調試寄存器 原理與使用：DR0-DR7

調試寄存器 原理與使用：DR0-DR7

下面介紹的知識性信息來自intel IA-32手冊（可以在intel的開發手冊或者官方網站查到），提示和補充來自學習調試器實現時的總結。

希望能給你帶去有用的信息。

（DRx對應任意的一個 調試 寄存 器。LENn對應任意一個長度。Ln對應任意一個局部置位）

DR0-DR7可以直接被讀寫操作（MOV 指令之類的，DRx可以是源操作數也可以是目的操作數）

   但是，DRx的訪問是需要一定權限的。比如你用MOV操作的話，你需要在實地址模式，系統管理模式（smm）或者在保護模式（CPL設0）.如果權限不夠，將會在訪問DRx的時候嘗產生#GP（general-protection）異常

現在來看看DRx可以干些什么？ 

1.設置發生斷點的地址（線性地址）
2.設置斷點的長度（1，2，4個字節，但是執行斷點只能是1）
3.設置在 調試異常產生的地址執行的操作
4.設置斷點是否可用
5.在 調試異常產生時， 調試條件是否是可用

（以上直接翻譯自"Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual" volume 3。
以下來自個人的總結。當然，也是參考intel官方資料得來的）

我們來看看 調試 寄存 器的一些細節信息。
下圖很重要，后面的介紹都是針對這個圖說的。
（當然不是我畫的，是來自intel  ia-32系統結構開發手冊18章2節）。



調試 寄存 器  DR0-DR3
   這四個 寄存 器是用來設置 斷點地址的。斷點的比對在物理地址轉換前（異常產生時，還沒有將線性地址轉換成物理地址）。由於只有0-3四個保存地址的 寄存 器，所以，硬件斷點，在物理上最多只能有4個。
調試 寄存 器DR4-DR5 
   這兩個 調試 寄存 器有CR4的DE標記控制。如果DE置位，那么對這兩個 寄存 器的訪問會導致#UD異常。如果DE置0，那么他們就被化名為DR6-DR7（你一定會問原來的DR6-DR7怎么辦？這個…… 我也不知道。如果你搞明白了，一定記得告訴我）
調試 寄存 器DR7(控制 寄存 器)
   (先介紹DR7對DR6的理解有好處。)

DR7是 調試控制 寄存 器。控制方式嘛！繼續看：
1.  L0-L3（由第0，2，4，6位控制）:對應DR0-DR3，設置斷點作用范圍，如果被置位，那么將只對當前任務有效。每次異常后，Lx都被清零。
2.  G0-G3（由第1，3，5，7位控制）：對應DR0-DR3,如果置位，那么所有的任務都有效。每次異常后不會被清零。以確保對所有任務有效。但是，不知道為什么，我在測試時：
設置Gn后，不能返回 調試異常給 調試 器（如果你知道為什么，記得告訴我）
3.  LE,GE（由第8，9位控制）:這個在P6以下系列CPU上不被支持，在升級版的系列里面：如果被置位，那么cpu將會追蹤精確的數據斷點。LE是局部的，GE是全局的。（到底什么算精確的，我也不清楚，但是，我知道如果設置了這兩個，cpu的速度會降低。我在測試中，都沒有置位。）
4.  GD(由第13位控制):如果置位，追蹤下一條指令是否會訪問 調試 寄存 器。如果是，產生異常。在下面的DR6里面，你會知道他還和另外一個標志位有點關系。
5.  R/W0-R/W3：（由第16，17，20，21，24，25，28，29位控制）：這個東西的處理有兩種情況。
如果CR4的DE被置位，那么，他們按照下面的規則處理問題：
00：執行斷點
01：數據寫入斷點
10：I/0讀寫斷點
11：讀寫斷點，讀取指令不算
如果DE置0，那么問題會這樣處理：
00：執行斷點
01：數據寫入斷點
10：未定義
11：數據讀寫斷點，讀取指令不算
6.  LEN0-LEN3：（由第18.19.22.23.26.27.30位控制）：指定內存操作的大小。
00：1字節（執行斷點只能是1字節長）
01：2字節
10：未定義或者是8字節（和cpu的系列有關系）
11：4字節
調試 寄存 器DR6（ 調試狀態 寄存 器）
   這個 寄存 器主要是在 調試異常產生后，報告產生 調試異常的相關信息
1.  B0-B3（DR0-DR3）：DRx指定的斷點在滿足DR7指定的條件下，產生異常。那么Bx就置位。但是，有時，即使Ln和Gn置0，也可能產生Bx被置位。這種現象可能這樣出現（提示：在p6系列處理 器，REP MOVS在不斷循環中產生的 調試異常需要執行完了才能准確返回給 調試進程）：DR0的L0,G0都置0（DR0就是一個不能產生異常的斷點了），然后在DR0指定的地址是一個REP指令的循環，這樣，DR0就可能在這個循環之后的REP指令產生的 調試異常中將B0置位
2.  BD：BD需要DR7的GD置位，才有效。BD是在下一條指令要訪問到某一個 調試 寄存 器的時候，被置位的。
3.  BS：單步執行模式時，被置位。單步執行是最高權限的 調試異常。
4.  BT:在任務切換的時候，被置位。但是必須在被切換去的任務的TSS段里面的T標記被置位的情況下才有效。在控制權被切換過去后，在執行指令前，返回 調試異常。但是，需要注意，如果 調試程序是一個任務，那么T標記的設置肯定就沖突了。然后，導致了死循環（BT的這些信息都是按照官方資料翻譯而來，由於沒有實際的操作，肯定會有理解上的出入。如果要深入的話，建議看官方資料）
  
有些 調試異常會將B0-B3清零。但是其他的DR6的位是不能被產生異常的進程清零的。每次 調試異常返回后， 調試進程都會先將DR6清零，再按照情況設置。以免產生不必要的錯誤。

對齊問題和64位處理 器
對齊問題：
這個問題是來源於LENn的設置，如果設置4字節，那么必須4字節對齊。例如：我們下4字節的斷點，那么DRx需要是A0000/A0004/A0008這樣的地址上。I/O地址是零擴展的（這個……也許意味着必須完全對齊）。因為，intel在比對地址時：用LENn的值去覆蓋DRx里面保存的地址的低位。你可以想到，不對齊會有什么后果了吧。注意：執行斷點只能是1字節。

再用圖片解釋下（當然，圖片來自intel官方資料）：




在64位處理 器下：
調試 寄存 器當然也是64位的。在操作過程中，寫入，前面32位被置零。讀取：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，會產生#GP異常。8字節的讀寫斷點完全被支持。

最后，還是給個圖片（64位處理 器的布局）：

最后需要提醒一個小問題：數據寫入斷點設置后。是在原數據被修改后，才產生調試異常。所以，返回異常時，原有數據已經被修改。如果想保留原有數據，需要自己提前保存對應地址的數據。

 

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

VC利用調試寄存器實現硬件斷點,處理斷點異常

 

1.  
   /************************************************************************
2.  
   SetHardWareBP:
3.  
   設置線程硬件斷點
4.  
   hThread: 線程句柄
5.  
   dwAddr: 斷點地址
6.  
   dwDrIndex: 硬件寄存器(0~3)
7.  
   nType: 斷點類型(0:執行,1:讀取,2:寫入)
8.  
   nLen: 讀寫斷點數據長度(1,2,4)
9.  
   /************************************************************************/
10.  
     
11.  
    BOOL SetHardWareBP(HANDLE hThread,DWORD dwAddr,DWORD dwDrIndex=0,UINT nType=0,UINT nLen=1)
12.  
    {
13.  
    BOOL bResult=FALSE;
14.  
     
15.  
    CONTEXT context = { 0};
16.  
    context.ContextFlags=CONTEXT_DEBUG_REGISTERS;
17.  
    if(::GetThreadContext(hThread,&context))
18.  
    {
19.  
    DWORD dwDrFlags=context.Dr7;
20.  
     
21.  
     
22.  
    //將斷點地址復制進入對應Dr寄存器(參考CONTEXT結構)
23.  
    memcpy(((BYTE *)&context)+ 4+dwDrIndex* 4,&dwAddr, 4);
24.  
     
25.  
    //決定使用哪個寄存器
26.  
    dwDrFlags|=(DWORD) 0x1<<( 2*dwDrIndex);
27.  
     
28.  
    //見OD讀寫斷點時 這個置位了,執行沒有(置位也正常-_-)
29.  
    dwDrFlags|= 0x100;
30.  
     
31.  
     
32.  
    //先將對應寄存器對應4個控制位清零(先或,再異或,還有其它好方法嗎) =.= 悲催的小學生
33.  
    dwDrFlags|=(DWORD) 0xF<<( 16+ 4*dwDrIndex);
34.  
    dwDrFlags^=(DWORD) 0xF<<( 16+ 4*dwDrIndex);
35.  
     
36.  
     
37.  
    //設置斷點類型,執行:00 讀取:11 寫入:01
38.  
    //(不知何故,測試時發現不論是11還是01,讀寫數據時均會斷下來)
39.  
    if (nType== 1)
40.  
    dwDrFlags|=(DWORD) 0x3<<( 16+ 4*dwDrIndex); //讀取
41.  
    else if(nType== 2)
42.  
    dwDrFlags|=(DWORD) 0x1<<( 16+ 4*dwDrIndex); //寫入
43.  
    //else if(nType==0)
44.  
    //dwDrFlags=dwDrFlags //執行
45.  
     
46.  
     
47.  
    //設置讀寫斷點時數據長度
48.  
    if (nType!= 0)
49.  
    {
50.  
    if(nLen== 2 && dwAddr% 2== 0)
51.  
    dwDrFlags|=(DWORD) 0x1<<( 18+ 4*dwDrIndex); //2字節
52.  
    else if(nLen== 4 && dwAddr% 4== 0)
53.  
    dwDrFlags|=(DWORD) 0x3<<( 18+ 4*dwDrIndex); //4字節
54.  
    }
55.  
     
56.  
    context.Dr7=dwDrFlags;
57.  
    if (::SetThreadContext(hThread,&context)) bResult=TRUE;
58.  
    }
59.  
    return bResult;
60.  
    }

1.  
   //異常處理
2.  
   //直接從工程中拷出來的
3.  
   typedef ULONG (WINAPI *pfnRtlDispatchException)(PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext);
4.  
   static pfnRtlDispatchException m_fnRtlDispatchException= NULL;
5.  
    
6.  
   BOOL RtlDispatchException(PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext);
7.  
    
8.  
   ULONG WINAPI CSysHook::_RtlDispatchException( PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext )
9.  
   {
10.  
    if(RtlDispatchException(pExcptRec,pContext)) return 1;
11.  
    return m_fnRtlDispatchException(pExcptRec,pContext);
12.  
    }
13.  
     
14.  
    //Hook程序異常處理,當程序發生異常時,由ring0轉回ring3時調用的第一個函數:KiUserExceptionDispatcher
15.  
    BOOL CSysHook::HookSystemSEH()
16.  
    {
17.  
    BOOL bResult=FALSE;
18.  
    BYTE *pAddr=(BYTE *)::GetProcAddress(::GetModuleHandleA( "ntdll"), "KiUserExceptionDispatcher");
19.  
    if (pAddr)
20.  
    {
21.  
    while (*pAddr!= 0xE8)pAddr++; //XP~Win7正常,Win8尚無緣得見
22.  
    m_fnRtlDispatchException=(pfnRtlDispatchException)((*(DWORD *)(pAddr+ 1))+ 5+(DWORD)pAddr); //得到原函數地址
23.  
    DWORD dwNewAddr=(DWORD)_RtlDispatchException-(DWORD)pAddr -5; //計算新地址
24.  
    CMemory::WriteMemory((DWORD)pAddr+ 1,(BYTE *)&dwNewAddr, 4); //這個寫內存的自己改造吧
25.  
    bResult=TRUE;
26.  
    }
27.  
    return bResult;
28.  
    }
29.  
     
30.  
    //異常處理函數
31.  
    BOOL RtlDispatchException(PEXCEPTION_RECORD pExcptRec,CONTEXT * pContext)
32.  
    {
33.  
    返回TRUE,這個異常我已經處理好了,繼續運行程序
34.  
    返回FALSE,這個異常不是我的,找別人處理去
35.  
    }

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