记一次 .NET 某外贸Web站 内存泄漏分析
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2021-05-30 07:08
一：背景
1. 讲故事
上周四有位朋友加wx咨询他的程序内存存在一定程度的泄漏，并且无法被GC回收，最终机器内存耗尽，很尴尬。
沟通下来，这位朋友能力还是很不错的，也已经做了初步的dump分析，发现了托管堆上有 10w+ 的 byte[] 数组，并占用了大概 1.1G 的内存，在抽取几个 byte[] 的 gcroot 后发现没有引用，接下来就排查不下去了，虽然知道问题可能在 byte[]，但苦于找不到证据。😪😪😪
那既然这么信任的找到我，我得要做一个相对全面的输出报告，不能辜负大家的信任哈，还是老规矩，上 windbg 说话。
二：windbg 分析
1. 排查泄漏源
看过我文章的老读者应该知道，排查这种内存泄露的问题，首先要二分法找出到底是托管还是非托管出的问题，方便后续采取相应的应对措施。
接下来使用 !address -summary 看一下进程的提交内存。
||2:2:080> !address -summary
--- Type Summary (for busy) ------ RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_PRIVATE 573 1`5c191000 ( 5.439 GB) 95.19% 0.00%
MEM_IMAGE 1115 0`0becf000 ( 190.809 MB) 3.26% 0.00%
MEM_MAPPED 44 0`05a62000 ( 90.383 MB) 1.54% 0.00%
--- State Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_FREE 201 7ffe`9252e000 ( 127.994 TB) 100.00%
MEM_COMMIT 1477 0`d439f000 ( 3.316 GB) 58.04% 0.00%
MEM_RESERVE 255 0`99723000 ( 2.398 GB) 41.96% 0.00%
从卦象的 MEM_COMMIT 指标看：当前只有 3.3G 的内存占用，说实话，我一般都建议 5G+ 是做内存泄漏分析的最低门槛，毕竟内存越大，越容易分析，接下来看一下托管堆的内存占用。
||2:2:080> !eeheap -gc
Number of GC Heaps: 1
generation 0 starts at 0x00000002b37c0c48
generation 1 starts at 0x00000002b3781000
generation 2 starts at 0x0000000000cc1000
------------------------------
GC Heap Size: Size: 0xbd322bb0 (3174181808) bytes.
可以看到，当前托管堆占用 3174181808/1024/1024/1024= 2.95G，哈哈，看到这个数，心里一阵狂喜，托管堆上的问题，对我来说差不多就十拿九稳了。。。毕竟还没有失手过，接下来赶紧排查一下托管堆，看下是哪里出的问题。
2. 查看托管堆
要想查看托管堆，可以使用 !dumpheap -stat 命令，下面我把 Top10 Size 给显示出来。
||2:2:080> !dumpheap -stat
Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
00007ffd7e130ab8 116201 13014512 Newtonsoft.Json.Linq.JProperty
00007ffdd775e560 66176 16411648 System.Data.SqlClient._SqlMetaData
00007ffddbcc9da8 68808 17814644 System.Int32[]
00007ffddbcaf788 14140 21568488 System.String[]
00007ffddac72958 50256 22916736 System.Net.Sockets.SocketAsyncEventArgs
00007ffd7deb64b0 369 62115984 System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.Reflection.ICustomAttributeProvider, mscorlib],[System.Type, mscorlib]][]
00007ffddbcc8610 8348 298313756 System.Char[]
00007ffddbcc74c0 1799807 489361500 System.String
000000000022e250 312151 855949918 Free
00007ffddbccc768 109156 1135674368 System.Byte[]
从上面的输出中可以看到，当前状元是 Byte[]，榜眼是 Free，探花是 String，这里还是有一些经验之谈的，深究 Byte[] 和 String 这种基础类型，投入产出比是不高的，毕竟大量的复杂类型，它的内部结构都含有 String 和 Byte[]，比如我相信 MemoryStream 内部肯定有 Byte[]，对吧，所以暂且放下状元和探花，看一下榜眼或者其他的复杂类型。
如果你的眼睛犀利，你会发现 Free 的个数有 31W+，你肯定想问这是什么意思？对，这表明当前托管堆上有 31W+ 的空闲块，它的专业术语叫 碎片化，所以这条信息透露出了当前托管堆有相对严重的碎片化现象，接下来的问题就是为什么会这样？大多数情况出现这种碎片化的原因在于托管堆上有很多的 pinned 对象，这种对象可以阻止 GC 在回收时对它的移动，长此以往就会造成托管堆的支离破碎，所以找出这种现象对解决泄漏问题有很大的帮助。
补充一下，这里可以借助 dotmemory ，红色表示 pinned 对象，肉眼可见的大量的红色间隔分布，最后的碎片率为 85% 。
接下来的问题是如何找到这些 pinned 对象，其实在 CLR 中有一张 GCHandles 表，里面就记录了这些玩意。
3. 查看 GCHandles
要想找到所有的 pinned 对象，可以使用 !gchandles -stat 命令，简化输出如下：
||2:2:080> !gchandles -stat
Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
00007ffddbcc88a0 278 26688 System.Threading.Thread
00007ffddbcb47a8 1309 209440 System.RuntimeType+RuntimeTypeCache
00007ffddbcc7b38 100 348384 System.Object[]
00007ffddbc94b60 9359 673848 System.Reflection.Emit.DynamicResolver
00007ffddb5b7b98 25369 2841328 System.Threading.OverlappedData
Total 36566 objects
Handles:
Strong Handles: 174
Pinned Handles: 15
Async Pinned Handles: 25369
Ref Count Handles: 1
Weak Long Handles: 10681
Weak Short Handles: 326
从卦象中可以看出，当前有一栏为：Async Pinned Handles: 25369 ，这表示当前有 2.5w 的异步操作过程中被pinned住的对象，这个指标就相当不正常了，而且可以看出与 2.5W 的System.Threading.OverlappedData 遥相呼应，有了这个思路，可以回过头来看一下托管堆，是否有相对应的 2.5w 个类似封装过异步操作的复杂类型对象？这里我再把 top10 Size 的托管堆列出来。
||2:2:080> !dumpheap -stat
Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
00007ffd7e130ab8 116201 13014512 Newtonsoft.Json.Linq.JProperty
00007ffdd775e560 66176 16411648 System.Data.SqlClient._SqlMetaData
00007ffddbcc9da8 68808 17814644 System.Int32[]
00007ffddbcaf788 14140 21568488 System.String[]
00007ffddac72958 50256 22916736 System.Net.Sockets.SocketAsyncEventArgs
00007ffd7deb64b0 369 62115984 System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.Reflection.ICustomAttributeProvider, mscorlib],[System.Type, mscorlib]][]
00007ffddbcc8610 8348 298313756 System.Char[]
00007ffddbcc74c0 1799807 489361500 System.String
000000000022e250 312151 855949918 Free
00007ffddbccc768 109156 1135674368 System.Byte[]
有了这种先入为主的思想，我想你肯定发现了托管堆上的这个 50256 的 System.Net.Sockets.SocketAsyncEventArgs，看样子这回泄漏和 Socket 脱不了干系了，接下来可以查下这些 SocketAsyncEventArgs 到底被谁引用着？
4. 查看 SocketAsyncEventArgs 引用根
要想查看引用根，先从 SocketAsyncEventArgs 中导几个 address 出来。
||2:2:080> !dumpheap -mt 00007ffddac72958 0 0000000001000000
Address MT Size
0000000000cc9dc0 00007ffddac72958 456
0000000000ccc0d8 00007ffddac72958 456
0000000000ccc358 00007ffddac72958 456
0000000000cce670 00007ffddac72958 456
0000000000cce8f0 00007ffddac72958 456
0000000000cd0c08 00007ffddac72958 456
0000000000cd0e88 00007ffddac72958 456
0000000000cd31a0 00007ffddac72958 456
0000000000cd3420 00007ffddac72958 456
0000000000cd5738 00007ffddac72958 456
0000000000cd59b8 00007ffddac72958 456
0000000000cd7cd0 00007ffddac72958 456
然后查看第一个和第二个address的引用根。
||2:2:080> !gcroot 0000000000cc9dc0
Thread 86e4:
0000000018ecec20 00007ffd7dff06b4 xxxHttpServer.DaemonThread`2[[System.__Canon, mscorlib],[System.__Canon, mscorlib]].DaemonThreadStart()
rbp+10: 0000000018ececb0
-> 000000000102e8c8 xxxHttpServer.DaemonThread`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 00000000010313a8 xxxHttpServer.xxxHttpRequestServer`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 000000000105b330 xxxHttpServer.HttpSocketTokenPool`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 000000000105b348 System.Collections.Generic.Stack`1[[xxxHttpServer.HttpSocketToken`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]], xxxHttpServer]]
-> 0000000010d36178 xxxHttpServer.HttpSocketToken`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]][]
-> 0000000008c93588 xxxHttpServer.HttpSocketToken`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 0000000000cc9dc0 System.Net.Sockets.SocketAsyncEventArgs
||2:2:080> !gcroot 0000000000ccc0d8
Thread 86e4:
0000000018ecec20 00007ffd7dff06b4 xxxHttpServer.DaemonThread`2[[System.__Canon, mscorlib],[System.__Canon, mscorlib]].DaemonThreadStart()
rbp+10: 0000000018ececb0
-> 000000000102e8c8 xxxHttpServer.DaemonThread`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 00000000010313a8 xxxHttpServer.xxxHttpRequestServer`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 000000000105b330 xxxHttpServer.HttpSocketTokenPool`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 000000000105b348 System.Collections.Generic.Stack`1[[xxxHttpServer.HttpSocketToken`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]], xxxHttpServer]]
-> 0000000010d36178 xxxHttpServer.HttpSocketToken`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]][]
-> 0000000000ccc080 xxxHttpServer.HttpSocketToken`2[[xxx.xxx, xxx],[xxx.RequestInfo, xxx]]
-> 0000000000ccc0d8 System.Net.Sockets.SocketAsyncEventArgs
从输出信息看，貌似程序自己搭了一个 HttpServer，还搞了一个 HttpSocketTokenPool 池，好奇心来了，把这个类导出来看看怎么写的？
5. 寻找问题代码
还是老办法，使用 !savemodule 导出问题代码，然后使用 ILSpy 进行反编译。
说实话，这个 pool 封装的挺简陋的，既然 SocketAsyncEventArgs 有 5W+，我猜测这个 m_pool 池中估计也得好几万，为了验证思路，可以用 windbg 把它挖出来。
从图中的size可以看出，这个 pool 有大概 2.5w 的 HttpSocket，这就说明这个所谓的 Socket Pool 其实并没有封装好。
三：总结
想自己封装一个Pool，得要实现一些复杂的逻辑，而不能仅仅是一个 PUSH 和 POP 就完事了。。。所以优化方向也很明确，想办法控制住这个 Pool，实现 Pool 该实现的效果。
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