C# 内存泄漏之 Internal 关键词代表什么?

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所属分类:.NET技术
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前段时间有位朋友咨询说他的程序出现了非托管内存泄漏,说里面有很多的 HEAP_BLOCK 都被标记成了 Internal 状态,而且 size 都很大, 让我帮忙看下怎么回事? 比如下面这样。


一:背景

1. 背景

前段时间有位朋友咨询说他的程序出现了非托管内存泄漏,说里面有很多的 HEAP_BLOCK 都被标记成了 Internal 状态,而且 size 都很大, 让我帮忙看下怎么回事? 比如下面这样。

         1cbea000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1cc2c000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1cc6e000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1ccb0000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1ccf2000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1cd34000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1cd76000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1cdb8000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1cdfa000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal          1ce3c000: 42000 . 42000 [101] - busy (41fe8) Internal   

其实这个涉及到了 NTHeap 的一些基础知识。

二:原理浅析

1. NTHeap 分配架构图

千言万语不及一张图。

C# 内存泄漏之 Internal 关键词代表什么?

从图中可以清晰的看到,当 Heap_Entry 标记了 Internel ,其实是给 前段堆 LFH 做内部存储用的,当然这里的大块内存是按有序的 segmentblock 切分,相当于堆中堆

接下来我们验证下这个说法到底对不对? 写一个测试程序,让其在 NTHeap 上生成大量的 Internel

2. 案例演示

首先来一段 C++ 代码,根据 len 参数来分配 char[] 数组大小。

 #include "iostream" #include <Windows.h>  using namespace std;  extern "C" { 	_declspec(dllexport) int  __stdcall InitData(int len); }  int __stdcall InitData(int len) {  	char* c = new char[len];  	return 1; }  

熟悉 C++ 的朋友一眼就能看出会存在内存泄露的情况,因为 c 没有进行 delete[]

接下来将 InitData 引入到 C# 上,代码如下:

     internal class Program     {         [DllImport("Example_16_1_7", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]         private static extern int InitData(int len);          static void Main(string[] args)         {             var task = Task.Factory.StartNew(() =>                {                    for (int i = 0; i < 10000; i++)                    {                        InitData(10000);                         Console.WriteLine($"i={i} 次操作!");                    }                });              Console.ReadLine();         }     }  

从代码中可以看到,我做了 1w 次的分配,而且 len=1w,即 1wbyte,高频且固定,这完全符合进入 LFH 堆的特性。

为了能够记录 block 是谁分配的,在注册表中配置一个 GlobalFlag 项。

 SET ApplicationName=Example_16_1_6.exe  REG DELETE "HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftWindows NTCurrentVersionImage File Execution Options%ApplicationName% " /f   ECHO 已删除注册项  REG ADD "HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftWindows NTCurrentVersionImage File Execution Options%ApplicationName%" /v GlobalFlag  /t REG_SZ  /d 0x00001000 /f REG ADD "HKEY_LOCAL_MACHINESOFTWAREMicrosoftWindows NTCurrentVersionImage File Execution Options%ApplicationName%" /v StackTraceDatabaseSizeInMb  /t REG_DWORD  /d 0x00000400 /f  ECHO 已启动用户栈跟踪   PAUSE   

把程序跑起来,然后抓一个 dump 文件。

三:WinDbg 分析 Internel

1. 内存都去了哪里

 0:000> !address -summary  --- Usage Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal Free                                     70          e1292000 (   3.518 GB)           87.95% <unknown>                               138           c42f000 ( 196.184 MB)  39.76%    4.79% Other                                    11           805d000 ( 128.363 MB)  26.02%    3.13% Heap                                    832           6f55000 ( 111.332 MB)  22.57%    2.72% Image                                   280           3061000 (  48.379 MB)   9.81%    1.18% Stack                                    27            900000 (   9.000 MB)   1.82%    0.22% TEB                                       9             19000 ( 100.000 kB)   0.02%    0.00% PEB                                       1              3000 (  12.000 kB)   0.00%    0.00%  --- State Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal MEM_FREE                                 70          e1292000 (   3.518 GB)           87.95% MEM_RESERVE                              94          14830000 ( 328.188 MB)  66.52%    8.01% MEM_COMMIT                             1204           a52e000 ( 165.180 MB)  33.48%    4.03%  0:000> !heap -s  ************************************************************************************************************************                                               NT HEAP STATS BELOW ************************************************************************************************************************ NtGlobalFlag enables following debugging aids for new heaps:     stack back traces LFH Key                   : 0x38843509 Termination on corruption : ENABLED   Heap     Flags   Reserv  Commit  Virt   Free  List   UCR  Virt  Lock  Fast                      (k)     (k)    (k)     (k) length      blocks cont. heap  ----------------------------------------------------------------------------- 10600000 08000002  113704 107896 113492   1679    72    11    0      6   LFH 10560000 08001002      60     16     60      3     2     1    0      0       10a70000 08001002      60     16     60      2     2     1    0      0       12450000 08001002      60      4     60      0     1     1    0      0       123b0000 08041002      60      4     60      2     1     1    0      0       15ef0000 08041002      60      4     60      0     1     1    0      0       -----------------------------------------------------------------------------  

从卦中可知,当前内存都是 Heap 给吃掉了,往细处说就是 10600000 这个进程堆,接下来使用 !heap -h 10600000 把堆上的 segment 和 block 都显示出来。

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从图中可以看到,全是这种 Internel 的标记,而且 request size = 41fe8 = 270312 byte= 263k,很显然我并没有做 27w byte 的内存分配,那这些源自于哪里呢?

2. 源自于哪里?

因为 前段堆 相当于堆中堆,所以我们观察下有没有开启LFH,有两种方法。

  1. 观察 !heap -s 命令输出的 Fast heap 列是不是带有 LFH ?

  2. 观察 HEAPFrontEndHeap 字段是否为 null ?

 0:000> dt nt!_HEAP 10600000  ntdll!_HEAP    +0x0e4 FrontEndHeap     : 0x10570000 Void    +0x0e8 FrontHeapLockCount : 0    ...  

接下来就是怎么把 FrontEndHeap 中的信息给导出来? 你完全可以根据这个首地址一步步的导出,也可以使用强大的 heap 扩展命令 -hl , 这里的 l 就是 LFH 的意思。

 0:000> !heap -hl 10600000         LFH data region at 193a0018 (subsegment 106e4a30):             193a0038: 02808 - busy (2734)             193a2840: 02808 - busy (2734)             193a5048: 02808 - busy (2734)             193a7850: 02808 - busy (2734)             193aa058: 02808 - busy (2734)             193ac860: 02808 - busy (2734)             193af068: 02808 - busy (2734)             193b1870: 02808 - busy (2734)             ...         LFH data region at 1cf02018 (subsegment 10695888):             1cf02038: 02808 - busy (2734)             1cf04840: 02808 - busy (2734)             1cf07048: 02808 - busy (2734)             1cf09850: 02808 - busy (2734)             1cf0c058: 02808 - busy (2734)             ... 

可以看到有大量的 alloc = 02808 = 10248 byte 大小的 block ,而且还有很多的 subsegment 字样,也说明了 Internel 的组成结构,由于记录了 ust,我们就可以使用 !heap -p -a 把这个block的调用栈给找出来。

 0:000> !heap -p -a 193a0038     address 193a0038 found in     _HEAP @ 10600000       HEAP_ENTRY Size Prev Flags    UserPtr UserSize - state         193a0038 0501 0000  [00]   193a0050    02734 - (busy)         76f377a4 ntdll!RtlpCallInterceptRoutine+0x00000026         76ef61ef ntdll!RtlpAllocateHeapInternal+0x00050ddf         76ea53fe ntdll!RtlAllocateHeap+0x0000003e         7b81bf35 ucrtbased!heap_alloc_dbg_internal+0x00000195         7b81bd46 ucrtbased!heap_alloc_dbg+0x00000036         7b81e4ba ucrtbased!_malloc_dbg+0x0000001a         7b81edd4 ucrtbased!malloc+0x00000014         7b7621fd Example_16_1_7!InitData+0x000010ea         7b7618cc Example_16_1_7!InitData+0x000007b9         7b76185e Example_16_1_7!InitData+0x0000074b         ...  

三:总结

本篇主要是解析了 Internel 标记的可能来源地,没有对 LFH 做进一步的讲解,更多的 NtHeap 知识可以参考 《深入解析 Windows 操作系统》 一书。