Win32 - 从 C 代码回溯

Question

我目前正在寻找一种在 Windows 下从 C 代码（非 C++）获取回溯信息的方法。

我正在构建一个跨平台 C 库，具有引用计数内存管理功能。它还具有一个集成的内存调试器，可提供有关内存错误的信息（XEOS C 基础库）。

当发生故障时，启动调试器，提供有关故障的信息以及涉及的内存记录。

在 Linux 或 Mac OS X 上，我可以在以下位置查找 execinfo.h为了使用 backtrace 函数，这样我就可以显示有关内存故障的附加信息。

我正在 Windows 上寻找同样的东西。

我在 Stack Overflow 上看到过如何在 C 中获取堆栈跟踪？。我不想使用第三方库，因此 CaptureStackBackTrace 或 StackWalk 函数看起来不错。

唯一的问题是我不知道如何使用它们，即使有微软的文档也是如此。

我不习惯 Windows 编程，因为我通常在 POSIX 兼容系统上工作。

这些功能有哪些解释，也许还有一些例子？

编辑

我现在正在考虑使用DbgHelp.lib中的CaptureStackBackTrace函数，因为看起来开销要少一些......

这就是我的到目前为止已经尝试过：

unsigned int   i;
void         * stack[ 100 ];
unsigned short frames;
SYMBOL_INFO    symbol;
HANDLE         process;

process = GetCurrentProcess();

SymInitialize( process, NULL, TRUE );

frames = CaptureStackBackTrace( 0, 100, stack, NULL );

for( i = 0; i < frames; i++ )
{
    SymFromAddr( process, ( DWORD64 )( stack[ i ] ), 0, &symbol );

    printf( "%s\n", symbol.Name );
}

我只是得到垃圾。我想我应该使用 SymFromAddr 以外的其他东西。

Answer 1

好吧，现在我明白了。 :)

问题出在 SYMBOL_INFO 结构中。它需要在堆上分配，为符号名称保留空间，并正确初始化。

这是最终的代码：

void printStack( void );
void printStack( void )
{
     unsigned int   i;
     void         * stack[ 100 ];
     unsigned short frames;
     SYMBOL_INFO  * symbol;
     HANDLE         process;

     process = GetCurrentProcess();

     SymInitialize( process, NULL, TRUE );

     frames               = CaptureStackBackTrace( 0, 100, stack, NULL );
     symbol               = ( SYMBOL_INFO * )calloc( sizeof( SYMBOL_INFO ) + 256 * sizeof( char ), 1 );
     symbol->MaxNameLen   = 255;
     symbol->SizeOfStruct = sizeof( SYMBOL_INFO );

     for( i = 0; i < frames; i++ )
     {
         SymFromAddr( process, ( DWORD64 )( stack[ i ] ), 0, symbol );

         printf( "%i: %s - 0x%0X\n", frames - i - 1, symbol->Name, symbol->Address );
     }

     free( symbol );
}

输出是：

6: printStack - 0xD2430
5: wmain - 0xD28F0
4: __tmainCRTStartup - 0xE5010
3: wmainCRTStartup - 0xE4FF0
2: BaseThreadInitThunk - 0x75BE3665
1: RtlInitializeExceptionChain - 0x770F9D0F
0: RtlInitializeExceptionChain - 0x770F9D0F

Answer 2

这是我的超低保真替代方案，用于从 C++ Builder 应用程序读取堆栈。当进程崩溃时，此代码在进程本身内执行，并将堆栈获取到 cs 数组中。

    int cslev = 0;
    void* cs[300];
    void* it = <ebp at time of crash>;
    void* rm[2];
    while(it && cslev<300)
    {
            /* Could just memcpy instead of ReadProcessMemory, but who knows if 
               the stack's valid? If  it's invalid, memcpy could cause an AV, which is
               pretty much exactly what we don't want
            */
            err=ReadProcessMemory(GetCurrentProcess(),it,(LPVOID)rm,sizeof(rm),NULL);
            if(!err)
                    break;
            it=rm[0];
            cs[cslev++]=(void*)rm[1];
    }

更新

一旦我得到了堆栈，我就会将其翻译成名称。我通过交叉引用 C++Builder 输出的 .map 文件来完成此操作。可以使用另一个编译器的映射文件完成相同的操作，尽管格式会有所不同。以下代码适用于 C++Builder 映射。这又是低保真的，可能不是典型的 MS 做事方式，但它适用于我的情况。下面的代码不会交付给最终用户。

char linbuf[300];
char *pars;
unsigned long coff,lngth,csect;
unsigned long thisa,sect;
char *fns[300];
unsigned int maxs[300];
FILE *map;

map = fopen(mapname, "r");
if (!map)
{
    ...Add error handling for missing map...
}

do
{
    fgets(linbuf,300,map);
} while (!strstr(linbuf,"CODE"));
csect=strtoul(linbuf,&pars,16); /* Find out code segment number */
pars++; /* Skip colon */
coff=strtoul(pars,&pars,16); /* Find out code offset */
lngth=strtoul(pars,NULL,16); /* Find out code length */
do
{
    fgets(linbuf,300,map);
} while (!strstr(linbuf,"Publics by Name"));

for(lop=0;lop!=cslev;lop++)
{
    fns[lop] = NULL;
    maxs[lop] = 0;
}
do
{
    fgets(linbuf,300,map);
    sect=strtoul(linbuf,&pars,16);
    if(sect!=csect)
        continue;
    pars++;
    thisa=strtoul(pars,&pars,16);
    for(lop=0;lop!=cslev;lop++)
    {
        if(cs[lop]<coff || cs[lop]>coff+lngth)
            continue;
        if(thisa<cs[lop]-coff && thisa>maxs[lop])
        {
            maxs[lop]=thisa;
            while(*pars==' ')
                pars++;
            fns[lop] = fnsbuf+(100*lop);
            fnlen = strlen(pars);
            if (fnlen>100)
                fnlen = 100;
            strncpy(fns[lop], pars, 99);
            fns[lop][fnlen-1]='\0';
        }
    }
} while (!feof(map));
fclose(map);

运行此代码后，fns 数组包含 .map 文件中的最佳匹配函数。

在我的情况下，我实际上拥有由提交到 PHP 脚本的第一段代码生成的调用堆栈 - 我使用一段 PHP 执行与上面的 C 代码相同的操作。第一位解析映射文件（同样，这适用于 C++Builder 映射，但可以轻松适应其他映射文件格式）：

            $file = fopen($mapdir.$app."-".$appversion.".map","r");
            if (!$file)
                    ... Error handling for missing map ...
            do
            {
                    $mapline = fgets($file);
            } while (!strstr($mapline,"CODE"));
            $tokens = split("[[:space:]\:]", $mapline);
            $codeseg = $tokens[1];
            $codestart = intval($tokens[2],16);
            $codelen = intval($tokens[3],16);
            do
            {
                    $mapline = fgets($file);
            } while (!strstr($mapline,"Publics by Value"));
            fgets($file); // Blank
            $addrnum = 0;
            $lastaddr = 0;
            while (1)
            {
                    if (feof($file))
                            break;
                    $mapline = fgets($file);
                    $tokens = split("[[:space:]\:]", $mapline);
                    $thisseg = $tokens[1];
                    if ($thisseg!=$codeseg)
                            break;
                    $addrs[$addrnum] = intval($tokens[2],16);
                    if ($addrs[$addrnum]==$lastaddr)
                            continue;
                    $lastaddr = $addrs[$addrnum];
                    $funcs[$addrnum] = trim(substr($mapline, 16));
                    $addrnum++;
            }
            fclose($file);

然后该位将地址（在 $rowaddr 中）转换为给定函数（以及函数后的偏移量）：

                    $thisaddr = intval($rowaddr,16);
                    $thisaddr -= $codestart;
                    if ($thisaddr>=0 && $thisaddr<=$codelen)
                    {
                            for ($lop=0; $lop!=$addrnum; $lop++)
                                    if ($thisaddr<$addrs[$lop])
                                            break;
                    }
                    else
                            $lop = $addrnum;
                    if ($lop!=$addrnum)
                    {
                            $lop--;
                            $lines[$ix] = substr($line,0,13).$rowaddr." : ".$funcs[$lop]." (+".sprintf("%04X",$thisaddr-$addrs[$lop]).")";
                            $stack .= $rowaddr;
                    }
                    else
                    {
                            $lines[$ix] = substr($line,0,13).$rowaddr." : external";
                    }

Answer 3

@Jon Bright：你说“谁知道堆栈是否有效......”：有一种方法可以找出答案，因为堆栈地址是已知的。当然，假设您需要在当前线程中进行跟踪：

    NT_TIB*     pTEB = GetTEB();
    UINT_PTR    ebp = GetEBPForStackTrace();
    HANDLE      hCurProc = ::GetCurrentProcess();

    while (
        ((ebp & 3) == 0) &&
        ebp + 2*sizeof(VOID*) < (UINT_PTR)pTEB->StackBase &&
        ebp >= (UINT_PTR)pTEB->StackLimit &&
        nAddresses < nTraceBuffers)
        {
        pTraces[nAddresses++]._EIP = ((UINT_PTR*)ebp)[1];
        ebp = ((UINT_PTR*)ebp)[0];
        }

我的“GetTEB()”是来自 NTDLL.DLL 的 NtCurrentTeb() - 而且它不仅适用于当前 MSDN 中所述的 Windows 7 及更高版本。 MS 破坏了文档。它在那里呆了很长时间。使用ThreadEnvironment Block (TEB)，您不需要ReadProcessMemory()，因为您知道堆栈的下限和上限。我认为这是最快的方法。

使用 MS 编译器，GetEBPForStackTrace() 可以

inline __declspec(naked) UINT_PTR GetEBPForStackTrace()
{
    __asm
        {
        mov eax, ebp
        ret
        }
}

作为获取当前线程的 EBP 的简单方法（但您可以将任何有效的 EBP 传递到此循环，只要它适用于当前线程）。

限制：这对于 Windows 下的 x86 有效。