VirtualKD + VMWare实现单机内核调试

                                                VirtualKD + VMWare实现单机内核调试

                                                                                                             By 张佩

 

        若干年以前，我的前同事酒若v霖（JIURL）写的《借助VMware实现单机使用WinDbg》一文，帮助了很多人，至今流传甚广。它介绍了如何借助于VMWare虚拟机，在同一台电脑上使用Windbg调试软件，实现内核“双机”调试。这种技术，使用命名管道对物理串口进行模拟，让虚拟机系统感觉自己是通过物理串口，在和主机通信。下图是它的实现原理：

图1虚拟机串口调试原理

 

         笔者一度也用过串口进行双机调试，感觉就是一个字：慢！串口的传输速度称为波特率。在当前语境下，可以把波特率等同于比特率。我发现，系统能够支持的最大串口波特率，是115200。这个数字看上去就不大，换算一下大概是14400字节/秒，或者14K/秒。另一种双机连接方式，1394连接，它平均传输速度能达到10M/秒。二者一相比较，有若干个数量级之差。

         读者可能会提一个问题：用命名管道模拟的串口，也必须受制于波特率吗？

 命名管道，而且是本机传输，其速度一定是非常快的。但图1中，在虚拟机系统里面，我们看到有一个“串口内核调试模块（KDCOM）”，它会对波特率进行判断。发觉波特率不匹配的情况下，数据将被抛弃。所以命名管道是“被迫”降速！

          如果能把串口内核调试模块换掉的话，就好了！本文介绍的VirtualKD软件，就是这样实现的一个产品。下面详细介绍。

 请从此地址下载最新的VirtualKD安装包：http://virtualkd.sysprogs.org/

 作为一款免费软件，做得如此好。有闲的朋友在没事的时候，可以考虑给他们捐一点银两。如果大多数人都能习惯于慷十元之慨（尤其在中国），自由软件和开源软件的状况，会很不一样。谢谢。

          下载后安装（其实是解压），打开安装目录，看到有一个名为Target的文件夹。请在此时打开你要调试的目标虚拟机系统，把Target文件夹拷贝过去，运行此文件夹里面的VMInstall.exe程序。这个程序的运行界面如图2所示。

 

图2添加启动项

 

程序VMInstall做了两件事，先说其一：添加启动项。

        这个程序很智能，可以发现你的当前系统平台，新建一个启动项，并起一个描述名。如果没有异议，直接点Install即可。安装完成后，我们最好打开系统配置程序查看一下：

 

图3确认新增启动项

 

         如果是XP及以前的系统，可以打开C:/boot.ini文件查看其启动项的完整设置。应该是类似下面的内容：

multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)/WINDOWS="Windows XP [VirtualKD]" /DEBUG /DEBUGPORT=vm /fastdetect /NoExecute=OptIn

请务必注意到粗体部分内容：/debugport=VM。它的调试端口是“VM”。这个调试端口系统肯定不承认，是VirtualKD自定义的。嵌入到VMWare软件中的相关模块，通过它来判断它是不是一个需要由自己来处理的系统。

         如果是Vista及以后的系统，应该用BcdEdit命令来查看新启动项。应该看到类似下面的内容：

Windows 启动加载器

-------------------

标识符                  {default}
device                  partition=E:
path                    /Windows/system32/winload.exe
description             Windows 7 [VirtualKD]
recoveryenabled         Yes
testsigning            Yes
osdevice               partition=E:
systemroot             /Windows
dbgtransport           kdvm.dll
resumeobject           {331ebcfd-736a-11de-a22b-8e8ebafcd1d7}
nx                     OptIn
custom:26000027        Yes
debug                  Yes

这里面有两项是比较特殊的： testSigning 和 dbgtransport 。前者标记系统中有未签名的驱动，让系统正常加载，在64位系统上所有的驱动都必须通过数字签名，否则拒绝加载，本软件包中的驱动文件显然没有这样做；后者则是一个用来替代图 1中串口模块的内核调试模块（KDCOM.dll），这个模块显然可以自定义，第三方可以用自己的类似模块替代它。

         不管是什么系统，这些陌生的启动项，都自己添加了一些莫名其妙的选项值，是VirtulKD系统独有的，而正常系统不可识别。所以不可以在自己的主机上添加这样的启动项，笔者好事试过，结果是通过这些启动项，无法进入系统。

         回头再说VMInstall做的第二件事。它把一个名为DDKLaunchMonitor.exe的程序释放到系统根目录下，并把它设置为系统启动程序。它在注册表键HKLM/SOFTWARE/Microsoft/Windows/CurrentVersion/Run中添加一个DDKLaunchMonitor值来实现开机启动。这个程序运行界面如图4所示，图中的文字信息很清楚地表明，它正在干什么——监控来自主机的连接请求。

 

图4目标机运行DDKLaunchMonitor程序监控调试连接

 

         安装好DDKLaunchMonitor后，会提示系统重启，请按要求重启。重启的时候，默认以新建的启动项进入系统，亦请照办。

现在让我们回到主机端，仍打开安装目录，看到名为VMMon.exe和VMMon64.exe的程序。前者用于32位系统，后者用于64位系统。运行它，软件界面如下：

 

图5主机端监控

 

此程序的作用是在主机端监控VMWare中运行的虚拟机系统。图5上半部分，它监控到了一个系统。它非常可心地，把所监控到的VMWare进程、系统CPU占用率等详细信息都列了出来。

此时选中要调试的目标系统，在右下角点击Run Debugger按钮，启动内核调试器。如果你是首次运行，需要先点击此按钮左边一点的Debugger Path…按钮，以设置调试器路径。默认受支持的调试器有Windbg和KD两种，还可以用Custom选项设置自定义调试器。本文默认用Windbg调试器。不出意外，我们会看到Windbg自动开启，并跳出下面的界面：

 

图6 Windbg开始调试

 

从提示信息看出，Windbg已经打开了命名管道。此时按下CTRL+Break组合键，就能建立连接了。速度会非常快哦！

开发VirtualKD的同一个组织，还开发了一款名叫VisualDDK的产品。后者把VirtualKD包含在内，又添加了一个新功能。这个新功能也非常炫，它通过插件形式，为Visual Studio添加一个项目向导，通过这个项目向导，能新建一个WDM工程，并为这个新建的WDM工程自动添加百余行代码，这些代码非常干净，笔者很喜欢。

在DriverStudio停止维护五六年之后的今天，仍有很多人痴迷地偏爱、使用DriverStudio来生成驱动工程（特别是USB驱动），危险啊危险。VisualDDK虽然很轻量，其实是个另一个好选择。