记一次 .NET 某医疗器械程序崩溃分析

一：背景

1.讲故事

前段时间有位朋友在微信上找到我，说他的程序偶发性崩溃，让我帮忙看下怎么回事，上面给的压力比较大，对于这种偶发性崩溃，比较好的办法就是利用 AEDebug 在程序崩溃的时候自动抽一管血出来，看看崩溃点是什么，其实我的系列文章中，关于崩溃类的dump比较少，刚好补一篇上来，话不多说，上 windbg 。

二：WinDbg 分析

1. 崩溃点在哪里

在 windbg 中有一个 !analyze -v 命令可以自动化分析，输出信息如下：

0:120> !analyze -v
*******************************************************************************
*                                                                             *
*                        Exception Analysis                                   *
*                                                                             *
*******************************************************************************
CONTEXT:  (.ecxr)
rax=00000000032fed38 rbx=00000000c0000374 rcx=0000000000000000
rdx=0000000000000020 rsi=0000000000000001 rdi=00007ffbada727f0
rip=00007ffbada0a8f9 rsp=000000003103c8b0 rbp=0000000000c40000r8=00007ffb779bdab7  r9=00007ffb782e94c0 r10=0000000000002000
r11=000000002c4aa498 r12=0000000000000000 r13=000000003103eb60
r14=0000000000000000 r15=000000002c873720
iopl=0         nv up ei pl nz na pe nc
cs=0033  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000202
ntdll!RtlReportFatalFailure+0x9:
00007ffb`ada0a8f9 eb00            jmp     ntdll!RtlReportFatalFailure+0xb (00007ffb`ada0a8fb)
Resetting default scopeEXCEPTION_RECORD:  (.exr -1)
ExceptionAddress: 00007ffbada0a8f9 (ntdll!RtlReportFatalFailure+0x0000000000000009)ExceptionCode: c0000374ExceptionFlags: 00000001
NumberParameters: 1Parameter[0]: 00007ffbada727f0
...

从卦中的 ExceptionCode: c0000374 异常码来看，表示当前 nt堆损坏，这就尴尬了，一个C#程序咋会把 windows nt 堆给弄坏了，可能是引入了第三方的 C++ 代码。

由于异常分异常前和异常后,所以需要用 .ecxr 将当前线程切到异常前的崩溃点，然后使用 k 观察当前的线程栈。

0:120> .ecxr ; k
rax=00000000032fed38 rbx=00000000c0000374 rcx=0000000000000000
rdx=0000000000000020 rsi=0000000000000001 rdi=00007ffbada727f0
rip=00007ffbada0a8f9 rsp=000000003103c8b0 rbp=0000000000c40000r8=00007ffb779bdab7  r9=00007ffb782e94c0 r10=0000000000002000
r11=000000002c4aa498 r12=0000000000000000 r13=000000003103eb60
r14=0000000000000000 r15=000000002c873720
iopl=0         nv up ei pl nz na pe nc
cs=0033  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000202
ntdll!RtlReportFatalFailure+0x9:
00007ffb`ada0a8f9 eb00            jmp     ntdll!RtlReportFatalFailure+0xb (00007ffb`ada0a8fb)*** Stack trace for last set context - .thread/.cxr resets it# Child-SP          RetAddr               Call Site
00 00000000`3103c8b0 00007ffb`ada0a8c3     ntdll!RtlReportFatalFailure+0x9
01 00000000`3103c900 00007ffb`ada1314e     ntdll!RtlReportCriticalFailure+0x97
02 00000000`3103c9f0 00007ffb`ada1345a     ntdll!RtlpHeapHandleError+0x12
03 00000000`3103ca20 00007ffb`ad9aef41     ntdll!RtlpHpHeapHandleError+0x7a
04 00000000`3103ca50 00007ffb`ad9be520     ntdll!RtlpLogHeapFailure+0x45
05 00000000`3103ca80 00007ffb`aa3882bf     ntdll!RtlFreeHeap+0x966e0
06 00000000`3103cb20 00007ffb`66fac78f     KERNELBASE!LocalFree+0x2f
07 00000000`3103cb60 00007ffb`66f273a4     mscorlib_ni+0x63c78f
08 00000000`3103cc10 00007ffb`185c4fde     mscorlib_ni!System.Runtime.InteropServices.Marshal.FreeHGlobal+0x24 [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\runtime\interopservices\marshal.cs @ 1212] 
09 00000000`3103cc50 00007ffb`185c4fa1     0x00007ffb`185c4fde
0a 00000000`3103cca0 00007ffb`185edc82     0x00007ffb`185c4fa1
...

从卦中的 KERNELBASE!LocalFree 方法可知，程序正在释放一个 堆块，在释放的过程中抛出了异常，那为什么会释放失败呢？原因就比较多了，比如：

原因1：Free 一个已 Free 的堆块
原因2：Free 了一个别人的堆块

那到底是哪一种情况呢？有经验的朋友应该知道，ntheap 默认开启了 损坏退出 机制，用 !heap -s 命令就能显示出这种损坏原因。

0:120> !heap -s************************************************************************************************************************NT HEAP STATS BELOW
************************************************************************************************************************
**************************************************************
*                                                            *
*                  HEAP ERROR DETECTED                       *
*                                                            *
**************************************************************Details:Heap address:  0000000000c40000
Error address: 000000002c873710
Error type: HEAP_FAILURE_BLOCK_NOT_BUSY
Details:    The caller performed an operation (such as a freeor a size check) that is illegal on a free block.
Follow-up:  Check the error's stack trace to find the culprit.Stack trace:
Stack trace at 0x00007ffbada7284800007ffbad9aef41: ntdll!RtlpLogHeapFailure+0x4500007ffbad9be520: ntdll!RtlFreeHeap+0x966e000007ffbaa3882bf: KERNELBASE!LocalFree+0x2f00007ffb66fac78f: mscorlib_ni+0x63c78f00007ffb66f273a4: mscorlib_ni!System.Runtime.InteropServices.Marshal.FreeHGlobal+0x2400007ffb185c4fde: +0x185c4fdeLFH Key                   : 0x1d4fd2a71d8b8280
Termination on corruption : ENABLEDHeap     Flags   Reserv  Commit  Virt   Free  List   UCR  Virt  Lock  Fast (k)     (k)    (k)     (k) length      blocks cont. heap 
-------------------------------------------------------------------------------------
0000000000c40000 00000002   16756  13688  16364    220   140     5    2      0   LFH
...

从卦中可以清晰的看到错误类型：Error type: HEAP_FAILURE_BLOCK_NOT_BUSY ，这是经典的 Double Free，也就是上面的 原因1 ，接下来我们就要寻找代码源头了。。。

2. 是谁的代码引发的

从线程栈上看，底层的方法区都是十六进制，这表示当前是托管方法，这就好办了，我们用 !clrstack 看看托管代码是什么？

0:120> !clrstack 
OS Thread Id: 0x4d54 (120)Child SP               IP Call Site
000000003103cb88 00007ffbad9b0544 [InlinedCallFrame: 000000003103cb88] Microsoft.Win32.Win32Native.LocalFree(IntPtr)
000000003103cb88 00007ffb66fac78f [InlinedCallFrame: 000000003103cb88] Microsoft.Win32.Win32Native.LocalFree(IntPtr)
000000003103cb60 00007ffb66fac78f DomainNeutralILStubClass.IL_STUB_PInvoke(IntPtr)
000000003103cc10 00007ffb66f273a4 System.Runtime.InteropServices.Marshal.FreeHGlobal(IntPtr) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\runtime\interopservices\marshal.cs @ 1212]
000000003103cc50 00007ffb185c4fde xxxx.StructToBytes(System.Object)
000000003103ced0 00007ffb185ec6b1 xxx.SendDoseProject(System.String)
...

从卦中可以清晰的看到是托管方法 StructToBytes() 引发的，接下来导出这个方法的源码，截图如下：

从方法逻辑看，这位朋友用了 Marshal 做了互操作，为了能够进一步分析，需要找到 localResource 堆块句柄，使用 !clrstack -l 显示方法栈参数。

0:120> !clrstack -l
OS Thread Id: 0x4d54 (120)
...
000000003103cca0 00007ffb185c4fa1 xxx.StructToBytes(System.Object)LOCALS:0x000000003103cd0c = 0x000000000000018f0x000000003103ccf8 = 0x00000000030844200x000000003103ccf0 = 0x00000000030844200x000000003103cce8 = 0x00000000000000000x000000003103cce0 = 0x0000000000000000
...

经过对比，发现并没有显示 localResource 值，这就很尴尬了。。。一般在 dump 中 IntPtr 类型是显示不出来的，遇到好几次了，比较闹心。。。既然显示不出来堆块句柄值。。。那怎么办呢？天要绝人之路吗？

3. 绝处逢生

既然托管层找不到堆块句柄，那就到非托管层去找，比如这里的 KERNELBASE!LocalFree+0x2f 函数，msdn 上的定义如下：

HLOCAL LocalFree([in] _Frees_ptr_opt_ HLOCAL hMem
);

那如何找到这个 hMem 值呢？在 x86 程序中可以直接用 kb 就能提取出来，但在 x64 下是无效的，因为它是用寄存器来传递方法参数，此时的寄存器值已经刷新到了 ntdll!NtWaitForMultipleObjects+0x14 上，比如下面的 rcx 肯定不是 hMem 值。

0:120> r
rax=000000000000005b rbx=0000000000005b08 rcx=0000000000000002
rdx=000000003103b690 rsi=0000000000000002 rdi=0000000000000000
rip=00007ffbad9b0544 rsp=000000003103b658 rbp=0000000000001da4r8=0000000000001000  r9=0101010101010101 r10=0000000000000000
r11=0000000000000246 r12=0000000000000000 r13=000000003103c930
r14=0000000000001f98 r15=0000000000000000
iopl=0         nv up ei pl zr na po nc
cs=0033  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000246
ntdll!NtWaitForMultipleObjects+0x14:
00007ffb`ad9b0544 c3              ret

怎么办呢？其实还有一条路，就是观察 KERNELBASE!LocalFree+0x2f 方法的汇编代码，看看它有没有将 rcx 临时性的存到线程栈上。

0:120> u KERNELBASE!LocalFree
KERNELBASE!LocalFree:
00007ffb`aa388290 48895c2410      mov     qword ptr [rsp+10h],rbx
00007ffb`aa388295 4889742418      mov     qword ptr [rsp+18h],rsi
00007ffb`aa38829a 48894c2408      mov     qword ptr [rsp+8],rcx
00007ffb`aa38829f 57              push    rdi
00007ffb`aa3882a0 4883ec30        sub     rsp,30h
00007ffb`aa3882a4 488bd9          mov     rbx,rcx
00007ffb`aa3882a7 f6c308          test    bl,8
00007ffb`aa3882aa 753f            jne     KERNELBASE!LocalFree+0x5b (00007ffb`aa3882eb)

很开心的看到，当前的 rcx 存到了 rsp+8 位置上，那如何拿到 rsp 呢？可以用 k 提取父函数 mscorlib_ni+0x63c78f 中的 Child-SP 值。

0:120> k# Child-SP          RetAddr               Call Site...
0e 00000000`3103ca80 00007ffb`aa3882bf     ntdll!RtlFreeHeap+0x966e0
0f 00000000`3103cb20 00007ffb`66fac78f     KERNELBASE!LocalFree+0x2f
10 00000000`3103cb60 00007ffb`66f273a4     mscorlib_ni+0x63c78f
...

因为这个 Child-SP 是 call 之前的 sp, 汇编中的 sp 是 call 之后的，所以相差一个 retaddr 指针单元，所以计算方法是：ChildSp- 0x8 + 0x8 就是堆块句柄。

0:120> dp 00000000`3103cb60-0x8+0x8 L1
00000000`3103cb60  00000000`2c873720

上面的 000000002c873720 就是堆块句柄，接下来用命令 !heap -x 000000002c873720 观察堆块情况。

0:120> !heap -x 000000002c873720
Entry             User              Heap              Segment               Size  PrevSize  Unused    Flags
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
000000002c873710  000000002c873720  0000000000c40000  000000002c8703c0        30      -            0  LFH;free

果不其然，这个堆块已经是 Free 状态了，再 Free 必然会报错，经典的 Double Free 哈。