Windbg调试关键区(CriticalSection)死锁

一. 准备工作

这里一个有关键区锁死问题的程序，运行之后依次点击“CS锁死”按钮、右上角退出按钮，程序就会卡死。（图1）

对于眼下的这个问题，界面完全失去响应，这说明负责消息处理的UI线程阻塞了。对于几乎所有的windows GUI程序，编号为0的初始线程就是UI线程，windows发现该界面一段时间没有消息响应之后就会在标题后面加上“（未响应）”。

二. 开始调试

启动Windbg，附加到执行进程（F6），这时如果在windbg输出的上面看到如下内容（图2），说明第一步的环境变量设置生效了。

~*knv3 查看各个线程的调用堆栈（图3），数字3表示显示的堆栈深度，省略即显示完整堆栈。

#0号线的栈帧0表示线程程阻塞在NtWaitForSingleObject函数，MSDN得知该函数原型为：

NTSTATUS WINAPI NtWaitForSingleObject(
 _In_ HANDLE         Handle,
  _In_ BOOLEAN        Alertable,
  _In_ PLARGE_INTEGER Timeout
);

第一个参数Handle为其等待的句柄，第三个参数TimeOut为超时时间。

同样从栈帧0得知NtWaitForSingleObject正在等待句柄000000c4，超时时间为0（即没信号就一直等待）。

!handle 000000c4 f 命令查看该句柄的信息（图4）：

现在我们知道c4句柄就是线程20d0的句柄，主线程在退出的时候等待该线程退出，而该线程一直没有退出，所以主线程卡死了。

根据图3得知20d0线程就是#1线程，~1kvn 查看该线程完整堆栈（图5）：

栈帧00 NtWaitForSingleObject 表示线程在等待000000c0句柄。

!handle 000000c0 f 得知c0句柄为事件句柄：

0:002> !handle c0 f
Handle c0
  Type         	Event
  Attributes   	0
  GrantedAccess	0x100003:
         Synch
         QueryState,ModifyState
  HandleCount  	2
  PointerCount 	4
  Name         	<none>
  Object Specific Information
    Event Type Auto Reset
    Event is Waiting

!locks 查看进程中哪些锁处于锁定状态（图6）：

从第一行结果可以得知是gcsName临界区（需要有pdb才会显示具体变量名）处于锁定状态。

其实，我们从栈帧02 RtlEnterCriticalSection 也可以很快的知道该线程一直在等待进入关键区。

经过分析，知道程序如法退出的原因了：线程#1中的关键区gcsName处于锁定状态（也就是一直等待进入关键区），导致线程#1阻塞无法执行。又因主线程在退出的时候执行了WaitForSingleObject等待#1线程，从而导致主线程卡死。

关键区机制主要是通过下面这样的RTL_CRITICAL_SECTION结构来实现的，可以通过dt 命令查看该结构定义：

0:002> dt RTL_CRITICAL_SECTION
Test1!RTL_CRITICAL_SECTION
   +0x000 DebugInfo        : Ptr32 _RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG
   +0x004 LockCount        : Int4B
   +0x008 RecursionCount   : Int4B
   +0x00c OwningThread     : Ptr32 Void
   +0x010 LockSemaphore    : Ptr32 Void
   +0x014 SpinCount        : Uint4B

其中，LockCount字段用来标识关键区的锁状态，RecursionCount字段用来记录递归次数，用来支持同一个线程多次进入关键区，OwningThread字段用来记录进入（拥有）关键区的线程ID，LockSemaphore用来记录这个关键区对应的事件对象，当有线程需要等待这个关键区时，便是通过等待这个事件来做到的，这个事件对象是按需创建的，如果LockSemaphore为NULL表示这个关键区从来没有线程在此等待过。

通过图6中的OwningThread=738得知，关键区被线程ID为738的线程所拥有，即Enter之后一直没有Leave。

知道了是哪个线程获取了关键区但没有释放，就可以很容易的在代码中定位问题了。

!locks 没有显示LockSemaphore字段，我们可以通过!cs -l 命令获取更为全面的关键区信息：

从上图可以看到LockSemaphore=0xC0，正好是#1线程NtWaitForSingleObject的事件对象。