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Windows异常分发

2021-03-16 Windows程序

当有异常发生时,CPU会通过IDT表找到异常处理函数,即内核中的KiTrapXX系列函数,然后转去执行。但是,KiTrapXX函数通常只是对异常做简单的表征和描述,为了支持调试和软件自己定义的异常处理函数,系统需要将异常分发给调试器或应用程序的处理函数。

为了更好的管理异常,Windows系统定义了专门的数据结构EXCEPTION_RECORD来描述异常。

typedef struct _EXCEPTION_RECORD { DWORD                    ExceptionCode; DWORD                    ExceptionFlags; struct _EXCEPTION_RECORD  *ExceptionRecord; PVOID                    ExceptionAddress; DWORD                    NumberParameters; ULONG_PTR                ExceptionInformation[EXCEPTION_MAXIMUM_PARAMETERS]; } EXCEPTION_RECORD, *PEXCEPTION_RECORD;

ExceptionCode:异常代码,32位整数。

ExceptionFlags:用来记录异常标志,它的每一位代表一种标志。

ExceptionRecord:用来指向与该异常有关的另一个异常记录。

ExceptionAddress;用来记录异常地址,错误类异常与陷阱类异常会有区别。

NumberParameters:附加参数个数,即ExceptionInformation数组的有效个数。

登记CPU异常

对于CPU异常,KiTrapXX例程在完成针对本异常的特别动作后,通常会调用CommonDispatchException函数,它会在栈中分配一个EXCEPTION_RECORD结构,并把异常信息存储到该结构中。在准备好这个结构后,它会调用内核中的KiDispatchExcption函数来分发异常。

登录软件异常 

简单来捉,软件异常是通过直接或间接调用内核服务KiRaiseException而产生的。函数内部会把Context上下背景文复制到当前线程的内核栈,接下来调用KiDispatchExcption函数来进行分发。 

综上所述,不管什么异常最后都会调用内核中的KiDispatchExcption函数进行分发,也就是说Windows用统一的方式来管理异常。

VOID KiDispatchException (     IN PEXCEPTION_RECORD ExceptionRecord,     IN PKEXCEPTION_FRAME ExceptionFrame,     IN PKTRAP_FRAME TrapFrame,     IN KPROCESSOR_MODE PreviousMode,     IN BOOLEAN FirstChance     )

ExceptionRecord:用来描述要分发的异常。

ExceptionFrame:指向的KTRAP_FRAME结构,用来描述异常发生时的处理器状态,包括各种通用寄存器、调试寄存器、段寄存器等。

PreviousMode:枚举,用来表示前一种状态是内核模式还是用户模式。

FirstChance:表示第几轮分发。

下面先来看看KiDispatchException 分发示意图

从图中我们可以看到,KiDispatchException会先调用KeContextFromKframes函数,目的是根据TrapFrame参数指向的KTRAP_FRAME结构产生一个CONTEXT结构,,以供向调试器和异常处理器函数报告异常时使用。

接下来会根据模式是内核模式还是用户模式进行分发。下面具体说明。

内核态异常的分发过程

对于第一轮异常KiDispatchException会试图先通知内核调试器来处理异常,如果没有处理异常,那么会调用RtlDispatchExcption,试图寻找已经注册的结构化异常处理器(SEH)。

如果也没有找到,那么就会给内核调试器第二次处理的机会。仍然返回FLASE的话,就会调用KeBugCheckEx触发蓝屏。

用户态异常的分发过程

首先,KiDispatchException会判断是否发送给内核调试器,但内核调试器通常不处理用户态异常,所以KiDispatchException会试图发送给用户态调试器,方法是调用DbgkForwardException。如果不成功,KiDispatchException下一步动作是试图寻找异常处理块来处理该异常,因为用户异常发生在用户态代码中,异常处理块也是在用户态代码中。所以需要转到用户态去执行。(这也就是相对于内核态异常的分发过程,用户态异常的分发过程会麻烦一点的原因,具体方式不再累赘,参考《软件调试》)如果最终也返回FALSE,那么就会分发第二轮。

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