调试寄存器原理与使用：DR0-DR7

向右看齐 2022-06-01 12:29 150阅读 0赞

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）。  
  
[![点击图片以查看大图图片名称:	DR0\_DR7.jpg查看次数:	2105文件大小:	63.6 KB文件 ID :	39226][DR0_DR7.jpg_2105_63.6 KB_ ID _39226]][DR0_DR7.jpg_2105_63.6 KB_ ID _39226_DR0_DR7.jpg_2105_63.6 KB_ ID _39226]  
  
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）：  
  
[![点击图片以查看大图图片名称:	Align1.jpg查看次数:	2083文件大小:	68.6 KB文件 ID :	39224][Align1.jpg_2083_68.6 KB_ ID _39224]][Align1.jpg_2083_68.6 KB_ ID _39224_Align1.jpg_2083_68.6 KB_ ID _39224]  
[![点击图片以查看大图图片名称:	Align2.jpg查看次数:	2073文件大小:	33.1 KB文件 ID :	39225][Align2.jpg_2073_33.1 KB_ ID _39225]][Align2.jpg_2073_33.1 KB_ ID _39225_Align2.jpg_2073_33.1 KB_ ID _39225]  
  
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）：  
  
[![点击图片以查看大图图片名称:	64.jpg查看次数:	2074文件大小:	41.9 KB文件 ID :	39223][64.jpg_2074_41.9 KB_ ID _39223]][64.jpg_2074_41.9 KB_ ID _39223_64.jpg_2074_41.9 KB_ ID _39223]

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**

**\[cpp\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  /\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*
2.  SetHardWareBP:
3.  设置线程硬件断点
4.  hThread: 线程句柄
5.  dwAddr: 断点地址
6.  dwDrIndex: 硬件寄存器(0~3)
7.  nType: 断点类型(0:执行,1:读取,2:写入)
8.  nLen: 读写断点数据长度(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. //将断点地址复制进入对应Dr寄存器(参考CONTEXT结构)
23.  memcpy(((**BYTE** \*)&context)+4+dwDrIndex\*4,&dwAddr,4); 
24. 
25. //决定使用哪个寄存器
26.  dwDrFlags|=(**DWORD**)0x1<<(2\*dwDrIndex); 
27. 
28. //见OD读写断点时 这个置位了,执行没有(置位也正常-\_-)
29.  dwDrFlags|=0x100; 
30. 
31. 
32. //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
33.  dwDrFlags|=(**DWORD**)0xF<<(16+4\*dwDrIndex); 
34.  dwDrFlags^=(**DWORD**)0xF<<(16+4\*dwDrIndex); 
35. 
36. 
37. //设置断点类型,执行:00 读取:11 写入:01
38. //(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)
39. **if** (nType==1) 
40.  dwDrFlags|=(**DWORD**)0x3<<(16+4\*dwDrIndex); //读取
41. **else****if**(nType==2) 
42.  dwDrFlags|=(**DWORD**)0x1<<(16+4\*dwDrIndex); //写入
43. //else if(nType==0) 
44. //dwDrFlags=dwDrFlags //执行
45. 
46. 
47. //设置读写断点时数据长度
48. **if** (nType!=0) 
49.  \{ 
50. **if**(nLen==2 && dwAddr%2==0) 
51.  dwDrFlags|=(**DWORD**)0x1<<(18+4\*dwDrIndex); //2字节
52. **else****if**(nLen==4 && dwAddr%4==0) 
53.  dwDrFlags|=(**DWORD**)0x3<<(18+4\*dwDrIndex); //4字节
54.  \} 
55. 
56.  context.Dr7=dwDrFlags; 
57. **if** (::SetThreadContext(hThread,&context)) bResult=TRUE; 
58.  \} 
59. **return** bResult; 
60. \}

**\[cpp\]** [view plain][] [copy][view plain]

1.  //异常处理
2.  //直接从工程中拷出来的
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
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尚无缘得见
22.  m\_fnRtlDispatchException=(pfnRtlDispatchException)((\*(**DWORD** \*)(pAddr+1))+5+(**DWORD**)pAddr); //得到原函数地址
23. **DWORD** dwNewAddr=(**DWORD**)\_RtlDispatchException-(**DWORD**)pAddr-5; //计算新地址
24.  CMemory::WriteMemory((**DWORD**)pAddr+1,(**BYTE** \*)&dwNewAddr,4); //这个写内存的自己改造吧
25.  bResult=TRUE; 
26.  \} 
27. **return** bResult; 
28. \} 
29. 
30. //异常处理函数
31. **BOOL** RtlDispatchException(PEXCEPTION\_RECORD pExcptRec,CONTEXT \* pContext) 
32. \{ 
33.  返回TRUE,这个异常我已经处理好了,继续运行程序 
34.  返回FALSE,这个异常不是我的,找别人处理去 
35. \}

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[view plain]: http://blog.csdn.net/whatday/article/details/8621410#