从 WinDbg 角度理解 .NET7 的AOT玩法

一：背景

1.讲故事

前几天 B 站上有位朋友让我从高级调试的角度来解读下 .NET7 新出来的 AOT，毕竟这东西是新的，所以这一篇我就简单摸索一下。

二：AOT 的几个问题

1. 如何在 .NET7 中开启 AOT 功能

在 .NET7 中开启 AOT 非常方便，先来段测试代码。


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

然后在项目配置上新增 <PublishAot>true</PublishAot> 节点，如下输出：


<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">
	<PropertyGroup>
		<OutputType>Exe</OutputType>
		<TargetFramework>net7.0</TargetFramework>
		<ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings>
		<Nullable>enable</Nullable>
		<PublishAot>true</PublishAot>
	</PropertyGroup>
</Project>

接下来在项目中右键选择 发布，选择一个输出地，这样一个 AOT 程序就完成了。

2. SOS 可以调试 AOT 程序吗

这是很多朋友关心的话题，我们都知道 SOS 是用来撬开 CoreCLR 的，只要能看到 CoreCLR.dll，那 SOS 就能用，接下来用 WinDbg 附加到 ConsoleApp2.exe 上，使用 lm 观察。


0:000> lm
start             end                 module name
00007ff6`11680000 00007ff6`1196f000   ConsoleApp2 C (private pdb symbols)  C:\test\ConsoleApp2.pdb
00007ffe`692b0000 00007ffe`692c3000   kernel_appcore   (deferred)             
00007ffe`6b3e0000 00007ffe`6b47d000   msvcp_win   (deferred)             
00007ffe`6b480000 00007ffe`6b4ff000   bcryptPrimitives   (deferred)             
00007ffe`6b660000 00007ffe`6b687000   bcrypt     (deferred)             
00007ffe`6b690000 00007ffe`6b6b2000   win32u     (deferred)             
00007ffe`6b720000 00007ffe`6b82a000   gdi32full   (deferred)             
00007ffe`6b830000 00007ffe`6b930000   ucrtbase   (deferred)             
00007ffe`6b9e0000 00007ffe`6bca7000   KERNELBASE   (deferred)             
00007ffe`6bcb0000 00007ffe`6bd5a000   ADVAPI32   (deferred)             
00007ffe`6be50000 00007ffe`6be7a000   GDI32      (deferred)             
00007ffe`6be80000 00007ffe`6bf1b000   sechost    (deferred)             
00007ffe`6c180000 00007ffe`6c2a3000   RPCRT4     (deferred)             
00007ffe`6c440000 00007ffe`6c470000   IMM32      (deferred)             
00007ffe`6c600000 00007ffe`6c729000   ole32      (deferred)             
00007ffe`6c730000 00007ffe`6c7ce000   msvcrt     (deferred)             
00007ffe`6cc50000 00007ffe`6cfa4000   combase    (deferred)             
00007ffe`6d160000 00007ffe`6d300000   USER32     (deferred)             
00007ffe`6d410000 00007ffe`6d4cd000   KERNEL32   (deferred)             
00007ffe`6dc50000 00007ffe`6de44000   ntdll      (pdb symbols)          c:\mysymbols\ntdll.pdb\63E12347526A46144B98F8CF61CDED791\ntdll.pdb

从上面的输出中惊讶的发现，居然没有 clrjit.dll 和 coreclr.dll，前者没有很好理解，后者没有就很奇怪了。。。

既然没看到 coreclr.dll 这个动态链接库，那至少目前用 sos 肯定是无法调试的，即使你强制加载也会报错。


0:000> .load  C:\Users\Administrator\.dotnet\sos64\sos.dll
0:000> !t
Failed to find runtime module (coreclr.dll or clr.dll or libcoreclr.so), 0x80004002
Extension commands need it in order to have something to do.
For more information see https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=2135652

到这里我的个人结论是：目前SOS无法对这类程序进行调试，如果大家用在生产上出现各种内存暴涨，CPU爆高问题，就要当心了。

3. AOT 真的没有 CoreCLR 吗

其实仔细想一想，这是不可能的，C# 的出发点就是作为一门托管语言而存在，再怎么发展也不会忘记这个初衷，所谓不忘初心，方得始终。

我们回过头看下 ConsoleApp.exe 这个程序，有没有发现，它居然有 3M 大小。

聪明的朋友应该猜到了，对，就是把 CoreCLR 打包到 exe 中了，这个太牛了，那怎么验证呢？可以用 IDA 打开一下。

从图中可以清晰的看到各种 gc_heap 相关的函数，这也验证了为什么一个简简单单的 ConsoleApp.exe 有这么大Size的原因。

4. 真的无法调试 AOT 程序吗

在 Windows 平台上就没有 WinDbg 不能调试的程序，所以 AOT 程序自然不在话下，毕竟按托管不行，大不了按非托管调试，这里我们举一个 GC.Collect() 的源码调试吧。

一段简单的测试代码。


    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Debugger.Break();

            GC.Collect();
        }
    }

下断点

熟悉 GC 的朋友应该知道我只需用 bp coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollect 下一个断点就可以了，但刚才我也说了，内存中并没有 coreclr 模块，下面的 x 写法肯定会报错。


0:000> x coreclr!WKS::GCHeap::GarbageCollect
                ^ Couldn't resolve 'x coreclr'

那怎么下呢？先输个 k 观察下调用栈有没有什么新发现。


0:000> k
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 00000011`5e52f628 00007ff6`7f288c5a     ConsoleApp2!RhDebugBreak+0x2 [D:\a\_work\1\s\src\coreclr\nativeaot\Runtime\MiscHelpers.cpp @ 45] 
01 00000011`5e52f630 00007ff6`7f2f0e28     ConsoleApp2!S_P_CoreLib_System_Diagnostics_Debugger__Break+0x3a [/_/src/coreclr/nativeaot/System.Private.CoreLib/src/System/Diagnostics/Debugger.cs @ 17] 
02 00000011`5e52f6c0 00007ff6`7f1fe37e     ConsoleApp2!ConsoleApp2__Module___StartupCodeMain+0x118
03 00000011`5e52f720 00007ff6`7f1f9540     ConsoleApp2!wmain+0xae [D:\a\_work\1\s\src\coreclr\nativeaot\Bootstrap\main.cpp @ 205] 
04 (Inline Function) --------`--------     ConsoleApp2!invoke_main+0x22 [D:\a\_work\1\s\src\vctools\crt\vcstartup\src\startup\exe_common.inl @ 90] 
05 00000011`5e52f770 00007ffe`6d426fd4     ConsoleApp2!__scrt_common_main_seh+0x10c [D:\a\_work\1\s\src\vctools\crt\vcstartup\src\startup\exe_common.inl @ 288] 
06 00000011`5e52f7b0 00007ffe`6dc9cec1     KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14
07 00000011`5e52f7e0 00000000`00000000     ntdll!RtlUserThreadStart+0x21

我去,int 3 函数也换了，成了 ConsoleApp2!RhDebugBreak+0x2，不过也能看出来，应该将 coreclr 改成 ConsoleApp2 即可，输出如下：


0:000> bp ConsoleApp2!WKS::GCHeap::GarbageCollect
breakpoint 0 redefined
0:000> g
Breakpoint 0 hit
ConsoleApp2!WKS::GCHeap::GarbageCollect:
00007ff6`7f1a9410 48894c2408      mov     qword ptr [rsp+8],rcx ss:00000011`5e52f5f0=0000000000000000

源码也看的清清楚楚，路径也是在 gc 目录下。如下图所示：