Linux系列：如何用heaptrack跟踪.NET程序的非托管内存泄露 ...

千千梦丶琪  金牌会员 | 2025-3-7 16:30:30 | 显示全部楼层 | 阅读模式
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一：配景

1. 讲故事

前面跟大家分享过一篇 C# 调用 C代码引发非托管内存泄露 的文章，这是一个故意引发的正向泄露，这一篇我们从逆向的角度去洞察引发泄露的祸根代码，这东西如果在 windows 上照旧很好处理的，很多人知道开启一个 ust 即可，让操作体系帮助介入，在linux上就相对复杂一点了，毕竟Linux体系是一个万物生的场地，没有一个人统管全局，在调试领域这块照旧蛮大的一个弊端。
二：案例分析

1. 一个小案例

这里我照旧用之前的例子，对应的 C 代码 和 C#代码 如下：

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

  • C#代码
  1. using System.Runtime.InteropServices;
  3. namespace CSharpApplication;
  5. class Program
  6. {
  7.     [DllImport("libmyleak.so", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
  8.     public static extern void heapmalloc();
  10.     static void Main(string[] args)
  11.     {
  12.         heapmalloc();
  13.         Console.ReadLine();
  14.     }
  15. }
复制代码
2. heaptrack 跟踪

heaptrack 是一款跟踪 C/C++ heap分配的工具，它会拦截所有的 malloc、calloc、realloc 和 free 函数调用，并记录分配的调用栈信息，总的来说这工具和 C# 半毛钱关系都没有，主要是图它的如下三点：

  • 能够记录到分配的调用栈信息，固然只有非托管部分。
  • 对程序的影响相对小。
  • 有可视化的工具观察跟踪文件。
依次安装 heaptrack 和 heaptrack-gui ，参考如下：
  1. root@ubuntu2404:/data# sudo apt install heaptrack
  2. Reading package lists... Done
  3. Building dependency tree... Done
  4. Reading state information... Done
  5. heaptrack is already the newest version (1.5.0+dfsg1-2ubuntu3).
  6. 0 upgraded, 0 newly installed, 0 to remove and 217 not upgraded.
  8. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# sudo apt install heaptrack-gui
  9. Reading package lists... Done
  10. Building dependency tree... Done
  11. Reading state information... Done
  12. heaptrack-gui is already the newest version (1.5.0+dfsg1-2ubuntu3).
  13. 0 upgraded, 0 newly installed, 0 to remove and 217 not upgraded.
复制代码
安装好以后可以用 heaptrack dotnet CSharpApplication.dll 对 dotnet 程序进行跟踪，当泄露到一定程序之后，可以用 dotnet-dump 生成一个转储文件，然后 Ctrl+C 进行中断，
  1. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# heaptrack dotnet CSharpApplication.dll
  2. heaptrack output will be written to "/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0/heaptrack.dotnet.4368.zst"
  3. starting application, this might take some time...
  4. NOTE: heaptrack detected DEBUGINFOD_URLS but will disable it to prevent
  5. unintended network delays during recording
  6. If you really want to use DEBUGINFOD, export HEAPTRACK_ENABLE_DEBUGINFOD=1
  7. 已经分配 1GB 内存在堆上！
  8. [createdump] Gathering state for process 4383 dotnet
  9. [createdump] Writing full dump to file /data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0/core_20250307_102814
  10. [createdump] Written 1252216832 bytes (305717 pages) to core file
  11. [createdump] Target process is alive
  12. [createdump] Dump successfully written in 23681ms
  14. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# heaptrack stats:
  15.         allocations:                  122151
  16.         leaked allocations:           108551
  17.         temporary allocations:        4118
  19. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# ls -lh
  20. total 1.2G
  21. -rwxr-xr-x 1 root root  74K Mar  5 22:38 CSharpApplication
  22. -rw-r--r-- 1 root root  421 Mar  5 21:52 CSharpApplication.deps.json
  23. -rw-r--r-- 1 root root 4.5K Mar  5 22:38 CSharpApplication.dll
  24. -rw-r--r-- 1 root root  11K Mar  5 22:38 CSharpApplication.pdb
  25. -rw-r--r-- 1 root root  257 Mar  5 21:52 CSharpApplication.runtimeconfig.json
  26. -rw------- 1 root root 1.2G Mar  7 10:28 core_20250307_102814
  27. -rw-r--r-- 1 root root 277K Mar  7 10:32 heaptrack.dotnet.4368.zst
  28. -rwxr-xr-x 1 root root  16K Mar  5 21:52 libmyleak.so
复制代码
从卦中看已产生了一个 heaptrack.dotnet.4368.zst 文件，这是一种专有的压缩格式，可以借助 heaptrack_print 转成 txt 文件，方便从生产上拿下来分析。
  1. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# heaptrack_print heaptrack.dotnet.4368.zst > heaptrack.txt
复制代码
真实的场景下肉眼观察 heaptrack.txt 是不大现实的，以是还得借助可视化工具，观察 Bottom-Up 选择项，信息如下：

  • 左边面板
可以观察到 Leaked 最多的是 libmyleak.so 中的 heapmalloc 函数。

  • 右边面板
可以观察到实行 heapmalloc 方法的上层函数，给大家截图二张。


轻微仔细看的话，会发现Backtrace上有很多的 unresolved 符号，这个没办法，毕竟人家是 C/C++ 的跟踪器，和你C#没关系，那这些未解析的符号到底是什么函数呢？
3. 未解析符号的地址在那里

既然是 C# 程序，大概率就是 C#方法了，那如何把方法名给找出来呢？认识.NET高级调试的朋友此时应该轻车熟路了，思路如下：

  • 寻找 指令地址。
一样平常来说解析不出来都会生成对应的 指令地址 的，这个可以到 heaptrack.txt 中寻找蛛丝马迹，截图如下：


  • 抓 core 文件
要想抓 .NET 的 core 文件，dotnet-dump 即可，这个就不介绍了哈，参考如下：
  1. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# ps -ef | grep CSharp
  2. root        4368    2914  0 10:25 pts/0    00:00:00 /bin/sh /usr/bin/heaptrack dotnet CSharpApplication.dll
  3. root        4383    4368  2 10:25 pts/0    00:00:03 dotnet CSharpApplication.dll
  4. root        4421    4336  0 10:28 pts/3    00:00:00 grep --color=auto CSharp
  5. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# dotnet-dump collect -p 4383
  6. Writing full to /data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0/core_20250307_102814
  7. Complete
  8. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# ls -lh
  9. total 1.2G
  10. -rwxr-xr-x 1 root root  74K Mar  5 22:38 CSharpApplication
  11. -rw-r--r-- 1 root root  421 Mar  5 21:52 CSharpApplication.deps.json
  12. -rw-r--r-- 1 root root 4.5K Mar  5 22:38 CSharpApplication.dll
  13. -rw-r--r-- 1 root root  11K Mar  5 22:38 CSharpApplication.pdb
  14. -rw-r--r-- 1 root root  257 Mar  5 21:52 CSharpApplication.runtimeconfig.json
  15. -rw------- 1 root root 1.2G Mar  7 10:28 core_20250307_102814
  16. -rw-r--r-- 1 root root    0 Mar  7 10:25 heaptrack.dotnet.4368.zst
  17. -rwxr-xr-x 1 root root  16K Mar  5 21:52 libmyleak.so
复制代码
core_20250307_102814 生成好之后，就可以借助 sos 的 ip2md 寻找这个指令地址对应的C#方法名了。
  1. root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# dotnet-dump analyze core_20250307_102814
  2. Loading core dump: core_20250307_102814 ...
  3. Ready to process analysis commands. Type 'help' to list available commands or 'help [command]' to get detailed help on a command.
  4. Type 'quit' or 'exit' to exit the session.
  5. > ip2md 0x7ea6627119f6                                                                                                                          
  6. MethodDesc:   00007ea6627cd3d8
  7. Method Name:          ILStubClass.IL_STUB_PInvoke()
  8. Class:                00007ea6627cd300
  9. MethodTable:          00007ea6627cd368
  10. mdToken:              0000000006000000
  11. Module:               00007ea66279cec8
  12. IsJitted:             yes
  13. Current CodeAddr:     00007ea662711970
  14. Version History:
  15.   ILCodeVersion:      0000000000000000
  16.   ReJIT ID:           0
  17.   IL Addr:            0000000000000000
  18.      CodeAddr:           00007ea662711970  (MinOptJitted)
  19.      NativeCodeVersion:  0000000000000000
  20. > ip2md 0x7ea662711947                                                                                                                          
  21. MethodDesc:   00007ea66279f328
  22. Method Name:          CSharpApplication.Program.Main(System.String[])
  23. Class:                00007ea6627bb640
  24. MethodTable:          00007ea66279f358
  25. mdToken:              0000000006000002
  26. Module:               00007ea66279cec8
  27. IsJitted:             yes
  28. Current CodeAddr:     00007ea662711920
  29. Version History:
  30.   ILCodeVersion:      0000000000000000
  31.   ReJIT ID:           0
  32.   IL Addr:            00007ea6de8f1250
  33.      CodeAddr:           00007ea662711920  (MinOptJitted)
  34.      NativeCodeVersion:  0000000000000000
  35. Source file:  /data/CSharpApplication/Program.cs @ 12
复制代码
到这里名顿开，然来调用路径为：CSharpApplication.Program.Main -> PInvoke -> heapmalloc ，至此真相明白。
三：总结

Linux 上的调试总觉得少了一位总管宦官，能分析 非托管内存的工具 不鸟dotnet， 同样的，能分析 dotnet托管内存的工具 也不鸟非托管内存，大家各自为政。。。 让风俗使用通杀统统的windbg使用者太不可思议了。


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