CLR 调试接口的架构与应用 [2] 调试框架

来源：互联网发布：淘宝超级会员大红包编辑：程序博客网时间：2024/05/29 04:51

http://www.blogcn.com/user8/flier_lu/index.html?id=1894812

如 Don Box 在《.NET本质论第1卷：公共语言运行库》一书的第10章中介绍， CLR 调试框架是一个由 CLR 提供的，面向工具开发商的，支持调试功能的最小功能集。与 JVM 的 JDI (Java Debug Interface)不同，CLR 调试框架不仅仅关注于虚拟机一级的调试，同时也提供了 Native 一级调试的统一接口。使得现有工具开发商能够以最小代价移植并支持 CLR 调试功能。而对 CLR 调试更高层次或更细粒度的支持，则是由前面提到的 Profiling API 完成。 CLR 调试接口主要通过 mscordbi.dll 提供的 ICorDebug 接口，让调试器通过进程内或进程外方式，对被调试 CLR 进行监控。而 ICorDebug 接口可以通过 .NET Framework SDK 中 includecordebug.idl 或 includecordebug.h 直接使用。对 C#/Delphi 也可以直接 reference/import 在 SDK 的 lib 目录下的 cordebug.tlb 类型库，获得调用包装类。下面示例将都使用 C# 作为描述语言。在使用时，可以直接获取ICorDebug接口，并调用其Initialize/Terminate方法进行初始化和析构操作，框架代码如下：

以下为引用：
using CORDBLib;

namespace cordbg {  public class Debugger : IDisposable  {    private ICorDebug _dbg;

    public void Run()     {       _dbg = new CorDebugClass();

       try       {         _dbg.Initialize();

         // 构造调试环境

         // 处理调试事件       }       finally       {         _dbg.Terminate();       }     }     ...   }  [MTAThread]  static void Main(string[] args)  {    using(Debugger dbg = new Debugger())    {      dbg.Run();    }  } }

注意 CLR 调试环境必须在 MTA 的线程套间上下文(Thread Apartment Context)中运行，因此必须将入口函数的 STAThread 属性改成 MTAThread，否则会在调试接口调用回调函数时出现异常。对应于 COM 中的 CoInitializeEx(NULL, COINIT_MULTITHREADED) 调用。在创建了 ICorDebug 调试接口后，需要针对托管和非托管调试事件，提供调试事件回调接口。可以将实现了调试事件接口 ICorDebugManagedCallback/ICorDebugUnmanagedCallback 的实例，使用 ICorDebug 接口的 SetManagedHandler/SetUnmanagedHandler 方法，挂接到调试系统上，在适当的时候由调试系统回调，通知调试器有调试事件发生。实现上可以通过 ManagedEventHandler/UnmanagedEventHandler 两个单独的类，抽象出对托管和非托管调试事件的处理机制，将之挂接到调试器上，如：

以下为引用：
namespace cordbg {  public class DebugEventHandler  {     protected Debugger _dbg;

   public DebugEventHandler(Debugger dbg)   {       this._dbg = dbg;   }  }

  public class ManagedEventHandler : DebugEventHandler, ICorDebugManagedCallback  {     public ManagedEventHandler(Debugger dbg) : base(dbg)     {     }

     // 实现 ICorDebugManagedCallback 接口   }

  public class UnmanagedEventHandler : DebugEventHandler, ICorDebugUnmanagedCallback  {     public UnmanagedEventHandler(Debugger dbg) : base(dbg)     {     }

     // 实现 ICorDebugUnmanagedCallback 接口   }

  public class Debugger : IDisposable  {    public void Run()     {       //...

       _dbg.SetManagedHandler(new ManagedEventHandler(this));       _dbg.SetUnmanagedHandler(new UnmanagedEventHandler(this));

       //...     }   } }

在准备好了调试事件处理器后，就可以根据需要，创建或者附加到目标调试进程上。ICorDebug 提供了 CreateProcess 方法对 Win32 API 中 CreateProcess 函数进行了包装。

以下为引用：
public abstract interface ICorDebug { public abstract new void CreateProcess ( string lpApplicationName, string lpCommandLine, _SECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes, _SECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, int bInheritHandles, uint dwCreationFlags, IntPtr lpEnvironment, System.String lpCurrentDirectory, uint lpStartupInfo, uint lpProcessInformation, CorDebugCreateProcessFlags debuggingFlags, ICorDebugProcess ppProcess) }

BOOL CreateProcess( LPCTSTR lpApplicationName, LPTSTR lpCommandLine, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, BOOL bInheritHandles, DWORD dwCreationFlags, LPVOID lpEnvironment, LPCTSTR lpCurrentDirectory, LPSTARTUPINFO lpStartupInfo, LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation );

可以看到这两个函数的参数基本上是一一对应的，只不过ICorDebug.CreateProcess函数多了一个输入debuggingFlags参数指定调试标志和一个输出ppProcess参数返回创建进程的控制接口。两个 _SECURITY_ATTRIBUTES 类型的安全属性，一般来说可以设置为空，使用缺省设置。

以下为引用：
_SECURITY_ATTRIBUTES sa = new _SECURITY_ATTRIBUTES();

sa.nLength = (uint)Marshal.SizeOf(sa); sa.bInheritHandle = Win32.BOOL.FALSE; sa.lpSecurityDescriptor = IntPtr.Zero;

值得注意的是 dwCreationFlags 指定了创建进程是否支持 Native 模式的调试，也就是前面 SetUnmanagedHandler 方法调用的接口是否起作用。可以根据情况如命令行选项决定是否支持 Native 调试模式，如

以下为引用：
namespace Win32 {   public struct CreationFlag   {     public const uint DEBUG_PROCESS               = 0x00000001;     public const uint DEBUG_ONLY_THIS_PROCESS     = 0x00000002;

     public const uint CREATE_SUSPENDED            = 0x00000004;

     public const uint DETACHED_PROCESS            = 0x00000008;

     public const uint CREATE_NEW_CONSOLE          = 0x00000010;

     public const uint NORMAL_PRIORITY_CLASS       = 0x00000020;     public const uint IDLE_PRIORITY_CLASS         = 0x00000040;     public const uint HIGH_PRIORITY_CLASS         = 0x00000080;     public const uint REALTIME_PRIORITY_CLASS     = 0x00000100;

     public const uint CREATE_NEW_PROCESS_GROUP    = 0x00000200;     public const uint CREATE_UNICODE_ENVIRONMENT  = 0x00000400;

     public const uint CREATE_SEPARATE_WOW_VDM     = 0x00000800;     public const uint CREATE_SHARED_WOW_VDM       = 0x00001000;     public const uint CREATE_FORCEDOS             = 0x00002000;

     public const uint BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS = 0x00004000;     public const uint ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS = 0x00008000;

     public const uint CREATE_BREAKAWAY_FROM_JOB   = 0x01000000;   } }

namespace cordbg {  public class Debugger : IDisposable  {    private void Run()     {       //...

       uint dwCreationFlag = CreationFlag.CREATE_NEW_CONSOLE;

       if(Options.NativeMode)       {         dwCreationFlag |= CreationFlag.DEBUG_ONLY_THIS_PROCESS | CreationFlag.DEBUG_PROCESS;       }

       //...     }   } }

比较麻烦的是指定启动参数的 lpStartupInfo 参数和返回进程信息的 lpProcessInformation 参数。C# 在导入 cordebug.tlb 类型库时，都没有处理这两个类型，必须自己定义之：

以下为引用：
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, CharSet=CharSet.Auto)] public struct STARTUPINFO { public uint cb; public string lpReserved; public string lpDesktop; public string lpTitle; public uint dwX; public uint dwY; public uint dwXSize; public uint dwYSize; public uint dwXCountChars; public uint dwYCountChars; public uint dwFillAttribute; public uint dwFlags; public ushort wShowWindow; public ushort cbReserved2; public IntPtr lpReserved2; public IntPtr hStdInput; public IntPtr hStdOutput; public IntPtr hStdError; }

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)] public struct PROCESS_INFORMATION { public IntPtr hProcess; public IntPtr hThread; public uint dwProcessId; public uint dwThreadId; }

使用的时候则需要先在堆栈中构造此结构的值类型对象，然后通过 unsafe 形式指针，或者 Marshal 手工处理将之转换为地址。这里为了避免使用较为 dirty 的 unsafe 方式，通过 Marshal.AllocHGlobal 分配全局内存；然后调用 Marshal.StructureToPtr 将结构复制到内存中；调用 CreateProcess 时使用此内存的地址；调用返回后使用 Marshal.PtrToStructure 从内存中获得结构的内容；最后调用 Marshal.FreeHGlobal 释放全局内存。简要代码如下：

以下为引用：
//...

STARTUPINFO si = new STARTUPINFO(); // 构造时所有字段已清零

si.cb = (uint)Marshal.SizeOf(si);

PROCESS_INFORMATION pi = new PROCESS_INFORMATION();

IntPtr ppi = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf(pi)), psi = Marshal.AllocHGlobal(Marshal.SizeOf(si));

Marshal.StructureToPtr(si, psi, true); Marshal.StructureToPtr(pi, ppi, true);

_dbg.CreateProcess(Options.FileInfo.FullName, Options.CommandLine, ref sa, ref sa, BOOL.FALSE, dwCreationFlag, IntPtr.Zero, Options.CurrentDirectory, (uint)psi.ToInt32(), (uint)ppi.ToInt32(), CorDebugCreateProcessFlags.DEBUG_NO_SPECIAL_OPTIONS, out _proc);

pi = (PROCESS_INFORMATION)Marshal.PtrToStructure(ppi, typeof(PROCESS_INFORMATION));

Marshal.FreeHGlobal(ppi); Marshal.FreeHGlobal(psi);

Native.CloseHandle(pi.hProcess);

//...

而将调试器附加到现有进程上则相对简单得多，接口方法如下：

以下为引用：
public abstract interface ICorDebug { public abstract new void DebugActiveProcess(uint id, int win32Attach, ICorDebugProcess ppProcess) }

BOOL DebugActiveProcess( DWORD dwProcessId );

与 Win32 API 的 DebugActiveProcess 相比，ICorDebug.DebugActiveProcess 增加的 win32Attach 指定是否允许 Native 模式调试，ppProcess 返回目标调试进程的控制接口。

以上简要介绍了 CLR 调试接口在使用时如何构造调试环境，以及对调试目标进程的创建和附加的方法。下一节将整体上对托管和非托管的各种调试事件做一个介绍，然后再针对不同的调试功能开始详细介绍。