C#程序终极调试实现windbg的时间旅行 C#程序终极调试实现windbg的时间

一：什么是时间旅行
二：二个有趣的例子

1. 查看程序都触发了第几代垃圾回收
2. 查看新生成的线程曾今都执行了什么代码

一：什么是时间旅行简而言之就是把程序的执行流拍成vlog，这样就可以对 vlog 快进或者倒退，还可以分享给别人做进一步的分析，是不是想都不敢想。
很开心的是 windbg preview 版本中已经实现了，叫做时间旅行调试 TTD，相比传统的静态分析不知道好多少倍。

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为了能提起大家兴趣，我就举二个例子吧。

二：二个有趣的例子
1. 查看程序都触发了第几代垃圾回收
为了方便说明，我就用诱导GC手工触发，然后再观察都触发了哪一代的 GC ，参考代码如下：

static void Main(string[] args){List list = new List(); //1. 第一次触发GCGC.Collect(); Console.WriteLine("触发full gc"); //2. 第二次触发GCGC.Collect(0); Console.WriteLine("触发 0 代 gc"); //3.第二次触发GCGC.Collect(1); Console.WriteLine("触发 1 代 gc"); }

接下来用 windbg 的 launch executeable (advanced) 来附加程序，勾选 Record，然后在弹框中将 vlog 保存到指定目录，最后点击 Record 就可以啦！

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运行完后，windbg 会自动加载我的 D:\test\ConsoleApp104.run 的 vlog 文件，因为 gc 触发的底层函数是coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGeneration ，所以我们用 bp给它下一个断点，运行多次 g 命令。

0:000> bp coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGenerationBp expression 'coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGeneration' could not be resolved, adding deferred bp0:000> gTime Travel Position: 3079F:63Eeax=00000001 ebx=00000002 ecx=00000002 edx=00000008 esi=00000002 edi=00000002eip=02fc4256 esp=0057f204 ebp=0057f214 iopl=0nv up ei pl nz na po nccs=0023ss=002bds=002bes=002bfs=0053gs=002befl=00000202coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGeneration:02fc4256 55pushebp0:000> gTime Travel Position: 34661:AFeax=00000001 ebx=00000002 ecx=00000000 edx=00000008 esi=00000000 edi=00000002eip=02fc4256 esp=0057f1f8 ebp=0057f208 iopl=0nv up ei pl nz na po nccs=0023ss=002bds=002bes=002bfs=0053gs=002befl=00000202coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGeneration:02fc4256 55pushebp0:000> gBreakpoint 0 hitTime Travel Position: 346A5:2CDeax=00000001 ebx=00000002 ecx=00000001 edx=00000008 esi=00000001 edi=00000002eip=02fc4256 esp=0057f1f8 ebp=0057f208 iopl=0nv up ei pl nz na po nccs=0023ss=002bds=002bes=002bfs=0053gs=002befl=00000202coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGeneration:02fc4256 55pushebp

从输出中可以很清楚的看到，命中了三次 GarbageCollectGeneration 回收，而且从上面的 ecx 寄存器看依次是 2,0,1，对应着 gc 的2代回收，0代回收， 1代回收，这比只有一个静态的 dump 是不是有优势的多，要知道我这里的 ConsoleApp101.run 文件是可以分发给别人分析的哦。

2. 查看新生成的线程曾今都执行了什么代码
这个例子源自朋友遇到的一个问题，他的程序跑着跑着，发现 ThreadPool 中有400多待命的工作线程，线程栈大概如下：

0:011> k # ChildEBP RetAddr00 0564fc6c 7531f0cantdll!NtRemoveIoCompletion+0xc01 0564fc6c 78480b69KERNELBASE!GetQueuedCompletionStatus+0x2a02 0564fcb8 7847d92bcoreclr!CLRLifoSemaphore::WaitForSignal+0x29 [d:\a\_work\1\s\src\vm\synch.cpp @ 654] 03 0564fd08 7847cf04coreclr!CLRLifoSemaphore::Wait+0x13b [d:\a\_work\1\s\src\vm\synch.cpp @ 897] 04 0564fdd4 783f2910coreclr!ThreadpoolMgr::WorkerThreadStart+0x234 [d:\a\_work\1\s\src\vm\win32threadpool.cpp @ 2121] 05 0564ff70 7703fa29coreclr!Thread::intermediateThreadProc+0x50 [d:\a\_work\1\s\src\vm\threads.cpp @ 2110] 06 0564ff80 772175f4KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x1907 0564ffdc 772175c4ntdll!__RtlUserThreadStart+0x2f08 0564ffec 00000000ntdll!_RtlUserThreadStart+0x1b

因为给我的是静态dump，所以我无法寻找 11号线程曾今执行了什么托管代码，因为时间不能倒流，但现在有了 TTD，真的可以让时间倒流啦。。。太有意思了，哈哈，既然能倒流，那就一定有办法找到破绽。
为了方便讲解，写一个简单例子。

static void Main(string[] args){Task.Factory.StartNew(() =>{Console.WriteLine("我是 task 线程"); }); Console.ReadLine(); }

接下来我们一起探究下最后生成的 Thread WorkThread 曾今都执行了什么？深挖思路大概是这样的。
先将进度条拉到底，然后用 !bpmd System_Private_CoreLib System.Threading.Tasks.Task.InnerInvoke 下一个断点，最后将时间倒流，看谁命中了这个 task。

0:000> gTTD: End of trace reached.(4f20.4d0c): Break instruction exception - code 80000003 (first/second chance not available)Time Travel Position: 36F51:0eax=00070053 ebx=00000000 ecx=8a60f857 edx=77237170 esi=7845e6c0 edi=00000000eip=771a7000 esp=0602fe90 ebp=0602ff70 iopl=0nv up ei pl zr na pe nccs=0023ss=002bds=002bes=002bfs=0053gs=002befl=00000246771a7000 ea09701a773300jmp0033:771A70090:009> !bpmd System_Private_CoreLib System.Threading.Tasks.Task.InnerInvokeMethodDesc = 06A29704Setting breakpoint: bp 05A915C7 [System.Threading.Tasks.Task.InnerInvoke()]Adding pending breakpoints...0:009> g-Breakpoint 1 hitTime Travel Position: 32DF4:ACeax=05a915c0 ebx=00000000 ecx=0349a864 edx=0349a864 esi=0349a864 edi=0349a7c8eip=05a915c7 esp=066afa14 ebp=066afa1c iopl=0nv up ei pl zr na pe nccs=0023ss=002bds=002bes=002bfs=0053gs=002befl=00000246System_Private_CoreLib!System.Threading.Tasks.Task.InnerInvoke()$##6002185+0x7:05a915c7 8b7e04movedi,dword ptr [esi+4] ds:002b:0349a868=0349a8000:008> !clrstack OS Thread Id: 0x44a8 (8)Child SPIP Call Site066AFA14 05a915c7 System.Threading.Tasks.Task.InnerInvoke() [/_/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Threading/Tasks/Task.cs @ 2437]066AFA24 05a915bb System.Threading.Tasks.Task+c.<.cctor>b__274_0(System.Object) [/_/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Threading/Tasks/Task.cs @ 2427]066AFA2C 05a91567 System.Threading.ExecutionContext.RunFromThreadPoolDispatchLoop(System.Threading.Thread, System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object) [/_/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Threading/ExecutionContext.cs @ 289]066AFA5C 05a912d1 System.Threading.Tasks.Task.ExecuteWithThreadLocal(System.Threading.Tasks.Task ByRef, System.Threading.Thread) [/_/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Threading/Tasks/Task.cs @ 2389]066AFABC 05a911d7 066AFACC 05a9118b System.Threading.Tasks.Task.ExecuteFromThreadPool(System.Threading.Thread) [/_/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Threading/Tasks/Task.cs @ 2312]066AFAD0 05a90e58 System.Threading.ThreadPoolWorkQueue.Dispatch() [/_/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Threading/ThreadPool.cs @ 663]066AFB1C 05a90c6f 066AFD10 784fa0ef [DebuggerU2MCatchHandlerFrame: 066afd10]

熟悉 Task 的朋友应该知道: System.Threading.Tasks.Task.InnerInvoke 的下一步就是执行我的回调函数，而此时回调函数还没有被 JIT 编译，这时候我们可以在 bp clrjit!CILJit::compileMethod 中去拦截 JIT 对此方法的编译，然后从 compileMethod 中提取 mt。

0:008> bp clrjit!CILJit::compileMethod0:008> gBreakpoint 1 hitTime Travel Position: 32E36:C18eax=7933ad50 ebx=066af5c8 ecx=792c8770 edx=066af5c8 esi=7932d164 edi=00cbbf90eip=792c8770 esp=066af3ec ebp=066af44c iopl=0nv up ei pl zr na pe nccs=0023ss=002bds=002bes=002bfs=0053gs=002befl=00000246clrjit!CILJit::compileMethod:792c8770 55pushebp0:008> kb # ChildEBP RetAddrArgs to Child00 066af44c 78428db27933ad50 066af5c8 066af4f0 clrjit!CILJit::compileMethod [d:\a\_work\1\s\src\jit\ee_il_dll.cpp @ 294] ...0:008> dp 066af4f0 L1066af4f006a2ae040:008> !dumpmd 06a2ae04Method Name:ConsoleApp1.dll!UnknownClass:032fa0dcMethodTable:06a2ae14mdToken:06000005Module:02c5d7d0IsJitted:noCurrent CodeAddr:ffffffffVersion History:ILCodeVersion:00000000ReJIT ID:0IL Addr:00000000CodeAddr:00000000(MinOptJitted)NativeCodeVersion:00000000

很奇怪的是提取的 md 目前还不能显示完全名字，不过没关系，我们继续 g ，然后再重复执行一下命令。

0:009> gTTD: End of trace reached.(4f20.4d0c): Break instruction exception - code 80000003 (first/second chance not available)Time Travel Position: 36F51:0eax=00070053 ebx=00000000 ecx=8a60f857 edx=77237170 esi=7845e6c0 edi=00000000eip=771a7000 esp=0602fe90 ebp=0602ff70 iopl=0nv up ei pl zr na pe nccs=0023ss=002bds=002bes=002bfs=0053gs=002befl=00000246771a7000 ea09701a773300jmp0033:771A70090:009> !dumpmd 06a2ae04Method Name:ConsoleApp1.Program+<>c.
b__0_0()Class:032fa0dcMethodTable:06a2ae14mdToken:06000005Module:02c5d7d0IsJitted:yesCurrent CodeAddr:06133300Version History:ILCodeVersion:00000000ReJIT ID:0IL Addr:00000000CodeAddr:06133300(MinOptJitted)NativeCodeVersion:00000000

当时间线结束的时候，我们终于看到了，原来 Task 执行的是 ConsoleApp1.Program+<>c.

b__0_0() 方法，那这个方法逻辑是什么呢？可以用 ILSpy 查看。