调试寄存器 原理与使用:DR0-DR7
下面介绍的知识性信息来自intel IA-32手册(可以在intel的开发手册或者官方网站查到),提示和补充来自学习调试器实现时的总结。
希望能给你带去有用的信息。(DRx对应任意的一个 调试 寄存 器。LENn对应任意一个长度。Ln对应任意一个局部置位)
DR0-DR7可以直接被读写操作(MOV 指令之类的,DRx可以是源操作数也可以是目的操作数)
但是,DRx的访问是需要一定权限的。比如你用MOV操作的话,你需要在实地址模式,系统管理模式(smm)或者在保护模式(CPL设0).如果权限不够,将会在访问DRx的时候尝产生#GP(general-protection)异常
现在来看看DRx可以干些什么?
1.设置发生断点的地址(线性地址)
2.设置断点的长度(1,2,4个字节,但是执行断点只能是1)
3.设置在 调试异常产生的地址执行的操作
4.设置断点是否可用
5.在 调试异常产生时, 调试条件是否是可用
(以上直接翻译自"Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual" volume 3。
以下来自个人的总结。当然,也是参考intel官方资料得来的)
我们来看看 调试 寄存 器的一些细节信息。
下图很重要,后面的介绍都是针对这个图说的。
(当然不是我画的,是来自intel ia-32系统结构开发手册18章2节)。
调试 寄存 器 DR0-DR3
这四个 寄存 器是用来设置 断点地址的。断点的比对在物理地址转换前(异常产生时,还没有将线性地址转换成物理地址)。由于只有0-3四个保存地址的 寄存 器,所以,硬件断点,在物理上最多只能有4个。
调试 寄存 器DR4-DR5
这两个 调试 寄存 器有CR4的DE标记控制。如果DE置位,那么对这两个 寄存 器的访问会导致#UD异常。如果DE置0,那么他们就被化名为DR6-DR7(你一定会问原来的DR6-DR7怎么办?这个…… 我也不知道。如果你搞明白了,一定记得告诉我)
调试 寄存 器DR7(控制 寄存 器)
(先介绍DR7对DR6的理解有好处。)
DR7是 调试控制 寄存 器。控制方式嘛!继续看:
1. L0-L3(由第0,2,4,6位控制):对应DR0-DR3,设置断点作用范围,如果被置位,那么将只对当前任务有效。每次异常后,Lx都被清零。
2. G0-G3(由第1,3,5,7位控制):对应DR0-DR3,如果置位,那么所有的任务都有效。每次异常后不会被清零。以确保对所有任务有效。但是,不知道为什么,我在测试时:
设置Gn后,不能返回 调试异常给 调试 器(如果你知道为什么,记得告诉我)
3. LE,GE(由第8,9位控制):这个在P6以下系列cpu上不被支持,在升级版的系列里面:如果被置位,那么cpu将会追踪精确的数据断点。LE是局部的,GE是全局的。(到底什么算精确的,我也不清楚,但是,我知道如果设置了这两个,cpu的速度会降低。我在测试中,都没有置位。)
4. GD(由第13位控制):如果置位,追踪下一条指令是否会访问 调试 寄存 器。如果是,产生异常。在下面的DR6里面,你会知道他还和另外一个标志位有点关系。
5. R/W0-R/W3:(由第16,17,20,21,24,25,28,29位控制):这个东西的处理有两种情况。
如果CR4的DE被置位,那么,他们按照下面的规则处理问题:
00:执行断点
01:数据写入断点
10:I/0读写断点
11:读写断点,读取指令不算
如果DE置0,那么问题会这样处理:
00:执行断点
01:数据写入断点
10:未定义
11:数据读写断点,读取指令不算
6. LEN0-LEN3:(由第18.19.22.23.26.27.30位控制):指定内存操作的大小。
00:1字节(执行断点只能是1字节长)
01:2字节
10:未定义或者是8字节(和cpu的系列有关系)
11:4字节
调试 寄存 器DR6( 调试状态 寄存 器)
这个 寄存 器主要是在 调试异常产生后,报告产生 调试异常的相关信息
1. B0-B3(DR0-DR3):DRx指定的断点在满足DR7指定的条件下,产生异常。那么Bx就置位。但是,有时,即使Ln和Gn置0,也可能产生Bx被置位。这种现象可能这样出现(提示:在p6系列处理 器,REP MOVS在不断循环中产生的 调试异常需要执行完了才能准确返回给 调试进程):DR0的L0,G0都置0(DR0就是一个不能产生异常的断点了),然后在DR0指定的地址是一个REP指令的循环,这样,DR0就可能在这个循环之后的REP指令产生的 调试异常中将B0置位
2. BD:BD需要DR7的GD置位,才有效。BD是在下一条指令要访问到某一个 调试 寄存 器的时候,被置位的。
3. BS:单步执行模式时,被置位。单步执行是最高权限的 调试异常。
4. BT:在任务切换的时候,被置位。但是必须在被切换去的任务的TSS段里面的T标记被置位的情况下才有效。在控制权被切换过去后,在执行指令前,返回 调试异常。但是,需要注意,如果 调试程序是一个任务,那么T标记的设置肯定就冲突了。然后,导致了死循环(BT的这些信息都是按照官方资料翻译而来,由于没有实际的操作,肯定会有理解上的出入。如果要深入的话,建议看官方资料)
有些 调试异常会将B0-B3清零。但是其他的DR6的位是不能被产生异常的进程清零的。每次 调试异常返回后, 调试进程都会先将DR6清零,再按照情况设置。以免产生不必要的错误。
对齐问题和64位处理 器
对齐问题:
这个问题是来源于LENn的设置,如果设置4字节,那么必须4字节对齐。例如:我们下4字节的断点,那么DRx需要是A0000/A0004/A0008这样的地址上。I/O地址是零扩展的(这个……也许意味着必须完全对齐)。因为,intel在比对地址时:用LENn的值去覆盖DRx里面保存的地址的低位。你可以想到,不对齐会有什么后果了吧。注意:执行断点只能是1字节。
再用图片解释下(当然,图片来自intel官方资料):
在64位处理 器下:
调试 寄存 器当然也是64位的。在操作过程中,写入,前面32位被置零。读取:只返回后32位。MOV DRx操作,前32位被忽略。
DR6-DR7的高32位被保留。置零。如果置位,会产生#GP异常。8字节的读写断点完全被支持。
最后,还是给个图片(64位处理 器的布局):
最后需要提醒一个小问题:数据写入断点设置后。是在原数据被修改后,才产生调试异常。所以,返回异常时,原有数据已经被修改。如果想保留原有数据,需要自己提前保存对应地址的数据。
VC利用调试寄存器实现硬件断点,处理断点异常
/************************************************************************
SetHardWareBP:
设置线程硬件断点
hThread: 线程句柄
dwAddr: 断点地址
dwDrIndex: 硬件寄存器(0~3)
nType: 断点类型(0:执行,1:读取,2:写入)
nLen: 读写断点数据长度(1,2,4)
/************************************************************************/
BOOL SetHardWareBP(HANDLE hThread,DWORD dwAddr,DWORD dwDrIndex=0,UINT nType=0,UINT nLen=1)
{
BOOL bResult=FALSE;
CONTEXT context = {0};
context.ContextFlags=CONTEXT_DEBUG_REGISTERS;
if(::Getthreadcontext(hThread,&context))
{
DWORD dwDrFlags=context.Dr7;
//将断点地址复制进入对应Dr寄存器(参考CONTEXT结构)
memcpy(((BYTE *)&context)+4+dwDrIndex*4,&dwAddr,4);
//决定使用哪个寄存器
dwDrFlags|=(DWORD)0x1<<(2*dwDrIndex);
//见OD读写断点时 这个置位了,执行没有(置位也正常-_-)
dwDrFlags|=0x100;
//先将对应寄存器对应4个控制位清零(先或,再异或,还有其它好方法吗) =.= 悲催的小学生
dwDrFlags|=(DWORD)0xF<<(16+4*dwDrIndex);
dwDrFlags^=(DWORD)0xF<<(16+4*dwDrIndex);
//设置断点类型,执行:00 读取:11 写入:01
//(不知何故,测试时发现不论是11还是01,读写数据时均会断下来)
if (nType==1)
dwDrFlags|=(DWORD)0x3<<(16+4*dwDrIndex); //读取
else if(nType==2)
dwDrFlags|=(DWORD)0x1<<(16+4*dwDrIndex); //写入
//else if(nType==0)
//dwDrFlags=dwDrFlags //执行
//设置读写断点时数据长度
if (nType!=0)
{
if(nLen==2 && dwAddr%2==0)
dwDrFlags|=(DWORD)0x1<<(18+4*dwDrIndex); //2字节
else if(nLen==4 && dwAddr%4==0)
dwDrFlags|=(DWORD)0x3<<(18+4*dwDrIndex); //4字节
}
context.Dr7=dwDrFlags;
if (::Setthreadcontext(hThread,&context)) bResult=TRUE;
}
return bResult;
}
//异常处理
//直接从工程中拷出来的
typedef ULONG (WINAPI *pfnRtldispatchException)(PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext);
static pfnRtldispatchException m_fnRtldispatchException=NULL;
BOOL RtldispatchException(PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext);
ULONG WINAPI CSysHook::_RtldispatchException( PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext )
{
if(RtldispatchException(pExcptRec,pContext)) return 1;
return m_fnRtldispatchException(pExcptRec,pContext);
}
//Hook程序异常处理,当程序发生异常时,由ring0转回ring3时调用的第一个函数:KiUserExceptiondispatcher
BOOL CSysHook::HookSystemSEH()
{
BOOL bResult=FALSE;
BYTE *pAddr=(BYTE *)::GetProcAddress(::GetModuleHandleA("ntdll"),"KiUserExceptiondispatcher");
if (pAddr)
{
while (*pAddr!=0xE8)pAddr++; //XP~Win7正常,Win8尚无缘得见
m_fnRtldispatchException=(pfnRtldispatchException)((*(DWORD *)(pAddr+1))+5+(DWORD)pAddr); //得到原函数地址
DWORD dwNewAddr=(DWORD)_RtldispatchException-(DWORD)pAddr-5; //计算新地址
cmemory::WriteMemory((DWORD)pAddr+1,(BYTE *)&dwNewAddr,4); //这个写内存的自己改造吧
bResult=TRUE;
}
return bResult;
}
//异常处理函数
BOOL RtldispatchException(PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext)
{
返回TRUE,这个异常我已经处理好了,继续运行程序
返回FALSE,这个异常不是我的,找别人处理去
}
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