总在用户态调试 C# 程序，终还是搭了一个内核态环境

科技 09-14 来源： DotNET技术圈

一：背景

一直在用 WinDbg 调试用户态程序，并没有用它调试过 内核态，毕竟不是做驱动开发，也没有在分析 dump 中需要接触用内核态的需求，但未知的事情总觉得很酷，加上最近在看《深入解析 Windows 操作系统》一书，书中有不少案例需要深入到内核态，所以这篇准备整理一下如何用 WinDbg 调试 C# 内核态吧。

操作环境：

Windbg Preview
宿主机：Windows 10
虚拟机：Windows 10

二：搭建内核态调试

1. 基本原理

操作系统的引导程序 BootMgr和WinLoad内置了调试模式，支持以 COM 接口互通，所以我们需要先添加一种可供调试的启动项，供引导程序BootMgr启动时弹框让我们选择。

2. 配置调试启动项

大家可以在 https://msdn.itellyou.cn/下载一个完整版的 Window10 ISO 包，这里就不细说了，启动虚拟机进入 Windows10 ，以管理员模式打开CMD窗口，执行如下四条命令来编辑bcd (Boot Configuration Data)。


bcdedit /dbgsettings serial baudrate:115200 debugport:1
bcdedit /copy {current} /d WinDbg
bcdedit /displayorder {current} {ID}
bcdedit /debug {ID} ON

注意一下，这里的 {ID}是 CMD 上生成的 GUID，这是你的启动项唯一键，别名是WinDbg，在我的界面上大概是这个样子：

3. 配置 COM 接口

这里有几个步骤要注意了，大致如下：

1）把打印机选项移除了，因为它占用了 COM1 接口。

2）新增一个 串行端口。

3）在 使用命名管道中填入\.\pipe\com_1, 同时勾选轮询时主动放弃CPU。

设置完之后点击确定，完整截图如下：

4. 配置 Windbg Preview

我们把 WinDbg 打开，选择 Attach to kernel选项，然后选择COM模式，设置Baud Rate = 115200，然后是Port=\.\pipe\com_1，配置完之后点击 OK, 完整截图如下：

如果一切正常的话，Windbg 应该是如下输出，等待COM连接状态。


Microsoft (R) Windows Debugger Version 10.0.25136.1001 AMD64
Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

Waiting for pipe \.\pipe\com_1
Waiting to reconnect...

5. 启动虚拟机

这些都配置完之后，我们重新启动虚拟机，在 BootMgr 阶段会出现两个引导项，其中一个就是在 小项2时配置的，我们选择它就好了，完整截图如下：

稍等片刻后 WinDbg 会显示连接成功，在进入初始化时会 int 3 中断, 如果你真的到了这一步，那恭喜你！！！



Microsoft (R) Windows Debugger Version 10.0.25136.1001 AMD64
Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

Waiting for pipe \.\pipe\com_1
Waiting to reconnect...
Connected to Windows 10 10240 x64 target at (Thu Sep 1 23:23:35.235 2022 (UTC + 8:00)), ptr64 TRUE
Kernel Debugger connection established. (Initial Breakpoint requested)

************* Path validation summary **************
Response Time (ms) Location
Deferred srv*c:\mysymbols_fix*https://msdl.microsoft.com/download/symbols
Error D:
et5\ConsoleApp1\Debug
Deferred srv*c:\mysymbols*https://msdl.microsoft.com/download/symbols
Symbol search path is: srv*c:\mysymbols_fix*https://msdl.microsoft.com/download/symbols;D:
et5\ConsoleApp1\Debug;srv*c:\mysymbols*https://msdl.microsoft.com/download/symbols
Executable search path is:
Windows 10 Kernel Version 10240 MP (1 procs) Free x64
Edition build lab: 10240.17394.amd64fre.th1_st1.170427-1347
Machine Name:
Kernel base = 0xfffff802`a3c7b000 PsLoadedModuleList = 0xfffff802`a3fa0070
System Uptime: 0 days 0:00:00.092
nt!DebugService2+0x5:
fffff802`a3dcfca5 cc int 3

因为是初始化中断，接下来在 WinDbg 命令面板中先用 g执行，让操作系统继续跑下去,稍等片刻就会进入到 Windows 10 的操作界面。

6. netcore 测试

前段时间写了一篇文章，聊到了 ReadFile从用户态切到内核态的过程，还画了一张图。

现在可以调试 内核态那何不试试看呢？？？哈哈，说干就干，先上一段测试代码。


static void Main(string[] args)
{
var i = 0;

File.WriteAllText(@"C:\1.txt", "hello world!");
while (true)
{
var str = File.ReadAllText(@"C:\1.txt");
Console.WriteLine($"{i++}, content={str.Length}");
Thread.Sleep(1000);
}

Console.ReadLine;
}

为了方便观察用户态栈，我在虚拟机中的 Windows10 系统上安装一个 WinDbg10，目的就是拦截ntdll!NtReadFile函数时输出用户态栈。