Vista的启动调试

Bertha 。 2022-01-17 07:49 263阅读 0赞

原文链接:http://advdbg.org/blogs/advdbg\_system/articles/784.aspx

在Vista之前，NTLDR是Windows操作系统的加载程序，它负责将CPU从实模式切换为保护模式，加载内核文件和启动类型的驱动程序，然后把执行权交给内核文件的入口函数，即KiSystemStartup。

从要完成的任务角度来看，NTLDR内部又分为两个部分，一部分负责接受执行权，做模式切换，硬件检查，即启动的准备工作，这部分通常称为boot；另一部分负责加载内核文件，并为内核的运行做必要的准备，通常称为OsLoader。

Vista将以上两个部分分成两个独立的程序文件，即BootMgr和WinLoad.exe。下图描述了BootMgr和WinLoad的相互关系和它们在启动过程中的作用。

![boot_flow.gif][]

与调试NTLDR需要替换check版本的NTLDR不同，在BootMgr和WinLoad内部都已经内建了调试引擎，这与内核的做法是一致的。因此，如果要调试BootMgr和WinLoad只要启动它们内部的调试引擎，不需要替换这两个程序文件。

启用BOOTMGR调试的方法是在具有管理员权限的控制台窗口中执行如下命令：  
bcdedit /set \{bootmgr\} bootdebug on  
bcdedit /set \{bootmgr\} debugtype serial  
bcdedit /set \{bootmgr\} debugport 1  
bcdedit /set \{bootmgr\} baudrate 115200

其中后三行是设置调试器与调试引擎的连接方式，如果使用1394，那么应该设置为：

bcdedit /set \{bootmgr\} debugtype 1394  
bcdedit /set \{bootmgr\} channel 22

做以上设置后，重新启动系统，BIOS阶段过后，屏幕会保持黑色，呈现无法继续启动的样子，事实上，这是BootMgr在等待与调试器建立连接。连接好电缆后，启动WinDBG调试器，二者就会建立连接，显示类似下面这样的信息：

Microsoft (R) Windows Debugger Version 6.9.0003.113 X86  
Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.

Opened \\\\.\\com1  
Waiting to reconnect...  
BD: Boot Debugger Initialized  
Connected to Windows Boot Debugger 6000 x86 compatible target, ptr64 FALSE  
Kernel Debugger connection established.  
Symbol search path is: SRV\*d:\\symbols\*http://msdl.microsoft.com/download/symbols  
Executable search path is:  
Windows Boot Debugger Kernel Version 6000 UP Free x86 compatible  
Product: unknown <ffffffff>, suite: SmallBusiness Enterprise BackOffice CommunicationServer TerminalServer SmallBusinessRestricted EmbeddedNT DataCenter SingleUserTS Personal Blade EmbeddedRestricted SecurityAppliance StorageServer ComputeServer <8000>  
Primary image base = 0x00400000 Loaded module list = 0x004ffff8  
System Uptime: not available

其中0x00400000是BootMgr模块的基地址。BootMgr的主要代码都是32位的，只有一小部分16位代码，负责从固件那里接过控制权。另外，值得说明的是，BootMgr是工作在保护模式下的，但它没有启用分页机制，只是使用分页机制。观察CR0和CR3寄存器的取值，可以证明这一点：

kd> r cr0  
cr0=00000011  
kd> r cr3  
cr3=00000000

建立连接后，WinDBG会让BootMgr继续运行，BootMgr通常会显示启动菜单。此时按下Ctrl+Break键，那么BootMgr就会中断到调试器中，此时可以执行各种内核调试命令，比如：

kd> lm  
start end module name  
00400000 00514000 bootmgr (pdb symbols) d:\\symbols\\bootmgr.pdb\\819F5A93195D47E3857ED729B0D341191\\bootmgr.pdb  
微软的符号服务器提供了BootMgr的公开符号文件，因此只要设置好符号服务器的路径，那么WinDBG就可以自动下载合适的符号文件。

kd> x bootmgr!\*  
0042b3fd bootmgr!TpmApiAuthSessCreateOSAP = <no type information>  
0044c4da bootmgr!CmpGetIndexElementSize = <no type information>  
00452d54 bootmgr!RcConsoleBaudRates = <no type information>  
0042f56f bootmgr!OsxmlBrowser::~OsxmlBrowser = <no type information>  
00431b10 bootmgr!XslStylesheet::getContents = <no type information>

.......

当然也可以使用栈回溯命令来观察函数调用情况：

kd> kv  
ChildEBP RetAddr Args to Child  
00061e34 00430c7e 001b6380 00000001 00061e90 bootmgr!DbgBreakPoint  
00061e44 0043024f 00061e8c 001b63b8 00061e88 bootmgr!BlXmlConsole::getInput+0xe  
00061e90 004024c1 00000002 004021f3 00000000 bootmgr!OsxmlBrowser::browse+0xe0  
00061e98 004021f3 00000000 00000000 00061f8f bootmgr!BmDisplayGetBootMenuStatus+0x13 (FPO: \[0,0,1\])  
00061f10 004017a4 00104f9c 001f4280 00000002 bootmgr!BmDisplayBootMenu+0x174  
00061f6c 00401261 00104f9c 00061f9c 00000002 bootmgr!BmpGetSelectedBootEntry+0xf8  
00061ff0 000209ea 000249a8 7d8b697c 74ff8514 bootmgr!BmMain+0x261  
WARNING: Frame IP not in any known module. Following frames may be wrong.  
00000000 f000ff53 f000e2c3 f000ff53 f000ff53 0x209ea  
00000000 00000000 f000e2c3 f000ff53 f000ff53 0xf000ff53

通过以上栈回溯可以看到，BmMain是BootMgr的32位代码入口函数；BmDisplayBootMenu是负责显示和管理启动菜单的主要函数。BmMain下方的几个栈帧应该是16位代码执行时留下的痕迹。

对BmpGetSelectedBootEntry函数的返回地址00401261设置个断点后，按F5让目标系统继续执行，此时目标系统的菜单可以活动了，选择引导Vista的一项后，刚才设置的断点立刻命中，单步跟踪可以看到BootMgr加载WinLoad的过程，其中的主要函数有：

bootmgr!BmpLaunchBootEntry

bootmgr!ImgArchPcatStartBootApplication

在BootMgr将执行权交给WinLoad之前，它会调用BlBdStop与调试器断开连接。

如果想继续调试WinLoad，那么应该先启用WinLoad中的调试引擎，其命令是：  
bcdedit /set \{GUID\} bootdebug on

WinLoad启动后，如果它的调试引擎已经启用，那么调试引擎也会与调试器建立连接，并显示与前面类似的建立链接信息。以下是WinLoad中的几个重要函数：

winload!MmArchInitialize

winload!ArchBuildKernelGdt

winload!OslArchpKernelSetupPhase0

winload!OslArchTransferToKernel

其中最后一个负责将执行权转交给内核。移交执行权之前，WinLoad也会调用BlBdStop函数来切断调试会话。如果要继续调试内核，那么应该先启用内核调试，然后在内核阶段再与其建立连接。

如果系统是从休眠中恢复，那么BootMgr会加载WinResume，WinResume中也集成了一个调试引擎，因此也可以对其进行跟踪和调试，例如，下面的栈回溯显示了WinResume程序初始化的过程：

kd> kPL

ChildEBP RetAddr

00120ad8 0059da7f winresume!RtlpBreakWithStatusInstruction

00120cf0 0059d97d winresume!vDbgPrintExWithPrefixInternal+0x100

00120d00 0059641a winresume!DbgPrint+0x11

00120d28 00587550 winresume!BlStatusPrint+0x60

00120d6c 00585524 winresume!ConsoleFirmwareOpen+0x64

00120d88 0058373d winresume!ConsoleOpen+0x58

00120da8 00583242 winresume!BlpDeviceOpen+0x13c

00120dc4 0058bd5b winresume!BlDeviceOpen+0x16

00120ed8 0058bcc7 winresume!DsppRegisterConsole+0x56

00120f6c 0058b999 winresume!DsppInitialize+0xfd

00120f78 005950a2 winresume!BlpDisplayInitialize+0x26

00120f94 0057c0c6 winresume!InitializeLibrary+0x176

00120fe8 004444fa winresume!HbMain+0xc6

WARNING: Frame IP not in any known module. Following frames may be wrong.

00000000 f000eef3 0x4444fa

00000000 00000000 0xf000eef3

概而言之，在一个安装好的Vista系统中，已经内建了四个调试引擎，分别位于BootMgr、WinLoad、WinResume和NTOSKRNL.exe中，可以将这几个调试引擎同时启用，也可以根据需要启用其中的某一个。前三个调试引擎是根据位于内核中的内核调试引擎（KD）克隆出来的，它们使用与KD兼容的协议，对调试器（WinDBG）来说，它并不区分对方是真正的KD还是KD的克隆。因此在BootMgr中断调试会话时，WinDBG提示的信息和内核退出时的信息一样的。

[boot_flow.gif]: /images/20220117/a18d4fd21d2a4b9c87f4cb91764185db.png

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