如何获取 C#程序内核态线程栈

一：背景

1. 讲故事

在这么多的案例分析中，往往会发现一些案例是卡死在线程的内核态栈上，但拿过来的dump都是用户态模式下，所以无法看到内核态栈，这就比较麻烦，需要让朋友通过其他方式生成一个蓝屏的dump，这里我们简单汇总下。

二：如何生成内核态dump

1. 案例代码

为了方便演示，来一段简单的测试代码，目的就是观察 Console.ReadLine 方法的内核态栈。


    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("hello world!");

            Console.ReadLine();
        }
    }

通过 任务管理器 或者 Process Explorer 默认抓取的dump都是 ntdll 之上的空间，可以用 k 来看一下。


0:000> k 3
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 000000d6`7c9fe328 00007ffe`61405593     ntdll!NtReadFile+0x14
01 000000d6`7c9fe330 00007ffd`50724782     KERNELBASE!ReadFile+0x73
02 000000d6`7c9fe3b0 00007ffe`215bc742     0x00007ffd`50724782

问题来了，如果我要看下 ntdll!NtReadFile 函数对应在内核态中的 nt!NtReadFile 方法怎么办呢？只能抓内核态dump，抓内核态dump的方式有很多，这里聊一下其中的两种方式。

2. 使用 notmyfault 抓取

说到 蓝屏 我相信有很多朋友都知道，简而言之就是内核态代码出bug导致系统崩溃，也有朋友知道通过增加一些配置可以在蓝屏的时候自动生成 dump 文件，这种 dump 文件就属于内核态，配置如下：

但这里有一个问题，操作系统不可能无缘无故的蓝屏，那怎么办呢？微软想了一个办法，人为的造蓝屏，所以提供了一个叫 notmyfault.exe 的工具， MSDN网址：https://learn.microsoft.com/en-us/sysinternals/downloads/notmyfault

有了这些前置基础，接下来就可以操练一下，双击 notmyfault.exe 工具，崩溃原因选择默认的 High IRQL fault，最后点击 Crash 按钮，稍等片刻电脑就会蓝屏。截图如下：

我这里用的是一台物理的 迷你主机 测试，再次远程连接后，在 C:\Windows 下会生成一个 MEMORY.dmp 文件，截图如下：

拿到 dump 之后就可以用 windbg 中的 !process 之类的命令分析了，非常爽。


1: kd>  !process 0 2 ConsoleApp1.exe
PROCESS ffffdb05c1641080
    SessionId: 1  Cid: 1bc8    Peb: fd877dd000  ParentCid: 15ec
    DirBase: 1b9ef3000  ObjectTable: ffffa105fc3d5280  HandleCount: 161.
    Image: ConsoleApp1.exe

        THREAD ffffdb05bf3c7080  Cid 1bc8.0924  Teb: 000000fd877de000 Win32Thread: ffffdb05c00d0ad0 WAIT: (Executive) KernelMode Alertable
            ffffdb05c1902ef8  NotificationEvent

        THREAD ffffdb05c0fc6080  Cid 1bc8.07c8  Teb: 000000fd877e4000 Win32Thread: 0000000000000000 WAIT: (UserRequest) UserMode Non-Alertable
            ffffdb05be642ae0  NotificationEvent

        THREAD ffffdb05be694080  Cid 1bc8.17dc  Teb: 000000fd877e6000 Win32Thread: 0000000000000000 WAIT: (UserRequest) UserMode Non-Alertable
            ffffdb05be645860  SynchronizationEvent
            ffffdb05be646e60  SynchronizationEvent
            ffffdb05be645d60  SynchronizationEvent

        THREAD ffffdb05be7e2080  Cid 1bc8.1020  Teb: 000000fd877e8000 Win32Thread: 0000000000000000 WAIT: (UserRequest) UserMode Non-Alertable
            ffffdb05b68b53a0  NotificationEvent
            ffffdb05be651de0  SynchronizationEvent

1: kd> .thread ffffdb05bf3c7080
Implicit thread is now ffffdb05`bf3c7080

1: kd> k
  *** Stack trace for last set context - .thread/.cxr resets it
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 fffff50f`606ed570 fffff800`52c1c9c0     nt!KiSwapContext+0x76
01 fffff50f`606ed6b0 fffff800`52c1beef     nt!KiSwapThread+0x500
02 fffff50f`606ed760 fffff800`52c1b793     nt!KiCommitThreadWait+0x14f
03 fffff50f`606ed800 fffff800`52df04c4     nt!KeWaitForSingleObject+0x233
04 fffff50f`606ed8f0 fffff800`53010cdb     nt!IopWaitForSynchronousIoEvent+0x50
05 fffff50f`606ed930 fffff800`52fcc9e8     nt!IopSynchronousServiceTail+0x50b
06 fffff50f`606ed9d0 fffff800`52ff9ae8     nt!IopReadFile+0x7cc
07 fffff50f`606edac0 fffff800`52e0f3f5     nt!NtReadFile+0x8a8
08 fffff50f`606edbd0 00007ffa`2fb4d124     nt!KiSystemServiceCopyEnd+0x25
09 000000fd`8797e108 00000000`00000000     0x00007ffa`2fb4d124

从卦中看，主线程的内核态栈中的 nt!NtReadFile 函数果然给找到了。

2. 使用 procdump

如果仅仅是看线程的内核态栈，我发现有一个非常简单的方式，就是在 procudump 中多加一个 mk 参数即可，截图如下：

接下来使用 Terminal 执行 procdump，输出如下：


PS C:\Users\Administrator\Desktop> procdump -ma -mk ConsoleApp -o D:\testdump

ProcDump v11.0 - Sysinternals process dump utility
Copyright (C) 2009-2022 Mark Russinovich and Andrew Richards
Sysinternals - www.sysinternals.com

[16:24:49] Dump 1 initiated: D:\testdump\ConsoleApp1.exe_230605_162449.dmp
[16:24:50] Dump 1 writing: Estimated dump file size is 57 MB.
[16:24:50] Dump 1 complete: 57 MB written in 0.1 seconds
[16:24:50] Dump 1 kernel: D:\testdump\ConsoleApp1.exe_230605_162449.Kernel.dmp
[16:24:50] Dump count reached.

从卦中看，当前生成了两个 dmp 文件，一个是用户态dump，一个是内核态dump，也能看到后者还不到 1M，和刚才用 notmyfault 生成的 500M dump 所存储的信息量相差甚远，但对我目前的场景来说已经够用了。

接下来打开 ConsoleApp1.exe_230605_162449.Kernel.dmp 文件，使用 !process 找到 ConsoleApp1.exe 的进程。


..................................................
For analysis of this file, run !analyze -v
nt!DbgkpLkmdSnapThreadInContext+0x95:
fffff804`5e688b51 488364242800    and     qword ptr [rsp+28h],0 ss:0018:ffffe10d`62386fd8=ffffe10d5b8fa810
0: kd> !process 0 2 ConsoleApp1.exe
Unable to read _LIST_ENTRY @ fffff8045ea1e080 
0: kd> .reload /user
Loading User Symbols
0: kd> !process 0 2 ConsoleApp1.exe
Unable to read _LIST_ENTRY @ fffff8045ea1e080

从卦中看居然报错了，那怎么办呢？办法肯定是有办法的，可以到用户态dump中寻找进程ID即可。


0:000> ~
.  0  Id: 3adc.5920 Suspend: 0 Teb: 000000d6`7cb98000 Unfrozen
   1  Id: 3adc.2240 Suspend: 0 Teb: 000000d6`7cba0000 Unfrozen
   2  Id: 3adc.514 Suspend: 0 Teb: 000000d6`7cba2000 Unfrozen
   3  Id: 3adc.3c68 Suspend: 0 Teb: 000000d6`7cba4000 Unfrozen ".NET Finalizer"

拿到 3adc 进程号后再找下面的主线程，观察它的线程栈信息，输出如下：


0: kd> .process 3adc
Implicit process is now 00000000`00003adc
0: kd> !process
PROCESS ffffcf8d5d5b0080
    SessionId: none  Cid: 3adc    Peb: d67cb97000  ParentCid: 4c80
    DirBase: 367d95000  ObjectTable: ffff8e81710bbb40  HandleCount: <Data Not Accessible>
    Image: ConsoleApp1.ex
    VadRoot ffffcf8d5b20fcb0 Vads 90 Clone 0 Private 1529. Modified 941. Locked 2.
    DeviceMap ffff8e8172645110
    Token                             ffff8e815e216060
    ReadMemory error: Cannot get nt!KeMaximumIncrement value.
fffff78000000000: Unable to get shared data
    ElapsedTime                       00:00:00.000
    UserTime                          00:00:00.000
    KernelTime                        00:00:00.000
    QuotaPoolUsage[PagedPool]         153768
    QuotaPoolUsage[NonPagedPool]      12648
    Working Set Sizes (now,min,max)  (14126, 50, 345) (56504KB, 200KB, 1380KB)
    PeakWorkingSetSize                14033
    VirtualSize                       2101882 Mb
    PeakVirtualSize                   2101888 Mb
    PageFaultCount                    15757
    MemoryPriority                    BACKGROUND
    BasePriority                      8
    CommitCharge                      1628
    Job                               ffffcf8d53a102c0

        THREAD ffffcf8d5ae14080  Cid 3adc.5920  Teb: 000000d67cb98000 Win32Thread: ffffcf8d54c3a3b0 RUNNING on processor 0
        THREAD ffffcf8d4f63e080  Cid 3adc.2240  Teb: 000000d67cba0000 Win32Thread: 0000000000000000 INVALID
        THREAD ffffcf8d69a32080  Cid 3adc.0514  Teb: 000000d67cba2000 Win32Thread: 0000000000000000 INVALID
        THREAD ffffcf8d55003580  Cid 3adc.3c68  Teb: 000000d67cba4000 Win32Thread: 0000000000000000 INVALID

0: kd> .thread ffffcf8d5ae14080
Implicit thread is now ffffcf8d`5ae14080

0: kd> k
  *** Stack trace for last set context - .thread/.cxr resets it
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 ffffe10d`62386fb0 fffff804`5e688a7b     nt!DbgkpLkmdSnapThreadInContext+0x95
01 ffffe10d`623874f0 fffff804`5e01dcd0     nt!DbgkpLkmdSnapThreadApc+0x3b
02 ffffe10d`62387520 fffff804`5e01bb67     nt!KiDeliverApc+0x1b0
03 ffffe10d`623875d0 fffff804`5e01ad6f     nt!KiSwapThread+0x827
04 ffffe10d`62387680 fffff804`5e01a613     nt!KiCommitThreadWait+0x14f
05 ffffe10d`62387720 fffff804`5e439c68     nt!KeWaitForSingleObject+0x233
06 ffffe10d`62387810 fffff804`5e411fe9     nt!IopSynchronousServiceTail+0x238
07 ffffe10d`623878b0 fffff804`5e20d9f5     nt!NtReadFile+0x599
08 ffffe10d`62387990 00007ffe`6390d184     nt!KiSystemServiceCopyEnd+0x25
09 000000d6`7c9fe328 00000000`00000000     0x00007ffe`6390d184

怎么样，上面的 nt!NtReadFile+0x599 函数就是。