.NET / Rotor源码研究3 – 调试Rotor托管代码的利器：WinDbg和SOS

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WinDbg+SOS简介

在动手进一步研究Rotor之前，我们需要首先解决一个问题：用什么调试工具最好? 很有可能你会说，这还不简单，直接用Visual Studio不就好了？一般情况下是的，只不过，在这个情况下，Visual Studio并非是最好的选择：

1. CLR对代码的编译是动态进行的（其实还有可能是静态的，称之为Prejit或者NGEN，不过可惜Rotor对此不支持），也就是说常规的设置断点的方法并不适用，因为可能这个时候对应的本地代码还没有生成呢

2. CLR是一个复杂的运行时环境/虚拟机。有些时候我们需要获得CLR的一些相关信息，而这个时候Visual Studio就显得功能不够强大

你可能会说，那为什么VS可以调试托管代码呢？确实，VS是可以调试托管代码，但是注意我们是调试CLR本身，这个时候VS本身的对托管代码的调试功能会造成不少麻烦，得到一些你所不希望的结果。此外，由于我们是在调试Rotor，这个时候不能直接运行托管代码，而是要在CLIX的支持下运行，这也使得VS的托管代码调试功能无效。

这个时候，相对而言较好的工具是WinDbg+SOS的组合。

WinDbg是微软提供的Windows下面的免费调试器，具有下面特点：

1. 支持用户模式和内核模式下的调试

2. 支持GUI（虽然看起来是废话，不过WinDbg也有所谓命令行版本NTSD/CDB/KD，相对于这几个调试器而言WinDbg算是很友好的了）

3. 支持远程调试

4. 支持符号服务器和源代码服务器

5. 支持源代码级别的调试（不支持也不用出来混了，呵呵）

6. 非常轻量级，完整地版本仅数十兆（相对于VS而言），如果只需要调试器本身，还可以更小

7. 支持对Dump文件的调试

8. 可扩展

WinDbg可以在下面的地址下载：

32位版本：http://www.microsoft.com/whdc/devtools/debugging/installx86.mspx

64位版本：http://www.microsoft.com/whdc/devtools/debugging/install64bit.mspx

SOS全称是Son of Strike（别问我为什么，我也不知道，这个要问Larry了），是一个WinDbg的Extension，加载之后可以给WinDbg提供一些对托管代码调试的命令。值得一提的是，WinDbg也有有限的对托管代码的支持，只不过功能非常有限，需要SOS的帮助。

SOS在.NET Framework中和Rotor中均有提供，所以本文中对于WinDbg和SOS的描述基本上适用于Rotor和发行版的.NET Framework（而且有可能也将适用于Silverlight）。比如.NET Framework 2.0中的SOS在C:\Windows\Microsoft .NET\v2.0.50727下面，而Rotor的SOS.dll则是在binaries.<flavor>.rotor</flavor>目录下面（flavor指Build的配置，如CPU，Debug/Release，等等）。

SOS可以做到：

1. 输出对象的内容

2. 察看CLR的数据结构

3. 察看代码和堆栈

4. 显示各种历史信息

5. 提供各种诊断信息

SOS有如下限制：

1. 不可以在mscorwks加载之前被使用

2. 无法察看局部对象的名称

3. 以及很多其他的功能

SOS使用方法如下：

1. 使用.loadby / .load 命令加载。但是Rotor下面SOS由于对VC Runtime的依赖会发生Side By Side相关的问题导致无法找到MSVCR80.dll或者MSVCR80D.dll。解决方法在文章最后会提到

2. !help命令可以提供所有命令的列表

3. !help faq显示SOS使用的方法

4. !help <command></command>显示具体Command的帮助

WinDbg+SOS的优势在于：

1. WinDbg的本地代码（非托管代码）调试功能非常强，甚至比VS还强大，只是需要一些时间习惯

2. SOS是调试托管代码必须的，提供一些基本功能如设置对托管代码的断点，显示变量和Stack，等等

3. SOS可以用来查询对CLR内部的状态，如GC，Heap，MethodTable，MethodDesc，Module，Assembly等等各种信息，对于除错和诊断非常有用

如何解决Rotor中的SOS.dll命令无法加载的问题

由于SOS是在WinDbg进程中加载，而WinDbg的Manifest中并没有VC Runtime调试版的DLL的Side By Side信息，所以加载会失败。解决方法有下面的两种：

1. Copy相应的的DLL到WinDbg目录或者到Rotor的目录下面。我的VS2005编译出来的SOS.dll依赖于8.0.50727.762版本的MSVCR80D.dll，因此可以在C:\windows\WinSxS\x86_microsoft.vc80.debugcrt_1fc8b3b9a1e18e3b_8.0 .50727.762_none_24c8a196583ff03b目录下面找到。

2. 也可以从WinDbg的Manifest入手解决这个问题。既然WinDbg的Manifest没有MSVCR80D的相关信息，我们可以手动替WinDbg加上一个，步骤如下：

首先使用mt.exe将WinDbg的Manifest提取出来，这个Manifest是在WinDbg.exe中作为资源存在的，其ID为1。先打开VS 2005的命令提示符（否则找不到mt），进入WinDbg所在目录，输入：

mt.exe -inputresource:windbg.exe;#1 -out:extracted.manifest

获得了WinDbg的Manifest之后，打开extracted.manifest可以看到下面内容：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="yes"?>

<assembly xmlns="urn:schemas-microsoft-com:asm.v1" manifestversion="1.0"><p></p></assembly>

<assemblyidentity name="Microsoft.Windows.SdkTools.windbg" processorarchitecture="x86" version="6.7.0.0" type="win32"></assemblyidentity>

<description>Windows GUI symbolic debugger</description>

<dependency><p></p></dependency>

<dependentassembly><p></p></dependentassembly>

<assemblyidentity type="win32" name="Microsoft.Windows.Common-Controls" version="6.0.0.0" processorarchitecture="*" publickeytoken="6595b64144ccf1df" language="*"></assemblyidentity>

可以看到里面并没有对于MSVCR80D.dll的信息，我们可以自己动手加上去：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="yes"?>

<assembly xmlns="urn:schemas-microsoft-com:asm.v1" manifestversion="1.0"><p></p></assembly>

<assemblyidentity name="Microsoft.Windows.SdkTools.windbg" processorarchitecture="x86" version="6.7.0.0" type="win32"></assemblyidentity>

<description>Windows GUI symbolic debugger</description>

<dependency><p></p></dependency>

<dependentassembly><p></p></dependentassembly>

<assemblyidentity type="win32" name="Microsoft.Windows.Common-Controls" version="6.0.0.0" processorarchitecture="*" publickeytoken="6595b64144ccf1df" language="*"></assemblyidentity>

<dependency><p></p></dependency>

<dependentassembly><p></p></dependentassembly>

<assemblyidentity type="win32" name="Microsoft.VC80.DebugCRT" version="8.0.50727.762" processorarchitecture="x86" publickeytoken="1fc8b3b9a1e18e3b"></assemblyidentity>

其中深红色的为添加的内容，意思是该EXE依赖于Microsoft.VC80.DebugCRT这个DLL，version 8.0.50727.762，architecture为x86，public key token为1fc8b3b9a1e8e3b。Windows会自动根据这个信息找到对应的MSVCR80D.dll。

下面我们可以动手修改WinDbg了，建议动手之前WinDbg之前请先备份WinDbg。准备好了之后键入：

mt.exe -manifest extracted.manifest -outputresource:windbg.exe;#1

这个命令会将Manifest作为资源重新添加到WinDbg.exe，覆盖原来的Manifest，至此WinDbg已经被我们修改了。验证一下，用WinDbg打开CLIX.exe进行调试，然后键入如下命令：

.loadby sos sscoree

没有看到任何输出，说明加载成功。再输入

!help

SOS会输出所有命令的列表。

后记

经过修改之后，SOS可以被正常加载了。很遗憾的是，在我后续的对Rotor的实验中，发现Rotor的代码中对SOS的BPMD命令和CLR notification支持存在问题，而BPMD命令正好是SOS的最重要功能之一：设置断点。在我的下一篇文章中，会讲到问题的具体情况以及如何修改Rotor代码来支持CLR Notification和SOS的BPMD命令。在修改了Rotor代码使SOS正常工作之后，再下一篇文章则会以跟踪一个简单的HelloWorld的托管代码程序来揭示Rotor的基本运行机制和原理，敬请关注。

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