为什么在X86上使用单步执行指令？

Question

因此存在“int 3”，它是用于调试器中的断点的中断指令。

但是还有“int 1”用于单步执行。但为什么需要呢？我已经读过，在EFLAGS寄存器中设置陷阱标志（TF）将启用单步执行，并将为每条指令捕获到操作系统。那么为什么需要单独的中断类型？

谢谢！

Answer 1

int 3是一个特殊的1字节中断。调用它将进入调试器（如果存在），否则应用程序通常会崩溃。

当调试器设置陷阱标志时，这会导致处理器在每条指令后自动执行int 1中断。这允许调试器通过指令单步执行，而无需插入int 3指令。您不必显式调用此中断。

Answer 2

您将INT和INT 3指令与中断向量混淆，如果调用该指令，这些指令将通过这些向量调用。没有单步指令。

INT 3（或“断点指令”）将调用调试器（如果它存在（或者更确切地说，调试器将挂接INT 3向量，以便在INT 3发生时，将调用调试器）。

如果调试器设置TF（跟踪标志），则每条指令都会导致＃1中断发生。这将导致调用该中断向量中的任何地址。希望这将是调试器的单步程序。最终，调试器将清除TF，导致单步中断停止。

Answer 3

其他人已经解释了中断向量1和int 3指令之间的区别。

现在，如果您想知道为什么在处理调试中断时涉及多个中断向量，我认为这只是因为原始的8086/8088电路旨在相对简单并且执行相对简单的软件。它只有很少的特殊中断向量，并且int向量1仅用于单步陷阱，并且通过中断向量数区分它与断点陷阱是微不足道的，也就是说，只需要有不同的处理程序即可。向量1和3.该设计被转移到随后的x86 CPU。较新的CPU基本上“快速”地将特殊中断向量集扩展到大约20，以处理新的异常并扩展调试功能，在原始单步陷阱之上添加几个其他有用的中断向量1触发器（例如，取指令，内存/端口I / O，任务切换等）。将大多数它们置于相同的中断向量下是合乎逻辑的，因为它们是相关的而不是消耗更多的向量。

Answer 4

int 3用于设置断点，以便代码可以自由执行，直到达到特定点（断点）。这样可以加快调试过程，因此无需捕获已知良好的代码。

int 1用于在每条指令后无条件停止。当执行条件分支指令并且状态标志的条件未知时，这可以很方便。否则，需要在分支地址和分支后面的指令地址设置断点。

int 1也适用于电路板启动，当电路板硬件和启动都是新的和未经测试时。

Answer 5

以下是《英特尔软件开发人员手册第一卷》中的一些引用。 3B，第17章：

  

Intel 64和IA-32架构专用于两个中断   用于处理调试异常的向量：向量1（ debug 异常，   #DB）和向量3（断点例外，＃BP）。

对于调试例外：

  

debug-exception 处理程序通常是调试程序或程序的一部分。   更大的软件系统。处理器为生成调试异常   以下任何条件。调试器检查DR6和DR7寄存器中的标志，以确定导致异常的条件   以及哪些其他条件可能适用。

对于断点例外：

  

断点异常（中断3）是由执行   INT 3指令。调试器使用断点异常...   暂停程序执行的机制以检查寄存器和   内存位置。

     

使用Intel386和更高版本的IA-32处理器，更方便   使用断点地址寄存器（DR0至   DR3）。但是，断点异常仍然有用   断点调试器，因为断点异常可以调用   单独的异常处理程序。断点异常也很有用   当需要设置比调试更多的断点时   寄存器或将断点放置在源代码中   正在开发程序。

因此我们可以看到，断点异常使您可以暂停程序执行，而调试异常可以检查几种情况并以不同的方式对待它们。

仅具有调试例外，您将不能在所需的位置中断。只有在某个位置中断后，您才能然后为调试异常所消耗的单步或其他操作配置处理器。

INT 3是一个单字节操作码。因此，它可以覆盖任何具有可控副作用的现有指令，以中断当前程序流的执行。没有它，您怎么有机会在适当的时间内在EFLAGS中设置单步标记而没有副作用？

因此需要两步式的 break-and-then-debug 机制。

整个流程是：

首先，将调试器作为处理程序连接到 int 和int 1（#DB）和int 3（#BP）。

然后将int3放到您要插入的位置。然后调试器就有机会介入。

一旦调试器开始处理int3（#BP），如果您要单步执行，请告诉调试器在EFLAGS中设置陷阱标志（TF）。然后，CPU将在每条指令后生成一个int 1（#DB）。由于调试器也连接到int 1（#DB），因此它也将有机会介入。

ADD 1-5/31/2019 PM 5:55

（我与一位朋友讨论了调试器的工作方式。他之前写过调试器。）

似乎INT 3（#BP）是最重要的一个。您可以将INT 3指令显式放置在您要插入的位置。或者，您也可以让调试器为您执行此操作。

一旦命中INT 3，CPU将保存已损坏程序的上下文并切换到INT 3处理程序，该处理程序通常是调试器的一部分。 现在，已损坏的程序已挂起。。调试器只是普通的Windows或任何桌面应用程序。它可以使用普通的桌面消息循环等待，以等待用户的命令来决定如何对待正在调试的程序。 因此似乎被调试者和调试器现在都在等待。但是原因却大不相同。

然后，调试器可以检查保存的被调试者上下文。或者，它可能只恢复被调试方的已保存上下文并让其恢复。或者可以在EFLAGS中设置TF标志，以便处理器在每条指令后生成#DB。

但是 经常 ，用户可能不希望在指令级别上单步执行 。他们可能想在C语句级别上调试 ， 可以 由许多指令组成。因此，调试器可以使用调试信息（例如PDB文件）来查找位置信息。如果用户想单步执行C语句级别，则调试器可以找到下一个C语句的开始指令，并用INT 3重写它的第一个字节。然后一切都重新开始。