WinDbg入门教程
介绍
在我的职业生涯中，我看到我们大多数都是使用Visual Studio来进行调试，而不是用其它许多免费的调试器。你可能有许多理由来使用这样的调试器，比如，在你家里的机器上没装开发环境，但是一个程序一次次的崩溃。其实根据堆栈的dump就可以判断出IE的崩溃是否是由于一个第三方的插件。
对于WinDbg，我目前为止还没有发现很好的快速入门的教程。这篇文章结合实例讨论了WinDbg的使用。我首先假设你熟悉调试的基本概念：stepping in, stepping out,断点以及远程调试的基本概念。
注意，这本来是座位一个入门的文档，你可以阅读并且开始使用WinDbg. 如果对于特定的命令有疑问，请查阅WinDbg的文档。你可以在任何微软提供的调试器中使用这篇文章中提到的命令，比如在VS的命令行窗口中。
这篇文章是基于WinDbg 6.3.
这仅仅是一系列关于调试技术的文章中的第一篇。在下一篇文章中，我会解释如何针对调试器编写扩展DLL.
调试器一览
下面大概介绍了你可以从微软网站上下载到的调试器：
· KD-内核调试器。你可以用它来调试蓝屏一类的系统问题。如果是开发设备驱动程序是少不了它的。
· CDB-命令行调试器。这是一个命令行程序
· NTSD-NT调试器。这是一个用户模式调试器，可以用来调试用户模式应用程序。它实际上是一个CDB的windows UI增强。
· WinDbg-用一个漂亮的UI包装了KD和NTSD。WinDbg即可以调试内核模式，也可以调试用户模式程序。
· VS, VS.net-使用同KD和NTSD相同的调试引擎，并且相比于同样用于调试目的的WinDbg，提供了功能更丰富的界面。
调试器之间的比较
| 功能 |
KD |
NTSD |
WinDbg |
Visual Studio .NET |
| 内核模式调试 |
Y |
N |
Y |
N |
| 用户模式调试 |
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Y |
Y |
Y |
| 非托管调试 |
Y |
Y |
Y |
Y |
| 托管调试 |
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Y |
Y |
Y |
| 远程调试 |
Y |
Y |
Y |
Y |
| 附加到进程 |
Y |
Y |
Y |
Y |
| 从进程分离 |
Y |
Y |
Y |
Y |
| SQL调试 |
N |
N |
N |
Y |
WinDbg
WinDbg实际上包装了NTSD和KD并且提供了一个更好用的用户界面。它也提供了命令行开关，比如最小化启动(-m),附加到一PID指定的进程(-p)以及自动打开崩溃文件(-z)。它支持三种类型的命令。
· Regular commands(比如： k) 用来调试进程
· Dot commands(比如：.sympath)用来控制调试器
· Extension commands(比如: !handle)-这些命令属于可以用来添加到WinDbg的自定义命令；它们用扩展DLL的输出函数来实现。
PDB文件
PDB文件指的是链接器生成程序数据库文件(Program database files)。私有的PDB文件包括私有以及公有符号，源代码行号，类型，局部以及全局变量。公有的PDB文件不包含类型，局部变量以及源代码行号信息。
调试场景
远程调试
使用WinDbg进行远程调试是很容易的，而且有很多种可行的方法。在下文中，’调试服务器’指的是运行在你所要调试的远程机器上的调试器。’调试客户端’指的是控制当前会话的调试器。
· 使用调试器：你需要CDB, NTSD或者WinDbg已经安装在远程机器上。WinDbg客户端可以连接到CDB, NTSD或者WinDbg中的任何一个作为服务器，反之亦然。在客户端和服务器直接可以选择TCP或者命名管道作为通讯协议。
o 在服务器端的启动过程：
§ WinDbg –server npipe:pipe=pipename(注：可以允许多个客户端连或
§ 从WinDbg内部： .server npipe:pipe=pipename(注，连接单个客户端)
你可以用多种协议开启不同的服务会话。并且可用密码来保护一个会话。
o 从客户端连接：
§ WinDbg -remote npipe:server=Server, pipe=PipeName[,password=Password]
§ 从WinDbg内部： File->Connect to Remote Session: for connection string, enter npipe:server=Server, pipe=PipeName [,password=Password]
· 使用Remote.exe: Remote.exe使用命名管道作为通讯的方式。如果你使用的是一个命令行接口的程序，比如KD,CDB或者NTSD。你可以使用remote.exe来远程调试。注意：使用@q(不是q)来退出客户端，不用关掉服务端。
o 要启动一个服务端：
§ Remote.exe /s “cdp –p <pid>” test1
o 从客户端连接：
§ Remote.exe /c <machinename> test1
上面的test1是我们所选择的命名管道的名字。
服务端会显示那个客户端从那个服务器连接以及执行过的命令。你可以使用‘qq’命令来退出服务端；或者使用File->Exit来退出客户端。另外，如果要进行远程调试，你必须属于远程机器的”Debugger User”组并且服务器必须允许远程连接。
即时调试
在WinDbg的文档的”Enabling Postmorten Debugging”部分对此有很详细的讨论。简而言之，你可以把WinDbg设置成默认的即时调试器，命令就是:Windbg –I。这个命令实际上是把注册表中 HKLM/Software/Microsoft/Windows NT/CurrentVersion/AeDebug的键值设置成WinDbg。如果要把WinDbg设置成为默认的托管调试器，你需要显示设置如下的注册表键值：
- HKLM/Software/Microsoft/.NETFramework/DbgJITDebugLaunchSetting 设置成 2
- HKLM/Software/Microsoft/.NETFramework/DbgManagedDebugger 设置成Windbg.(注意其中的启动参数设置)
通过JIT的设置，当一个应用程序在不是调试的状态下抛出了未处理的异常之时，WinDbg就会被启动。
64位调试
所有这些调试器均支持在AMD64和IA64上的64位调试环境。
托管应用程序的调试
WinDbg 6.3以后的版本支持在Widbey(VS2005和.net 2.0的内部开发代号) .net CLR托管调试。在文档中针对托管调试有很好的讨论。需要注意的是，对于托管程序来说，没有刚才所说的PDB（译注：托管代码实际上也是有PDB的，但是这个PDB实际上记录了C#代码和IL代码的对应关系以及相关的一些信息）的概念，因为所有的程序都是编译成为ILASM。调试器通过CLR来查询所需的附加信息。
有几点需要注意：
你只能在托段函数的代码被执行过至少一次之后才能设置断点。只有这样它才能被编译成汇编代码。记住以下的几点：
· 关于函数的地址的复杂化以及对应的断点设置：
o CLR有可能丢弃已经编译好的代码，所以函数的入口地址有可能改变。
o 同样的代码有可能被多次编译，如果多个应用程序域没有共享这段代码的话。如果你设置了一个断点，它就会被设置在当前线程(译注：CLR的逻辑线程)所在的应用程序域内。
o 泛型的特殊实例可能导致同一个函数有不同的地址。.
· 数据存储布局的复杂化以及对应的数据检查:
-
- CLR可能会在运行的时候任意改变数据的存储布局，所以一个结构体成员的偏移量可能会被改变掉. (译注：实际上是在一个类型被加载的时候决定的数据布局，之后是不会改变的。)
- 一个类型的信息是在第一次使用的时候被加载，所以你可能不能够查看一个数据成员如果它还没有被使用过.
· 调试器命令的复杂化
o 当跟踪托管代码的时候，你会需要穿越大段的CLR自己的代码比如JIT编译器的代码，原因可能是你第一次进入一个函数，或者是你在托管和非托管代码之间进行切换。
调试Windows服务
使用WinDbg，你可以像调试其它应用程序那样调试Windows服务程序。即可以通过附加进程的方法启动Windows服务，也可以把WinDbg当作一个即时调试器，并且在代码中调用DbgBreakPoint 或者 DebugBreak，或者在x86机器上加入一条int 3汇编指令。
调试异常
一个调试器会得到两次的异常通知-第一次在应用程序有机会处理异常之前(‘first chance exception’)；如果应用程序没有处理这个异常，这时候调试器就会有机会来处理异常(‘second-chance exception’)。如果调试器没有处理二次机会的异常，应用程序就会退出。
.lastevent或者，!analyze –v命令会给你显示异常的记录以及异常抛出所在函数的堆栈跟踪信息。
你也可以使用 .exr, .cxr以及 .ecxr命令来显示异常和上下文记录。同时需要注意的是，你也可以改变first-chance的处理选项。对应的命令就是： sxe, sxd, sxn和sxi。
能否请教一个问题：
我的Windbg不能设置断点，重新加载Symbols文件的时候也总是有几个加载失败，Symbols file path的设置是：
SRV*c:/symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols。
类似的环境变量也设置了，可是怎么弄都不行，又没有什么好的建议？
用;将Symbols file path分开，例如：
d:/dev/src;SRV*c:/symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols
WinDbg的功能
调试器扩展DLL
所谓的扩展指的是一些DLL，你可以用在调试器内调用并且执行一些自定义的命令。这些DLL必须实现一些特定的函数，并且要满足一些需求，这样才能被认为是一个扩展DLL。在下一篇文章内，我们将会了解到怎样写出一个扩展DLL。所谓的bang(!)命令就是从你的扩展DLL内执行的命令。注意这些DLL是被加载到调试器的进程空间内。
内存转储文件
你可以使用转储功能来取得一个进程的快照信息。一个mini-dump通常比较小，除非你使用了全内存的minidump(.dump /mf)。通常能够转储句柄信息也是很有用的，命令是 .dump/mfh。一个小型转储通常包含了所有的线程的堆栈以及一个已被加载的模块的列表。一个全转储包含了更多的信息，比如进程的堆。
崩溃转储分析
如果你的windows系统当机，那么它就会在一个文件中转储物理内存中的数据，以及所有的进程信息。可以通过Control Panel ->System->Advanced->’Startup and Recovery’来配置。你也可以首先把WinDbg配置成为一个即时调试器，然后就可以取得任意一个非正常终止的进程的转储(.dump)。注意，从转储文件中分析出代码中的bug往往是一个复杂费力的过程。
使用以下的步骤来分析一个转储文件：
1) 在WinDbg内，通过 File->’Open Crash Dump’, 指向转储文件。
2) WinDgb会给你显示应用程序崩溃之时所执行的指令。
3) 正确设置你的符号文件目录和源代码目录。如果你不能够匹配正确的符号文件，想要弄清楚程序的逻辑是非常困难的。如果你能够把符号文件匹配到正确版本的源代码，这是就应该很容易分析出Bug原因。注意，私有符号文件含有行号信息并且会盲目的显示你源代码中的对应行而不进行任何的检查；如果你的源码版本不对，那么你就不能够看到匹配汇编代码的正确源码。如果你仅仅有公有的符号文件，你会看到最后一个被调用的函数（栈上的）。
注意调试驱动或者托管代码是与此有很大不同的。参考《The Windows 2000 Device Driver Book》来获得调试设备驱动的技术。
WinDbg的常用设置
符号文件与文件夹
如果想更有效的调试，你需要符号文件。符号文件可以是老式的COFF格式或者就是PDB格式。PDB就是程序数据库文件并且包含了公有符号。这些调试器内，你可以使用一系列的地址来让调试器寻找已经加载的二进制文件的符号。
操作系统的符号文件一般存储在%SYSTEMDIR%Symbols目录。驱动程序的符号文件(.DBG或.PDB)一般存储在和驱动文件(.sys 文件)相同的目录下。私有符号文件包含的信息包括：函数，局部以及全局变量，以及用来把汇编代码和源代码关联起来的行号信息；对于客户来说，符号文件一半是公有的-这些文件仅仅包括公有成员。
你可以通过File-Symbol File Path来设置符号文件目录，或者使用 .sympath命令。如果想要添加到网络上符号文件的引用，添加以下的内容到你的 .sympath
SRV*downstream_store*http://msdl.microsoft.com/download/symbols
使用的命令就是：
.sympath+ SRV*c:/tmp*http://msdl.microsoft.com/download/symbols
C:/tmp就是download_store，所需要的符号文件会被下载存储至此。注意这个符号服务器仅仅开放了公有的符号文件。
当调试器把一个二进制文件(DLL或exe)的时候，他会检查比如文件名，时间戳以及校验值。如果你有符号信息，你就可以在调用栈上看到函数名和他们的参数。如果二进制文件和PDB文件都来自于你自己的应用程序，你就可以看到比如私有函数，局部变量以及类型这类额外的信息。
源代码路径
你可以通过File->Source File Path来设置源码路径，或者使用.srcpath命令。如果你设置了代码的路径，当你调试的时候，调试器会通过PDB文件的行号信息来显示相匹配的源代码。
断点，跟踪
· 通过bp命令或者工具栏上的断点图片来设置软断点。
· 通过代码比如DbgBreakPoint() 或者 KdBreakPoint()来设置硬断点。
· 在扩展DLL中使用跟踪函数DbgPrint, KdPrint, OutputDebugString 来把输出显示在WinDbg的输出窗口中。