楚发生异常的本质，我们还需要使用IDA查看相关二进制文件的汇编代码，查看一下发生异常的那条汇编指令的上下文，对照着C++源码，看看那条汇编指令为啥会出现异常。

3、问题分析实例说明

        我们为了方便展开讲解，我们特意使用VisualStudio创建了一个基于MFC对话框的exe测试程序，对话框中有个名为button1的按钮，如下所示：

我们在此按钮的响应中添加了一段引发崩溃的测试代码，故意让程序产生崩溃，测试然后拿到崩溃时的dump文件。

       具体的测试代码如下所示：

// 添加的一段测试代码
SHELLEXECUTEINFO *pShExeInfo = NULL;
int nVal = pShExeInfo->cbSize; // 通过空指针访问结构体成员，导致崩溃
 
CString strTip;
strTip.Format( _T("nVal=%d."), nVal );
AfxMessageBox( strTip );

代码中使用到的结构体SHELLEXECUTEINFO 定义如下：

typedef struct _SHELLEXECUTEINFOW
{
    DWORD cbSize;               // in, required, sizeof of this structure
    ULONG fMask;                // in, SEE_MASK_XXX values
    HWND hwnd;                  // in, optional
    LPCWSTR  lpVerb;            // in, optional when unspecified the default verb is choosen
    LPCWSTR  lpFile;            // in, either this value or lpIDList must be specified
    LPCWSTR  lpParameters;      // in, optional
    LPCWSTR  lpDirectory;       // in, optional
    int nShow;                  // in, required
    HINSTANCE hInstApp;         // out when SEE_MASK_NOCLOSEPROCESS is specified
    void *lpIDList;             // in, valid when SEE_MASK_IDLIST is specified, PCIDLIST_ABSOLUTE, for use with SEE_MASK_IDLIST & SEE_MASK_INVOKEIDLIST
    LPCWSTR  lpClass;           // in, valid when SEE_MASK_CLASSNAME is specified
    HKEY hkeyClass;             // in, valid when SEE_MASK_CLASSKEY is specified
    DWORD dwHotKey;             // in, valid when SEE_MASK_HOTKEY is specified
    union                       
    {                           
        HANDLE hIcon;           // not used
#if (NTDDI_VERSION >= NTDDI_WIN2K)
        HANDLE hMonitor;        // in, valid when SEE_MASK_HMONITOR specified
#endif // (NTDDI_VERSION >= NTDDI_WIN2K)
    } DUMMYUNIONNAME;           
    HANDLE hProcess;            // out, valid when SEE_MASK_NOCLOSEPROCESS specified
} SHELLEXECUTEINFOW, *LPSHELLEXECUTEINFOW;
 
 
#ifdef UNICODE
typedef SHELLEXECUTEINFOW SHELLEXECUTEINFO;
typedef LPSHELLEXECUTEINFOW LPSHELLEXECUTEINFO;
#else
typedef SHELLEXECUTEINFOA SHELLEXECUTEINFO;
typedef LPSHELLEXECUTEINFOA LPSHELLEXECUTEINFO;
#endif // UNICODE

       在测试代码中定义了SHELLEXECUTEINFO结构体指针pShExeInfo，并初始化为NULL，然后并没有给该指针赋一个有效的结构体对象地址，然后使用pShExeInfo访问结构体的cbSize成员的内存，因为pShExeInfo中的值为NULL，所以结构体cbSize成员的内存地址是结构体对象起始地址的偏移，因为结构体对象地址为NULL，cbSize成员位于结构体的首位，所以cbSize成员就是结构体对象的首地址，就是NULL，所以就访问64KB小地址内存块的异常，引发内存访问违例，导致程序发生崩溃闪退。

       至于如何在程序中设置异常捕获模块去捕获异常、自动生成dump文件，可以尝试使用google开源的CrashRpt库，我们产品很早就有了。大家如果想集成异常捕获库，可以使用开源CrashRpt（开源版本有一些缺陷，我们进行了一些优化和改进），也可以使用Google浏览器开源代码中的BreakPad，网上有很多版本，可以去研究一下。

4、使用Windbg详细分析dump文件，展现完整分析过程

4.1、查看异常类型和发生崩溃的汇编指令，初步分析

       使用Windbg打开dump文件（直接将dump文件拖入到Windbg），首先我们查看一下发生的异常类型，如下：

       然后使用.excr命令切换到发生异常的线程上下文，会自动将发生异常的那条汇编指令显示出来，如下：

       我们可以先看一下这条汇编指令以及崩溃时的各个寄存器的值，可能能初步估计出发生异常的原因。如果指令中访问了一个很小的地址或者访问了一个很大的地址，都会触发内存访问违例。
从崩溃的这条汇编指令来看，是访问了小地址0x00000000地址，这是访问了小于64KB小地址内存区，这个范围的地址是禁止访问的，所以引发了内存访问违例。这个异常很可能是访问了空指针引起的。

4.2、使用kn/kv/kp命令查看函数调用堆栈

       接着输入了kn命令，将函数调用堆栈打印出来：

函数调用堆栈是从下往上看的，最上面一行就是最后调用的一个函数，也是崩溃的那条汇编指令所在的函数。从函数调用堆栈的最后一帧调用的函数来看，程序的崩溃是发生在TestDlg.exe文件模块中，不是其他的dll模块。显示的函数地址是相对TestDlg.exe文件模块起始地址的偏移，为啥看不到模块中具体函数名称呢？那是因为Windbg找不到TestDlg.exe对应的pdb文件，pdb文件中包含对应的二进制文件中的函数名称及变量等信息，Windbg加载到pdb文件才能显示完整的函数名。

       查看函数调用堆栈的命令，除了kn，还有kv和kp命令，其中kv还可以看到函数调用堆栈中调用函数时传递的参数，如下所示：

我们需要取来pdb符号库文件，去查看具体的函数名及行号的，这样才好找到直接的线索的。下面就来看看如何获取到TestDlg.exe模块的pdb文件。

4.3、找到pdb文件，设置到windbg中，查看完整的函数调用堆栈

       如何才能找到TestDlg.exe文件对应的dpb文件？我们可以通过查看TestDlg.exe文件的时间戳找到文件的编译时间，通过编译时间找到文件对应的pdb文件。在Windbg中输入lm vm TestDlg*命令，可以查看到TestDlg.exe文件的详细信息，其中就包含文件的时间戳：（当前的lm命令中使用m通配符参数，所以在TestDlg后面加上了*号）

可以看到文件是2022年6月25日8点26分23秒生成的，就可以找到对应时间点的pdb文件了。

        一般在公司正式的项目中，通过自动化软件编译系统，每天都会自动编译软件版本，并将软件的安装包及相关模块的pdb文件保存到文件服务器中，如下所示：

这样我们就可以根据模块的编译时间找到对应版本的pdb文件了。

        我们找到了TestDlg.exe对应的pdb文件TestDlg.pdb，将其所在的路径设置到Windbg中。点击Windbg菜单栏中的File->Symbol File Path...，打开设置pdb文件路径的窗口，将pdb文件的路径设置进去，如下所示：

点击OK按钮之前，最好勾选上Reload选项，这样Windbg就会去自动加载pdb文件了。但有时勾选了该选项，好像不会自动去加载，我们就需要使用.reload /f TestDlg.exe命令去让Windbg强制去加载pdb文件（命令中必须是包含文件后缀的文件全名）。

        设置完成后，我们可以再次运行lm vm TestDlg*命令去看看pdb文件有没有加载进来：

如果已经加载进来，则会在上图中的位置显示出已经加载进来的pdb文件的完整路径，如上所示。

       关于pdb符号库文件的说明，可以查看我之前写的文章：
pdb符号库文件详解https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125508858       加载到TestDlg.exe文件对应的pdb文件之后，我们再次执行kn命令就可以包含具体的函数名及及代码的行号信息了，如下：

 我们看到了具体的函数名CTestDlgDlg::OnBnClickedButton1，还看到了对应的代码行号312。通过这些信息，我们就能到源代码中找到对应的位置了，如下所示：

是访问了空指针产生的异常。当然上面的代码是我们故意这样写的，目的是为了构造一个异常来详细讲解如何使用Windbg进行动态调试跟踪的。

4.4、可以将C++源代码路径设置到Windbg中，Windbg会自动跳转到源代码行号上

       为了方便查看，我们可以直接在Windbg中设置C++源码路径，这样Windbg会自动跳转到源码对应的位置。点击Windbg菜单栏的File->Source File Path...，将源码路径设置进去：

然后在Windbg点击函数调用堆栈中的每一行记录前面的数字超链接，会自动跳转到对应的函数及行号上，如下所示：

上图中的函数调用堆栈中很多模块是系统库中的，比如mfc100u、User32等，这些库是系统库，是没有源码的。我们可以点击最下面的第23个链接，其位于我们应用程序的模块中，会自动跳转到对应的代码中，如下：

4.5、有时需要查看函数调用堆栈中函数的局部变量或C++类对象中变量的值

        有时我们通过查看变量的值，找到排查问题的线索，比如变量中值为0或者很大的异常值。这点我们在多次问题排查中使用到，确实能找到一些线索。可以查看函数中局部变量的值，也可以查看函数所在类对象的this指针指向的类对象中变量的值。我们要查看哪个函数，就点击函数调用堆栈中每一行前面的数字超链接，如下所示：

我们看到了局部变量pShExeInfo 的值：

struct _SHELLEXECUTEINFOW * pShExeInfo = 0x00000000

       我们可以点击this对象的超链接：

就能查看当前函数对应的C++类对象中成员变量的值，如下：

      有时函数中相关变量的值，对于分析当前的C++软件异常，可能是关键线索，比如我之前写过的两篇项目问题排查实例文章：

通过查看Windbg中的变量值去定位C++软件异常问题https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125731044通过查看Windbg中汇编指令及内存中的值去定位软件崩溃问题https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125793532       但有时不一定能查看变量的值，因为当前通过异常捕获模块自动生成的dump文件一般是minidump文件，文件也就几MB左右，不可能包含所有变量的值。所以要在minidump文件中查看变量的值，要看运气的，有时能查看到，有时是看不到的。这里要讲一下dump文件的分类，主要分为minidump文件和全dump文件。

      关于dump文件的分类与dump文件的生成方式，可以查看我之前写的文章：
dump文件类型与dump文件生成方法详解https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/127991002

4.6、有时可能需要使用IDA去查看二进制文件的汇编代码上下文去辅助分析

       有时通过函数调用堆栈和源码很难定位问题时，可能需要使用IDA打开二进制文件去查看汇编代码的上下文去辅助定位问题。关于如何使用IDA去辅助排查问题，可以参见我之前写的文章：

使用IDA查看汇编代码上下文去辅助排查C++软件异常问题https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/128942626