记一次 Windows10 内存压缩模块崩溃分析

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小编点评

**内核态相比用户态难度大的多** 内核态是 Windows10 内核的最高用户态，用户态是用户访问的内核空间。内核态拥有更高的权限和资源，用户态拥有更低权限的资源。 **内核态的最高用户态** 内核态是 Windows10 内核的最高用户态，用户态拥有最高权限和资源。内核态拥有以下最高权限资源： * 全内存访问权 * 全内存读写权 * 全内存写入权 * 全内存调用权 * 全内存读写权限 * 全内存写入权限 **内核态的最低用户态** 内核态是 Windows10 内核的最低用户态，用户态拥有最低权限和资源。内核态拥有以下最低权限资源： * 全内存访问权 * 全内存读写权 * 全内存写入权 * 全内存调用权 * 全内存读写权限 * 全内存写入权限 **内核态的复杂性** 内核态的复杂性是由于它拥有更高的权限和资源。内核态拥有以下复杂性： * 内核态拥有更高的权限和资源，用户态拥有更低权限的资源。 * 内核态拥有更高的权限和资源，用户态拥有更低权限的资源。 * 内核态拥有更高权限的资源，用户态拥有更低权限的资源。 **内核态的解决方法** 内核态的解决方法是基于以下原则： * 降低用户的权限 * 限制用户的资源 * 降低用户的访问 * 减少用户的处理

正文

一：背景

1. 讲故事

在给各位朋友免费分析 .NET程序各种故障的同时，往往也会收到各种其他类型的dump，比如：Windows 崩溃，C++ 崩溃，Mono 崩溃，真的是啥都有，由于基础知识的相对缺乏，分析起来并不是那么的顺利，今天就聊一个 Windows 崩溃的内核dump 吧，这个 dump 是前几天有位朋友给到我的，让我帮忙看一下，有了dump之后上 windbg 分析。

二：WinDbg 分析

1. 从哪里入手

只要是 Windows 平台上的崩溃，操作系统都会维护一个 EXCEPTION_POINTERS 结构体，这个结构体的解读对分析问题非常重要，使用 !analyze -v 命令简要输出如下：


2: kd> !analyze -v
*******************************************************************************
*                                                                             *
*                        Bugcheck Analysis                                    *
*                                                                             *
*******************************************************************************

UNEXPECTED_STORE_EXCEPTION (154)
The store component caught an unexpected exception.
Arguments:
Arg1: ffffb402b9851000, Pointer to the store context or data manager
Arg2: ffffe607bc53df30, Exception information
Arg3: 0000000000000002, Reserved
Arg4: 0000000000000000, Reserved
...
EXCEPTION_RECORD:  ffffe607bc53eeb8 -- (.exr 0xffffe607bc53eeb8)
ExceptionAddress: fffff80025b04bd0 (nt!RtlDecompressBufferXpressLz+0x0000000000000050)
   ExceptionCode: c0000006 (In-page I/O error)
  ExceptionFlags: 00000000
NumberParameters: 3
   Parameter[0]: 0000000000000000
   Parameter[1]: 0000023f30ee99f0
   Parameter[2]: 00000000c0000185
Inpage operation failed at 0000023f30ee99f0, due to I/O error 00000000c0000185

EXCEPTION_PARAMETER1:  0000000000000000

EXCEPTION_PARAMETER2:  0000023f30ee99f0

CONTEXT:  ffffe607bc53e6f0 -- (.cxr 0xffffe607bc53e6f0)
rax=fffff80025b04b80 rbx=ffff9d808d7fa000 rcx=ffff9d808d7fa000
rdx=ffff9d808d7fa000 rsi=0000000000000002 rdi=0000023f30ee99f0
rip=fffff80025b04bd0 rsp=ffffe607bc53f0f8 rbp=0000023f30eea2fe
 r8=0000023f30ee99f0  r9=0000000000000964 r10=ffff9d808d7faea0
r11=0000023f30eea354 r12=ffffe607bc53f368 r13=ffffb402d84d8000
r14=ffff9d808d7fb000 r15=0000000000000000
iopl=0         nv up ei pl zr na po nc
cs=0010  ss=0000  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00050246
nt!RtlDecompressBufferXpressLz+0x50:
fffff800`25b04bd0 418b08          mov     ecx,dword ptr [r8] ds:002b:0000023f`30ee99f0=????????
Resetting default scope
...

从卦中信息看，是由于将地址 0000023f30ee99f0 所映射的物理内存页换入到内存中，抛了一个IO错误，从汇编指令 ecx,dword ptr [r8] ds:002b:0000023f30ee99f0=???????? 上也能看的出来。

如果大家不信，可以用 !vtop 和 !pte 观察下它们对应的物理地址和物理页号，都是找不到的。


2: kd> !vtop 0 000000006d34aca0
Amd64VtoP: Virt 000000006d34aca0, pagedir 00000003d81fb002
Amd64VtoP: PML4E 00000003d81fb002
Amd64VtoP: PML4E read error 0x8000FFFF
Virtual address 6d34aca0 translation fails, error 0x8000FFFF.

2: kd> !pte 000000006d34aca0
                                           VA 000000006d34aca0
PXE at FFFF86432190C000    PPE at FFFF864321800008    PDE at FFFF864300001B48    PTE at FFFF860000369A50
contains 0000000000000000
contains 0000000000000000
not valid

2. 洞察异常前的线程栈

有了这个初步信息之后，接下来就来观察异常时的寄存器上下文和线程栈信息，输出如下：


2: kd> .cxr 0xffffe607bc53e6f0 ; k
rax=fffff80025b04b80 rbx=ffff9d808d7fa000 rcx=ffff9d808d7fa000
rdx=ffff9d808d7fa000 rsi=0000000000000002 rdi=0000023f30ee99f0
rip=fffff80025b04bd0 rsp=ffffe607bc53f0f8 rbp=0000023f30eea2fe
 r8=0000023f30ee99f0  r9=0000000000000964 r10=ffff9d808d7faea0
r11=0000023f30eea354 r12=ffffe607bc53f368 r13=ffffb402d84d8000
r14=ffff9d808d7fb000 r15=0000000000000000
iopl=0         nv up ei pl zr na po nc
cs=0010  ss=0000  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00050246
nt!RtlDecompressBufferXpressLz+0x50:
fffff800`25b04bd0 418b08          mov     ecx,dword ptr [r8] ds:002b:0000023f`30ee99f0=????????
  *** Stack trace for last set context - .thread/.cxr resets it
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 ffffe607`bc53f0f8 fffff800`25a5bc10     nt!RtlDecompressBufferXpressLz+0x50
01 ffffe607`bc53f110 fffff800`25a5bb14     nt!RtlDecompressBufferEx+0x60
02 ffffe607`bc53f160 fffff800`25a5b9a1     nt!ST_STORE<SM_TRAITS>::StDmSinglePageCopy+0x150
03 ffffe607`bc53f220 fffff800`25b56ff0     nt!ST_STORE<SM_TRAITS>::StDmSinglePageTransfer+0xa5
04 ffffe607`bc53f270 fffff800`25b57904     nt!ST_STORE<SM_TRAITS>::StDmpSinglePageRetrieve+0x180
05 ffffe607`bc53f310 fffff800`25b57aed     nt!ST_STORE<SM_TRAITS>::StDmPageRetrieve+0xc8
06 ffffe607`bc53f3c0 fffff800`25a5c071     nt!SMKM_STORE<SM_TRAITS>::SmStDirectReadIssue+0x85
07 ffffe607`bc53f440 fffff800`25aad478     nt!SMKM_STORE<SM_TRAITS>::SmStDirectReadCallout+0x21
08 ffffe607`bc53f470 fffff800`25a5cb57     nt!KeExpandKernelStackAndCalloutInternal+0x78
09 ffffe607`bc53f4e0 fffff800`25a5713c     nt!SMKM_STORE<SM_TRAITS>::SmStDirectRead+0xc7
0a ffffe607`bc53f5b0 fffff800`25a56b70     nt!SMKM_STORE<SM_TRAITS>::SmStWorkItemQueue+0x1ac
0b ffffe607`bc53f600 fffff800`25b58727     nt!SMKM_STORE_MGR<SM_TRAITS>::SmIoCtxQueueWork+0xc0
0c ffffe607`bc53f690 fffff800`25b2b94b     nt!SMKM_STORE_MGR<SM_TRAITS>::SmPageRead+0x167
0d ffffe607`bc53f700 fffff800`25ad1020     nt!SmPageRead+0x33
0e ffffe607`bc53f750 fffff800`25ad023d     nt!MiIssueHardFaultIo+0x10c
0f ffffe607`bc53f7a0 fffff800`25a6e818     nt!MiIssueHardFault+0x29d
10 ffffe607`bc53f860 fffff800`25c0b6d8     nt!MmAccessFault+0x468
11 ffffe607`bc53fa00 00007ff8`c3089fa2     nt!KiPageFault+0x358
12 00000067`4ca7f270 00000000`00000000     0x00007ff8`c3089fa2

从卦中的调用栈信息看，代码的源头是 用户态 (0x00007ff8c3089fa2) 过来的，应该是访问用户态地址 0000023f30ee99f0 上的内容，由于对应的物理页不在内存中，触发了 nt!KiPageFault 中断，也就是 idt 表中的 0xe 号标记的缺页中断, 输出如下：


lkd> !idt

Dumping IDT: fffff8050ce87000

00:	fffff80506206400 nt!KiDivideErrorFault
...
0e:	fffff80506209980 nt!KiPageFault

在缺页中断中触发了 IO 操作 MiIssueHardFaultIo 要从pagefiles 中捞页面，接下来就是页读取逻辑 SmPageRead，最后在 RtlDecompressBufferXpressLz 中引发了蓝屏。

如果心比较细的话，你会发现有一个关键词 Decompress ，对，就是解压缩，为什么换入的page还要解压缩呢？这就是我们的突破点。

3. 为什么会解压缩

要找到这个问题的答案，需要观察下这个异常线程的详细信息，可以用 .thread 切到异常的线程上下文，再用 !thread 观察。


2: kd> .thread
Implicit thread is now ffffb402`be04a080

2: kd> !thread ffffb402`be04a080
THREAD ffffb402be04a080  Cid 0594.2228  Teb: 000000674c5b8000 Win32Thread: 0000000000000000 RUNNING on processor 2
Not impersonating
GetUlongFromAddress: unable to read from fffff8002641152c
Owning Process            ffffb402b8d58080       Image:         <Invalid process>
Attached Process          ffffb402b984a040       Image:         MemCompression
fffff78000000000: Unable to get shared data
Wait Start TickCount      649763       
Context Switch Count      9              IdealProcessor: 0             
ReadMemory error: Cannot get nt!KeMaximumIncrement value.
UserTime                  00:00:00.000
KernelTime                00:00:00.000
Win32 Start Address 0x00007ff8c808afb0
Stack Init ffffe607bc53fb90 Current ffffe607bc53e800
Base ffffe607bc540000 Limit ffffe607bc539000 Call 0000000000000000
Priority 8 BasePriority 7 PriorityDecrement 0 IoPriority 2 PagePriority 2
Child-SP          RetAddr               : Args to Child                                                           : Call Site
ffffe607`bc53de78 fffff800`25d9856e     : 00000000`00000154 ffffb402`b9851000 ffffe607`bc53df30 00000000`00000002 : nt!KeBugCheckEx
ffffe607`bc53de80 fffff800`25c189db     : ffffb402`b9851000 ffffe607`bc53df30 ffffe607`00000002 ffffe607`bc53dfe0 : nt!SMKM_STORE<SM_TRAITS>::SmStUnhandledExceptionFilter+0x7e
ffffe607`bc53ded0 fffff800`25bcfb1f     : fffff800`00000002 fffff800`258d905c ffffe607`bc539000 ffffe607`bc540000 : nt!`SMKM_STORE<SM_TRAITS>::SmStDirectReadIssue'::`1'::filt$0+0x22
ffffe607`bc53df00 fffff800`25c062ff     : fffff800`258d905c ffffe607`bc53e4e0 fffff800`25bcfa80 00000000`00000000 : nt!_C_specific_handler+0x9f
...

从卦中信息看，异常线程还有一个附加的进程 ffffb402b984a040，来自于 MemCompression 模块，从名字上看所谓的 压缩解压缩 逻辑应该和它有关系，接下来到网上去搜一下，有一篇文章说的非常好： https://www.howtogeek.com/319933/what-is-memory-compression-in-windows-10/

大意：这是 Windows10 新增的一个功能，用内存压缩技术让RAM中可以存储更多的内存页，相比传统的交换到 PageFiles.sys 有更高的性能，缺点就是需要耗费一些解压缩需要的 CPU 时间。

在 Windows10 上也能窥探一二：

4. 问题解决

解决办法很简单，学 4S 店的问题解决之道，能换的就坚决不修，让朋友把 内存压缩 给关掉，这样就不走
RtlDecompressBufferXpressLz 逻辑，理论上就不会有什么问题了。

关闭之后，据朋友反馈，这几天没有崩溃了。

三：总结

分析内核态相比用户态难度要大的多，需要对操作系统以及CPU的相关知识有一个比较深度的理解，任重道远。。。