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[原创]调试实战 | 通过转储文件分析程序无响应之使用 windbg + IDA 逆向篇
2020-12-20 13:57 3852

[原创]调试实战 | 通过转储文件分析程序无响应之使用 windbg + IDA 逆向篇

2020-12-20 13:57
3852

缘起

最近,接连在项目中遇到了两个界面无响应的问题。都只发生在客户特定机器上,不方便直接调试,只能抓取 dump 进行事后分析了。

抓取 dump

远程连上可以重现问题的机器,使用 process explorer 初步观察卡死的进程,发现 CPU 占用率很低,经过一段时间的观察,基本确定是一个死锁问题。 在卡死的进程上右键,保存完整转储,压缩,发回本地进行分析。

使用 windbg 进行分析

双击抓取的 dump 文件,因为之前已经执行过 windbg.exe -IA,所以默认会通过 windbg 打开 dump 文件。先使用 ~*kvn 粗略浏览一下每个线程的调用栈(因为比较长,这里就不截图了)。经过观察,很快锁定了两个值得进一步查看的线程:一个是主线程(界面线程),因为是界面无响应,肯定要关注界面线程。另外一个是 7 号工作线程。分别看一下这两个线程的调用栈。

 

主线程的调用栈如下图所示:

 

 

注意上图红色高亮部分,主线程通过 SleepConditionVariableCS() 进入等待。

 

看完主线程,再看 7 号工作线程的调用栈,如下图所示:

 

 

7 号线程对 SendMessage() 的调用非常值得怀疑。

 

猜测整个流程是这样的:主线程不知由于什么原因进入等待状态,而工作线程由于各种各样的原因也进入了等待状态。其中 7 号线程最明显,因为它正在发消息,而主线程此时是无论如何也不会响应这个消息的。

 

于是,典型的死锁再一次发生了。

 

 

加载 AssemblyDesign_Tools.dll 的符号后,查看对应的源码,消除对 SendMessage() 的调用,问题解决!so easy!

说明:工作线程中并没有直接调用 SendMessage(),而是调用了操作界面的相关 API,间接调用了 SendMessage() 给界面线程发消息。

 

死锁的问题解决了,但是为什么向主线程发个消息就死锁了呢?秉着打破砂锅问到底的原则,我又开始折腾了。下面的内容适合喜欢调试逆向的极客阅读。

深入调查

最开始的思路是:查看主线程在等待的条件变量,然后再调查哪个工作线程会唤醒这个条件变量。奈何 64 位下,前四个参数通过寄存器 RCX, RDX, r8, r9 进行传递,如果这些寄存器没有在栈上存储一份的话,很难查看具体的值。折腾一番后,确实没找到有用的信息,而且就算找到了,也很难找出是哪个线程会执行唤醒操作。

 

这个死锁问题不像关键段死锁解决起来那么直接。不能直接通过命令(!cs -l),或者查看调用栈就能直接理出头绪。看来只能硬着头皮逆向分析相关代码了。

 

0 号线程和 7 号线程最值得怀疑,其它线程基本可以排除。先看看主线程为什么会等待吧。

主线程逻辑

找到调用 BentleyG!Bentley::BeConditionVariable::WaitOnCondition() 的地方,也就是 5 号栈帧。

 

 

IDA 中打开 MobileDgn.dll,并找到这个函数,然后按下神奇的 F5

 

 

可以看到,主线程在陷入等待之前,向工作线程发送了一个任务,也就是 sub_7FEDAC749A0,传递的参数是 v5v5 偏移 88 的位置保存了 BeConditonVariable 类型的变量,也就是 WaitOnCondition() 所等待的变量。猜测:sub_7FEDAC749A0 内部会唤醒这个BeConditionVariable, 如果 sub_7FEDAC749A0 被顺利执行,那么主线程的等待自然就结束了。

 

先看看 sub_7FEDAC749A0 的反汇编代码,当然是直接看 F5 后的伪代码了。

 

 

可以很明显的看到 sub_7FEDAC749A0 内部调用了 Bentley::BeConditionVariable::Wake((CMFCRibbonInfo::XElementButtonUndo *)((char *)v1 + 88), 1);

 

从函数名就可以猜到是用来唤醒 BeConditionVariable 的。

 

如此看来,sub_7FEDAC749A0 很有可能还没有被执行,工作线程就挂起了。一起来看看 SendToWorkThread 是怎么把任务发送到工作线程的。

 

 

SendToWorkThread() 会先判断是否在工作线程运行,如果是则直接执行对应的函数,否则就根据参数生成一个 RpcMessage ,然后发送这个新生成的 RpcMessage 到工作线程的任务队列中。

 

再来看一下生成 RpcMessage 的函数,我把这个函数命名为 MakeMobileDgnRPCMessage()

 

 

一定要记住这里的关键信息,后面会根据这里的关键信息验证。 HandlePaint() 传过来的函数地址是 0x7FEDAC749A0,保存在了 rpcMsg 偏移 128 的位置。MobileDgnRPCGenericMessage 类的虚表地址是 000007FEDAD19658

 

继续追踪 SendAsynToWorkThread(),如下图:

 

 

继续追踪 HandleRpcMessage()(这个名字是我命名的,不是 IDA 识别的),传给它的第一个参数是一个全局变量(姑且命名为 g_taskQueueManager),第二个参数是要发送的 rpcMsg,第三个参数 v3 的值是 2,第四个参数是 1

 

这个函数比较长,我只逆了个大概,大体思路是先检查是否存在,不存在则插入。如果队列已经满了,需要等待工作线程从队列中取走一些任务才返回。

 

 

至此,基本理清了主线程相关的逻辑。大体是这样的:主线程在处理 HandlePaint() 的时候,先发送一个任务给工作线程,(通过 SendToWorkThread() 发送到工作线程的任务队列中),然后通过 BeConditionVariable::WaitOnCondition() 等待这个任务结束。

 

看完界面线程,再来再看 7 号工作线程的相关逻辑。

工作线程逻辑

7 号工作线程,只需要关心 9 号栈帧对应的函数。

 

 

注意,_RunThread+0x1a3c,这个偏移有点大。由于缺少符号,这里很有可能只是以 _RunThread 作为参照得到的一个偏移,实际对应的是另外一个函数的代码。使用 ub 向前查看反汇编,很快定位到正确的函数首地址。

 

 

从上图可知,9 号栈帧对应的函数起始地址是 000007fe dac5fee0。怎么在 IDA 中找到这个函数呢?如果知道这个函数相对于其所在模块的偏移,就可以算出在 IDA 中的地址了。该怎么获取这个地址对应的模块基址呢?在 windbg 中执行 lma address 就可以知道一个地址对应的模块信息了。

 

 

得到模块基址(0x000007fe dac10000)后,可以很简单的计算出偏移量为 0x4fee0。有了这些信息就可以在 IDA 中找到这个函数了。

小贴士:也可以在 IDA 中调整模块基址,使其与 windbg 保持一致。这样就不用根据偏移在 IDA 中手动计算地址了。

 

得到要查看的函数地址后(我在 IDA 中执行了 Rebase program,所以是 000007fe dac10000),在 IDA 中直接按快捷键 g,输入地址后即可跳转到输入的地址处。

注意:如果在 IDA 中以 16 进制输入地址,请加上 0x 前缀,而且不要带重音连接符。

 

再次按下神奇的 F5

 

 

至此,工作线程的逻辑也理清了。简单总结如下:工作线程是一个循环,不断从任务队列取任务执行,如果设置了唤醒标记位,那么需要在执行完任务函数后,唤醒等待的线程。

验证猜想

好了,花费了这么多精力终于理清了主线程和工作线程的交互逻辑。目的只有一个,就是为了更好的验证之前的猜想:工作线程还没有来得及执行主线程过来的任务就挂起了。

 

如果猜测是正确的,那么工作线程的任务队列中应该还保留着这个未执行的任务。接下来的任务就是来找到这个未执行的任务。

 

通过上面对主线程和工作线程的分析,工作线程的任务队列中应该有类型为 MobileDgnRPCGenericMessage 的对象,并且该对象偏移 128 的位置的值为 0x7FEDAC749A0。根据这两条关键信息在内存中搜寻一下符合条件的记录。

 

windbg 中输入命令 s -q 0 L?fffffffffffffff 000007FEDAD19658,根据虚表地址搜寻 MobileDgnRPCGenericMessage 类型的对象。找到了两条符合条件的记录。

 

再输入 s -q 0 L?fffffffffffffff 7FEDAC749A0 根据 sub_7FEDAC749A0 的地址搜寻包含这个地址的对象。找到四条符合条件的记录。

 

我们关心的是这两次搜寻结果相差 128 的记录(因为根据之前的分析,workProc 存储在偏移为 128 的位置)。经过肉眼观察及在 windbg 中计算(? 00000000300b4ea0 - 00000000300b4f20),得到了一个符合条件的对象的地址 00000000 300b4ea0。整个过程如下图:

 

 

找到了满足上面条件的对象地址,还需要确认这个对象是否在工作线程的任务队列中。工作线程的任务队列由全局变量 g_taskQueueManager 管理,该变量是一个指针,指针所在的地址是 000007FEDADAA380,指针的值是 00000000024d9fa0

 

根据之前的分析猜测,偏移为 8 的位置记录了任务队列的开始位置,偏移 16 的位置记录了任务队列的结束位置,偏移 24 的位置记录了任务队列缓冲区结尾的位置,这个任务队列很有可能是通过 vector 管理的。在 windbg 中查看 g_taskQueueManager 的内容。

 

 

查看任务队列起始位置保存的记录信息,输入 dq 0000000037e33ce0,然后与 s -q 0 L?fffffffffffffff 00000000300b4ea0 得到的搜索记录对比,发现有一条是吻合的。

 

 

看来,主线程发送给工作线程的任务确实还没有被执行,工作线程就挂起了。

总结

这个偶发的挂起 bug 终于算是解决了。整个过程多亏了强大的 IDA 的强力支持。使整个分析过程简单了 N 倍。最后,对整个分析过程中用到的技术点做一个简单的总结:

  • IDAF5 真香。
  • 可以在 IDA 中通过 Rebase program 调整模块基址。
  • IDA 中按 g 可以跳转到输入的地址。
  • IDA 中的地址需要有 0x 前缀,不要包含 windbg64 位地址的地址连接符。
  • 可以在 windbg 中通过 lm a address 得到一个地址对应的模块信息。
  • windbg 中可以通过 ub 进行反向反汇编。
  • windbg 中可以根据虚表地址搜寻对应类型的变量在内存中的位置。
  • 在工作线程调用界面相关的 API 时,是通过给界面线程发消息的方式实现的。

参考资料


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KevinsBobo 活跃值 8 2020-12-20 19:08
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调试过程中充满了细节,楼主很细心的记录下来实在难得,不错,精华鼓励!
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低调putchar 活跃值 1 2020-12-20 22:41
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不错!界面开发我还有点印象,很多年前做界面时,记得SendMessage要等待界面线程处理了消息才会返回,而PostMessage把消息寄送过去不等待。
根据你发上来的截图,这里把AssemblyDesign_Tools.dll的GetCVUploadInfoFromPCUnit函数中把SendMessage改为PostMessage是否可行?
不错!楼主的调试经验很丰富!赞一个!
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鸭子咯咯哒 活跃值 2020-12-21 12:07
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编程难 活跃值 2 2020-12-22 20:59
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KevinsBobo 调试过程中充满了细节,楼主很细心的记录下来实在难得,不错,精华鼓励!
太感谢版主了
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低调putchar 不错!界面开发我还有点印象,很多年前做界面时,记得SendMessage要等待界面线程处理了消息才会返回,而PostMessage把消息寄送过去不等待。 根据你发上来的截图,这里把AssemblyD ...
实际代码里并没有对 SendMessage() 的调用,而是界面相关的一个接口,内部调用了SendMessage(),如果可以改的话是没问题的。
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鸭子咯咯哒 求ida下载地址lanzouyun
前两天林版刚发了IDA 7.5的链接啊。请参考这个帖子 https://bbs.pediy.com/thread-264323.htm
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