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1、API函数SetUnhandledExceptionFilter介绍
2、调用SetUnhandledExceptionFilter设置异常处理函数
3、调用MiniDumpWriteDump函数导出包含异常上下文的dump文件
4.1、调用SetUnhandledExceptionFilter设置异常处理回调函数,然后调用MiniDumpWriteDump生成dump文件
4.2、安装异常捕获模块,由该模块感知异常并自动生成dump文件(最常用的方式)
4.4、在动态调试的Windbg中使用.dump命令导出dump文件
4.5、Windows系统感知到程序发生了异常,自动生成dump文件
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https://blog.csdn.net/chenlycly/category_2276111.html C++程序在运行过程中会时常发生内存越界、内存访问违例、Stack overflow线程栈溢出、空指针与野指针等异常崩溃,仅仅是依靠Debug和Release下的调试是远远不够的,因为有些崩溃不是必现的,或者是Debug或Release下很难复现。所以我们需要让C++程序自动感知并捕获到异常,自动生成包含异常上下文的dump文件,以供事后使用Windbg等工具进行分析排查。本文我们就来详细介绍一下如何让C++程序生成dump文件、生成dump文件的多种方式以及如何使用Windbg分析dump文件。

1、API函数SetUnhandledExceptionFilter介绍
Windows系统提供设置异常处理函数的API函数SetUnhandledExceptionFilter,调用该接口向系统注册当前程序的异常处理函数,当程序发生异常时系统会调用设置的异常处理函数,这样程序就能感知到了,可以调用MiniDumpWriteDump生成包含异常上下文的dump文件,事后使用Windbg分析这个dump文件去分析排查。
API函数SetUnhandledExceptionFilter的声明如下:
cpp
LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER SetUnhandledExceptionFilter(
[in] LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER lpTopLevelExceptionFilter
);
该函数的参数就是设置的异常处理函数。当软件发生异常时,会回调设置的异常处理函数,异常处理函数的原型如下:
cpp
LONG WINAPI SEHUnhandledExceptionFilter(PEXCEPTION_POINTERS pExInfo)
该函数的参数存放的是异常信息的结构体EXCEPTION_POINTERS指针,如下:
cpp
//
// Typedef for pointer returned by exception_info()
//
typedef struct _EXCEPTION_POINTERS {
PEXCEPTION_RECORD ExceptionRecord;
PCONTEXT ContextRecord;
} EXCEPTION_POINTERS, *PEXCEPTION_POINTERS;
其中,EXCEPTION_RECORD结构体定义如下:
cpp
//
// Exception record definition.
//
typedef struct _EXCEPTION_RECORD {
DWORD ExceptionCode;
DWORD ExceptionFlags;
struct _EXCEPTION_RECORD *ExceptionRecord;
PVOID ExceptionAddress;
DWORD NumberParameters;
ULONG_PTR ExceptionInformation[EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS];
} EXCEPTION_RECORD;
typedef EXCEPTION_RECORD *PEXCEPTION_RECORD;
上述结构体中的ExceptionCode字段对应异常类型的异常码,常见的异常码有:
cpp
#define STATUS_ACCESS_VIOLATION ((DWORD )0xC0000005L) // 内存访问违例
#define STATUS_IN_PAGE_ERROR ((DWORD )0xC0000006L)
#define STATUS_INVALID_HANDLE ((DWORD )0xC0000008L)
#define STATUS_INVALID_PARAMETER ((DWORD )0xC000000DL) // 无效参数
#define STATUS_NO_MEMORY ((DWORD )0xC0000017L)
#define STATUS_ILLEGAL_INSTRUCTION ((DWORD )0xC000001DL)
#define STATUS_NONCONTINUABLE_EXCEPTION ((DWORD )0xC0000025L)
#define STATUS_INVALID_DISPOSITION ((DWORD )0xC0000026L)
#define STATUS_ARRAY_BOUNDS_EXCEEDED ((DWORD )0xC000008CL) // 数组越界
#define STATUS_FLOAT_DENORMAL_OPERAND ((DWORD )0xC000008DL)
#define STATUS_FLOAT_DIVIDE_BY_ZERO ((DWORD )0xC000008EL)
#define STATUS_FLOAT_INEXACT_RESULT ((DWORD )0xC000008FL)
#define STATUS_FLOAT_INVALID_OPERATION ((DWORD )0xC0000090L)
#define STATUS_FLOAT_OVERFLOW ((DWORD )0xC0000091L)
#define STATUS_FLOAT_STACK_CHECK ((DWORD )0xC0000092L)
#define STATUS_FLOAT_UNDERFLOW ((DWORD )0xC0000093L)
#define STATUS_INTEGER_DIVIDE_BY_ZERO ((DWORD )0xC0000094L) // 除0崩溃
#define STATUS_INTEGER_OVERFLOW ((DWORD )0xC0000095L)
#define STATUS_PRIVILEGED_INSTRUCTION ((DWORD )0xC0000096L)
#define STATUS_STACK_OVERFLOW ((DWORD )0xC00000FDL) // 线程栈溢出
#define STATUS_DLL_NOT_FOUND ((DWORD )0xC0000135L)
#define STATUS_ORDINAL_NOT_FOUND ((DWORD )0xC0000138L)
#define STATUS_ENTRYPOINT_NOT_FOUND ((DWORD )0xC0000139L)
#define STATUS_CONTROL_C_EXIT ((DWORD )0xC000013AL)
#define STATUS_DLL_INIT_FAILED ((DWORD )0xC0000142L)
#define STATUS_FLOAT_MULTIPLE_FAULTS ((DWORD )0xC00002B4L)
#define STATUS_FLOAT_MULTIPLE_TRAPS ((DWORD )0xC00002B5L)
#define STATUS_REG_NAT_CONSUMPTION ((DWORD )0xC00002C9L)
#define STATUS_STACK_BUFFER_OVERRUN ((DWORD )0xC0000409L) // 栈内存buffer越界
#define STATUS_INVALID_CRUNTIME_PARAMETER ((DWORD )0xC0000417L)
此外,存放线程上下文信息的结构体CONTEXT的定义如下:
cpp
//
// Context Frame
//
// This frame has a several purposes: 1) it is used as an argument to
// NtContinue, 2) is is used to constuct a call frame for APC delivery,
// and 3) it is used in the user level thread creation routines.
//
// The layout of the record conforms to a standard call frame.
//
typedef struct _CONTEXT {
//
// The flags values within this flag control the contents of
// a CONTEXT record.
//
// If the context record is used as an input parameter, then
// for each portion of the context record controlled by a flag
// whose value is set, it is assumed that that portion of the
// context record contains valid context. If the context record
// is being used to modify a threads context, then only that
// portion of the threads context will be modified.
//
// If the context record is used as an IN OUT parameter to capture
// the context of a thread, then only those portions of the thread's
// context corresponding to set flags will be returned.
//
// The context record is never used as an OUT only parameter.
//
DWORD ContextFlags;
//
// This section is specified/returned if CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is
// set in ContextFlags. Note that CONTEXT_DEBUG_REGISTERS is NOT
// included in CONTEXT_FULL.
//
DWORD Dr0;
DWORD Dr1;
DWORD Dr2;
DWORD Dr3;
DWORD Dr6;
DWORD Dr7;
//
// This section is specified/returned if the
// ContextFlags word contians the flag CONTEXT_FLOATING_POINT.
//
FLOATING_SAVE_AREA FloatSave;
//
// This section is specified/returned if the
// ContextFlags word contians the flag CONTEXT_SEGMENTS.
//
DWORD SegGs;
DWORD SegFs;
DWORD SegEs;
DWORD SegDs;
//
// This section is specified/returned if the
// ContextFlags word contians the flag CONTEXT_INTEGER.
//
DWORD Edi;
DWORD Esi;
DWORD Ebx;
DWORD Edx;
DWORD Ecx;
DWORD Eax;
//
// This section is specified/returned if the
// ContextFlags word contians the flag CONTEXT_CONTROL.
//
DWORD Ebp;
DWORD Eip;
DWORD SegCs; // MUST BE SANITIZED
DWORD EFlags; // MUST BE SANITIZED
DWORD Esp;
DWORD SegSs;
//
// This section is specified/returned if the ContextFlags word
// contains the flag CONTEXT_EXTENDED_REGISTERS.
// The format and contexts are processor specific
//
BYTE ExtendedRegisters[MAXIMUM_SUPPORTED_EXTENSION];
} CONTEXT;
该结构体中主要存放各个寄存器的信息。
2、调用SetUnhandledExceptionFilter设置异常处理函数
设置异常处理函数的示例代码如下:
cpp
// 异常处理函数(回调函数)
LONG WINAPI SEHUnhandledExceptionFilter( PEXCEPTION_POINTERS pExInfo )
{
// 处理异常的代码
// ......
return EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER;
}
// 调用SetUnhandledExceptionFilter设置异常处理函数
LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER oldExceptionFilter = SetUnhandledExceptionFilter( SEHUnhandledExceptionFilter );
调用系统API函数SetUnhandledExceptionFilter像系统注册当前程序的异常处理函数,当程序发生异常时系统会调用设置的异常处理函数。
3、调用MiniDumpWriteDump函数导出包含异常上下文的dump文件
dump文件最终都是调用API函数MiniDumpWriteDump去生成的,生成dump文件的示例代码如下:
cpp
void CreateDump(struct _EXCEPTION_POINTERS *pExceptionPointers)
{
CString strDumpFile = _T("E:\\2025-1210.dump");
HANDLE hDumpFile;
hDumpFile = CreateFile(strDumpFile, GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
FILE_SHARE_WRITE|FILE_SHARE_READ, 0, CREATE_ALWAYS, 0, 0);
MINIDUMP_EXCEPTION_INFORMATION ExpParam;
ExpParam.ThreadId = GetCurrentThreadId();
ExpParam.ExceptionPointers = pExceptionPointers;
ExpParam.ClientPointers = TRUE;
// 此处调整参数,确定要导出的dump文件中包含的信息多少
MINIDUMP_TYPE MiniDumpWithDataSegs = (MINIDUMP_TYPE)(MiniDumpNormal
| MiniDumpWithHandleData
| MiniDumpWithUnloadedModules
| MiniDumpWithIndirectlyReferencedMemory
| MiniDumpScanMemory
| MiniDumpWithProcessThreadData
| MiniDumpWithThreadInfo);
BOOL bMiniDumpSuccessful = FALSE;
bMiniDumpSuccessful = MiniDumpWriteDump(GetCurrentProcess(), GetCurrentProcessId(),
hDumpFile, MiniDumpWithDataSegs, &ExpParam, NULL, NULL);
return;
}
上述接口中我们调用MiniDumpWriteDump接口导出dump文件,上述代码导出的是mini dump文件,文件大小大概在几MB左右。如果要导出包含所有信息的全dump文件,则会比较大,大概在几百MB到上GB的大小。**可以通过调整调用MiniDumpWriteDump接口的第四个参数来确定导出的dump文件中包含哪些异常信息。**如包含的信息越多,dump文件会越大。
mini dump文件和全dump文件的区别在于,全dump文件包含了所有的信息,而mini dump只包含了部分信息。在全dump文件中,使用Windbg可以查看所有变量内存中的值,而mini dump中只能查看到部分变量的值,某些变量的值可能是排查问题的关键线索。
一般我们在自动生成dump文件时,文件不宜太大,如果太大的话,会占用PC大量的磁盘空间。dump文件包含一些概要信息就可以排查问题了,没必要导出包含所有信息的全dump文件的。在某些特殊的情况下,为了方便排查问题,可能需要包含所有信息的全dump文件,具体情况具体分析吧。
4、生成dump文件的多种生成
分析dump文件是排查C++程序异常的最常用方法。那dump文件是如何产生的呢?主要有以下几个途径生成dump文件。
4.1、调用SetUnhandledExceptionFilter设置异常处理回调函数,然后调用MiniDumpWriteDump生成dump文件
这种方式,我们上面已经详细讲了,这里就不再重复说了。这种方式有一定的缺陷,很多异常是捕获不到的。
4.2、安装异常捕获模块,由该模块感知异常并自动生成dump文件(最常用的方式)
一般Windows程序中都会安装异常捕获模块(比如google开源的CrashRpt / breakpad / crashpad),一旦软件发生异常崩溃,该异常捕获模块就能感知到,就会将发生异常时的异常上下文信息导出到dump文件中。比如QQ、钉钉、企业微信等常用的主流软件中都安装了异常捕获模块,当软件发生异常时可能会弹出如下的提示框:

提示软件发生了崩溃,询问是否将崩溃信息(崩溃时的日志文件以及包含异常上下文的dump文件等)上报给后台,后台搜集到这些信息,就可以自行分析排查了。
关于异常捕获库的详细介绍,可以查看我的文章:
基于开源CrashRpt与微软开源Detours技术深度改造的异常捕获库分享
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/138075577
4.3、从任务管理器中导出dump文件

程序发生异常时(比如窗口不可点击、程序发生卡死(可能是发生死循环、死锁导致的)),如果进程还在,可以到Windows系统的任务管理器中右键点击目标进程,在弹出的右键菜单中点击"创建转储文件"菜单项导出dump文件。比如程序弹出崩溃报错提示框时,或者程序发生死循环或死锁时,程序进程还在的,可以尝试从任务管理器中导出dump文件去分析的。
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4.4、在动态调试的Windbg中使用.dump命令导出dump文件
程序发生异常时进程还在,比如程序发生死循环或多线程死锁,此时可以直接将Windbg挂载到正在运行的目标进程上,然后使用.dump命令导出包含异常上下文信息的dump文件。
软件异常问题是必现的或者比较好复现,可以直接使用Windbg启动软件,和软件一起跑,一旦软件发生异常崩溃,Windbg就会感知到并中断下来,此时用.dump命令将异常上下文信息导出到dump文件中。
使用.dump命令导出dump文件的命令如下:
.dump /ma D:\20221118.dmp
Windbg捕获到异常后会立即中断下来,按讲此时就可以直接分析了,为啥还要手动将异常信息导出到dump文件中呢?可能当时不能立即查出问题,亦或是出问题的电脑是其他同事的或者是客户的,不能长时间占用别人的电脑,这时需要导出到dump文件中,事后拿到dump文件后再进行详细的分析。
建议大家在代码中安装捕获软件异常的模块或代码,比如常用的是google开源的CrashRpt异常捕获库(很多软件比如QQ、钉钉在都使用类似的库),在软件发生崩溃时能实时捕获到异常信息,自动生成dump文件。然后测试人员将取到的dump文件发送给开发人员,开发人员使用Windbg打开dump文件进行分析:

4.5、Windows系统感知到程序发生了异常,自动生成dump文件
有时程序产生的异常崩溃很难复现,并且程序中安装的异常捕获模块并没有感知到、没有生成dump文件(异常捕获模块只能捕获大部分的异常崩溃,但不能不过所有的异常),因为问题很难复现,所以没法通过上述方法手动去获取包含异常上下文信息的dump文件。**此时可以尝试到系统的应用程序日志查看程序运行日志,看看操作系统有没有感知到软件发生异常,有没有帮我们自动生成包含异常上下文的dump文件。**比如项目中某次遇到的程序闪退,程序中安装的异常捕获模块没有感知到,但到系统的应用程序日志中找到系统帮我们自动生成的dump路径,如下所示:

以Win10系统为例,在桌面上右键点击"此电脑",在弹出的右键菜单中点击"管理"菜单项,如下所示:

打开计算机管理窗口后,在系统工具节点下,展开事件查看器节点,在该节点下继续展开Windows日志节点,然后点击应用程序节点,这样右边就显示应用程序相关的系统日志了:

于是按照程序出问题时的时间点,在应用程序日志列表中,找对应时间点的日志记录,可能就能找到了系统帮我们自动生成的dump文件路径了!在软件中安装的异常捕获模块,没法捕获所有场景下的异常,当程序发生闪退崩溃且异常捕获模块没有帮我们生成dump文件时, 可以尝试到系统日志中查看系统有没有自动生成dump文件!这种场景,大家平时估计很少用到,正好前段时间在项目中遇到过,已经整理成完整的案例文章,文章链接如下:
使用Windbg分析从系统应用程序日志中找到的系统自动生成的dump文件去排查问题
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/132024253
5、使用Windbg分析dump文件
Windbg是微软提供的Windows平台下强大的用户态和内核态调试利器,给我们分析Windows上软件的异常提供了极大的便利和有力的支持,比原始的直接查看代码去分析异常的效率要高的多。Windbg在某些方面甚至要比微软的Visual Studio还要强大。作为C++开发人员,必须要掌握常用的调试技巧,必须要能分析和排查软件运行过程中遇到的各种异常,必须要熟悉Windbg或GDB调试器的使用。
Windows平台上主要使用Windbg,Linux平台上主要使用GDB调试器。
Visual Studio可以分析dump文件,但分析dump文件最常用的工具还是Windbg,在分析与调试方面,Windbg要比Visual Studio强大很多。
5.1、Windbg版本与安装
常用的Windbg主要有三个版本:
1)Windbg 6.0免安装的老版本(绿色版本)
此版本比较老,要手动输入各种命令,有些命令很长很复杂,使用起来会很不方便,现在基本不用了。
2)从Windows SDK中摘出来的Windbg 10.0版本
到微软官网中从Windows SDK中获取10.0版本的安装包,然后安装就可以了。此版本比较常用,我日常工作中主要使用该版本。该版本中不再需要输入很多复杂的命令,点击超链接就可以查看想要查看的信息了。
3)从Windows应用商店下载的Windbg Preview版本
可以到Windows系统自带的应用商店,搜索Windbg,可以找到Windbg Preview版本进行安装。此版本是最新版本,UI界面进行了大改版,功能上和Windbg 10.0基本上是一样的。
关于如何下载安装Windbg10.0版本,以及如何使用Windbg,可以查看我的文章:
Windbg安装与使用详解
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/120631007
5.2、Windbg常用命令
使用Windbg分析dump文件,首先要掌握一些常用的Windbg命令 ,我们通过这些命令去操控Windbg去显示我们要看的信息,常用的Windbg命令有切换到异常上下文命令.ecxr、查看函数调用堆栈命令kn/kv/kp、自动分析命令!analyze -v、查看二进制模块信息命令lm、加载pdb符号文件命令.reload等。关于常用的Windbg命令以及更多的Windbg命令汇总,可以查看我的文章:
Windbg常用命令详解
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/125508027Windbg调试命令汇总
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/51711212
5.3、使用Windbg分析dump文件
使用Windbg分析dump文件时一般有几个常用的步骤,打开dump文件后:
**1)**使用.ecxr切换到发生异常的上下文,查看发生崩溃的那条汇编指令以及相关寄存器的值。
**2)**输入kn/kv/kp命令,查看异常发生时的函数调用堆栈,将堆栈与C++源码对照这看,尝试找出问题。
**3)**有时在dump文件中查看相关变量的值,可能是排查问题的关键线索或关键切入点。
**4)**有时甚至要查看发生异常的模块的汇编代码,去辅助定位问题。
关于Windbg静态分析dump文件的一般步骤及要点,我之前写了专门的文章, 可以直接去查看(此处就不再展开了):
使用Windbg分析dump文件的一般步骤及要点详解
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/130873143使用Windbg分析dmp文件的方法以及实战分析实例分享
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/152115653 对于C++程序发生崩溃,如果生成了dump文件,则使用Windbg静态分析dump文件;如果没有dump文件,则可以使用Windbg动态调试目标进程 。关于如何使用Windbg动态调试目标进程,可以查看我的文章:
使用Windbg调试目标进程的一般步骤及要点详解
https://blog.csdn.net/chenlycly/article/details/131029795
6、最后
本文详细介绍了如何让C++程序生成dump文件、生成dump文件的多种方式以及如何使用Windbg分析dump文件,并给出了对应的实战分析案例,有一定的实战参考价值,希望能帮到大家。