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用Debug函数实现API函数的跟踪(3)

2011-1-9vczx佚名

很明显,当被调试进程在函数入口产生中断调试信息时,调试程序只能得到函数的输入参数,而不能得到我们希望的输出参数及返回值!为了实现我们的目标,我们必须在函数调用结束时,再次产生中断,取得函数的输出参数和返回值。在处理函数入口中断时,就必须设置好函数的返回地址的断点。这样,在函数返回时,就可以得到函数的输出参数和返回值了。关于这里的实现说明请参考附录的源代码。

你完全可以参照附录的源代码写出你自己的简单的调试监视程序。当然,有几个问题因为比较复杂,我没有在这里进行说明。一个就是函数返回断点的处理,比如TRY、CATCH的处理,就必须重新设计好RETURN_FUN_STACK的结构,考虑一些除错处理还是可以解决这个问题的。另外一个问题就是函数的入口断点和返回断点没有任何关系。这个问题更好解决,只需重新设计RETURN_FUN,FUN_BREAK_MAP等结构体就可以将它们关联起来。由于我在这里只要是分析如何实现中断调试处理的过程,这些完善程序的工作就由读者自行跟踪改造了。

关于Win9X系统

细心的读者在上面可以发现一个问题,那就是在SetBreakPoint函数中有一个限制,就是函数的入口地址不能大于0x80000000。确实如此,我们知道0x80000000以上的空间是系统共有的空间,我们一般不能修改这些空间的程序,否则将影响系统的工作。在NT环境下,所有的DLL都被加载在0x80000000下,修改0x80000000以下空间的代码不会对其它进程产生影响。所以在NT下可以用上面的方案监视所有的DLL函数。然而,在Win9X下,kernel32.dll,user32.dll,gdi32.dll等系统DLL都被加载到0x80000000以上的空间,修改这些空间的代码将破坏系统工作。那么,在9X下就不能监视这些DLL模块的函数吗?

的确,在Win9X平台下不能利用在函数入口处设置断点的方法实现监视。我们必须采用另外的方法实现该功能。在前面讨论中知道,通过API HOOK修改模块导入表的方法可以实现将API的入口修改为自己监视程序的入口,也可以实现监视功能。如果采用API HOOK的方法有限制,即必须知道函数原型,对每一个函数都必须编写相应的监视代码,灵活性受到限制。而我们的目标是不管有多少个DLL,不管DLL有多少个导出函数,在不修改我们的程序前提下都可以实现我们的监视功能。所以,API HOOK是不可以完成我们的目标,但我们可以利用修改导入表的方案实现目标。首先,修改导入表,将函数的调用地址指向我们的监视代码,在监视代码中,我们无需对函数编程,只是简单调用jmp XXXX就可以了。然后,设置断点时,不是设置在函数的入口点,而是设置在我们的监视代码上。这样,当我们的模块调用系统API函数时,就可以实现监视功能了。修改原理如图:

如图所示,假设我们的监视代码在目标进程的的0x20000000空间,我们在分析DLL导出表的同时,将导出表函数的地址经过计算,在监视代码中设置为jmp xxxx的代码。这样我们在修改EXE模块的导入表时写入的地址为监视代码的地址。当目标程序调用MessageBox函数是,程序将首先跳转到监视代码中执行jmp指令到user32.dll的MessageBox入口地址中。经过这样处理后,我们希望监视MessageBox函数的调用时,只需在监视代码的0x20000000处设置断点,就达到了监视的目的。限于篇幅原因,这里不再讨论。

扩展应用

你可以很轻松的在此基础上进行扩展你的监视跟踪功能。只需要修改一下记录输入输出函数结果的程序,就得到一个新的功能:

1.在记录输入输出参数的地方加入取得当前时刻的功能,就实现了监视函数调用性能的功能。(相当于Numega的TrueTime功能)由于采用了Debug技术,得到的时间将包括调试函数导致产生进程的切换时间。等到的时间只是一个参考价值,但对分析性能而言一般足够。

2.在记录输入输出参数的地方加入函数调用的计数器,就实现了Numega的TrueCoverage功能。

3.监视malloc, free, realloc函数的输入输出值,并进行统计,就实现了简单的内存泄漏检查功能。关键的是你可以通过Map文件得到Release版本的malloc等函数的地址,实现对Release版的跟踪。

4.在记录输入参数处理中加入StackWalk函数可以实现call stack功能,分析是由哪个函数调用了自己。在jmp方案中也可以实现这个功能,但是你必须确保StackWalk关联的函数没有调用被你监视的函数。在Hook API(IAT)的方案中到是不用保证,但得出的调用列表中有可能包含你的监视代码。

有一点需要注意的是,我们的目标是监视程序的运行路径,并不是改变参数和修改结果,所以,在jmp和Hook Api(IAT)中可以实现的修改参数和运行路径的做法在这里不能实现。

其他:

本文附录的代码TestDebug.zip就是实现了一个简单的调试监视器,自动输出监视函数的4个输入参数的地址内容和函数调用返回值。该代码只是表明通过监视函数可以实现对API的跟踪,所以没有实现9X下对系统DLL的监视。

DebugApi.zip是一个利用这个方案编写的应用程序DebugApiSpy.exe,它实现了这个方案中的最基本的跟踪监视函数的输入输出参数功能,也实现了9X下对系统DLL的监视支持。该程序支持Win9X/NT/W2K/XP上的运用。

参考资料:

1.《Windows核心编程》, Jeffrey Richter,机械工业出版社

2.微软的MSDN

3.detours 可以在http://research.microsoft.com/sn/detours/ 上得到源代码。detours功能在WinNT和W2K下有效,对9X不支持。

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本文来源:vczx 作者:佚名

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