Linux系列：如何用 C#调用 C方法造成内存泄漏

一：配景

1. 讲故事

好久没写文章了，还是来写一点吧，今年预备多写一点 Linux平台上的东西，这篇从 C# 调用 C 这个例子开始。在 windows 平台上，我们经常在 C++ 代码中用 extern "C" 导出 C风格 的函数，然后在 C# 中用 DllImport 的方式引入，那在 Linux 上怎么玩的？毕竟这对研究 Linux 上的 C# 程序非托管内存泄漏有非常大的代价，接下来我们就来看下。
二：一个简单的非托管内存泄漏

1. 构建 so 文件

在 Windows 平台上我们会通过 MSVC 编译器将 C代码编译出一个成品 .dll，在 Linux 上通常会借助 gcc 将 c 编译成 .so 文件，这个.so 全称 Shared Object，为了方便解说，先上一段简单的代码：

2. #include <stdlib.h>
3. #include <stdio.h>
4. #include <stdint.h>
5. #include <string.h>
7. #define BLOCK_SIZE (10 * 1024)              // 每个块 10K
8. #define TOTAL_SIZE (1 * 1024 * 1024 * 1024) // 总计 1GB
9. #define BLOCKS (TOTAL_SIZE / BLOCK_SIZE)    // 计算需要的块数
11. void heapmalloc()
12. {
13.     uint8_t *blocks[BLOCKS]; // 存储每个块的指针
15.     // 分配 1GB 内存，分成多个小块
16.     for (size_t i = 0; i < BLOCKS; i++)
17.     {
18.         blocks[i] = (uint8_t *)malloc(BLOCK_SIZE);
19.         if (blocks[i] == NULL)
20.         {
21.             printf("内存分配失败！\n");
22.             return;
23.         }
25.         // 确保每个块都被实际占用
26.         memset(blocks[i], 20, BLOCK_SIZE);
27.     }
29.     printf("已经分配 1GB 内存在堆上！\n");
30. }

复制代码

接下来使用 gcc 编译，参考如下：

2. gcc -shared -o libmyleak.so -fPIC myleak.c

复制代码

• -shared: 编译成共享库
  
• -fPIC: 指定共享库可以在内存恣意位置被加载（地点无关性）
  

命令实行完之后，就可以看到一个 .so 文件了，截图如下：

最后可以用 nm 命令验证下 libmyleak.so 中是否有 Text 段下的 heapmalloc 导出函数。

2. root@ubuntu2404:/data2/c# nm libmyleak.so
3. 0000000000004028 b completed.0
4.                  w __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5
5. 00000000000010c0 t deregister_tm_clones
6. 0000000000001130 t __do_global_dtors_aux
7. 0000000000003e00 d __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
8. 0000000000004020 d __dso_handle
9. 0000000000003e08 d _DYNAMIC
10. 000000000000125c t _fini
11. 0000000000001170 t frame_dummy
12. 0000000000003df8 d __frame_dummy_init_array_entry
13. 00000000000020f8 r __FRAME_END__
14. 0000000000003fe8 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
15.                  w __gmon_start__
16. 000000000000203c r __GNU_EH_FRAME_HDR
17. 0000000000001179 T heapmalloc
18. 0000000000001000 t _init
19.                  w _ITM_deregisterTMCloneTable
20.                  w _ITM_registerTMCloneTable
21.                  U malloc@GLIBC_2.2.5
22.                  U memset@GLIBC_2.2.5
23.                  U puts@GLIBC_2.2.5
24. 00000000000010f0 t register_tm_clones
25.                  U __stack_chk_fail@GLIBC_2.4
26. 0000000000004028 d __TMC_END__

复制代码

2. C# 代码调用

so构建好了之后，后面就比较好说了，使用 dotnet new console -n CSharpApplication --use-program-main true 新建一个CS项目。

2. root@ubuntu2404:/data2/csharp# dotnet new console -n CSharpApplication --use-program-main true
3. The template "Console App" was created successfully.
5. Processing post-creation actions...
6. Restoring /data2/csharp/CSharpApplication/CSharpApplication.csproj:
7.   Determining projects to restore...
8.   Restored /data2/csharp/CSharpApplication/CSharpApplication.csproj (in 1.7 sec).
9. Restore succeeded.

复制代码

编译下 C# 项目，然后将 libmyleak.so 放到 C#项目的 bin目录，修改 C# 代码如下：

2. using System.Runtime.InteropServices;
4. namespace CSharpApplication;
6. class Program
7. {
8.     [DllImport("libmyleak.so", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
9.     public static extern void heapmalloc();
11.     static void Main(string[] args)
12.     {
13.         heapmalloc();
14.         Console.ReadLine();
15.     }
16. }

复制代码

最后用 dotnet CSharpApplication.dll 运行：

2. root@ubuntu2404:/data2/csharp/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# dotnet CSharpApplication.dll
3. 已经分配 1GB 内存在堆上！

复制代码

程序是跑起来了，那真的是吃了1G呢？ 可以先用 htop 观察程序，从截图看没弊端。

那这 1G 真的在 heap 上吗？ 可以用 maps 观察。

2. root@ubuntu2404:~# ps -ef | grep CSharp
3. root       10764   10730  0 13:35 pts/21   00:00:00 dotnet CSharpApplication.dll
4. root       11049   11027  0 13:41 pts/22   00:00:00 grep --color=auto CSharp
6. root@ubuntu2404:~# cat /proc/10764/maps
7. 614e1f592000-614e1f598000 r--p 00000000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
8. 614e1f598000-614e1f5a4000 r-xp 00005000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
9. 614e1f5a4000-614e1f5a5000 r--p 00010000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
10. 614e1f5a5000-614e1f5a6000 rw-p 00010000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
11. 614e5b5d9000-614e9b8a8000 rw-p 00000000 00:00 0                          [heap]
12. ...
15. root@ubuntu2404:~# pmap 10764
16. 10764:   dotnet CSharpApplication.dll
17. 0000614e1f592000     24K r---- dotnet
18. 0000614e1f598000     48K r-x-- dotnet
19. 0000614e1f5a4000      4K r---- dotnet
20. 0000614e1f5a5000      4K rw--- dotnet
21. 0000614e5b5d9000 1051452K rw---   [ anon ]
22. ...

复制代码

根据 linux 历程的内存布局，可实行image之后是 heap 堆，可以看到 [heap] 约等于1G (614e9b8a8000 - 614e5b5d9000)，即 pmap 中的 1051452K。
三：总结

摆设在 Linux上的.NET程序同样存在 非托管内存泄漏 的题目，这篇文章的例子虽然很简单，希望能给大家带来一些思索和观测途径吧。

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