一：背景

1. 講故事

好久沒寫文章了，還是來寫一點吧，今年準備多寫一點 Linux平臺上的東西，這篇從 C# 調(diào)用 C 這個例子開始。在 windows 平臺上，我們常常在 C++ 代碼中用 extern "C" 導出 C風格 的函數(shù)，然后在 C# 中用 DllImport 的方式引入，那在 Linux 上怎么玩的？畢竟這對研究 Linux 上的 C# 程序非托管內(nèi)存泄露有非常大的價值，接下來我們就來看下。

二：一個簡單的非托管內(nèi)存泄露

1. 構(gòu)建 so 文件

在 Windows 平臺上我們會通過 MSVC 編譯器將 C代碼編譯出一個成品 .dll，在 Linux 上通常會借助 gcc 將 c 編譯成 .so 文件，這個.so 全稱 Shared Object，為了方便講解，先上一段簡單的代碼：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

#define BLOCK_SIZE (10 * 1024)              // 每個塊 10K
#define TOTAL_SIZE (1 * 1024 * 1024 * 1024) // 總計 1GB
#define BLOCKS (TOTAL_SIZE / BLOCK_SIZE)    // 計算需要的塊數(shù)

void heapmalloc()
{
    uint8_t *blocks[BLOCKS]; // 存儲每個塊的指針

    // 分配 1GB 內(nèi)存，分成多個小塊
    for (size_t i = 0; i < BLOCKS; i++)
    {
        blocks[i] = (uint8_t *)malloc(BLOCK_SIZE);
        if (blocks[i] == NULL)
        {
            printf("內(nèi)存分配失敗！\n");
            return;
        }

        // 確保每個塊都被實際占用
        memset(blocks[i], 20, BLOCK_SIZE);
    }

    printf("已經(jīng)分配 1GB 內(nèi)存在堆上！\n");
}

接下來使用 gcc 編譯，參考如下：

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

• -shared: 編譯成共享庫
• -fPIC: 指定共享庫可以在內(nèi)存任意位置被加載（地址無關(guān)性）

命令執(zhí)行完之后，就可以看到一個 .so 文件了，截圖如下：

最后可以用 nm 命令驗證下 libmyleak.so 中是否有 Text 段下的 heapmalloc 導出函數(shù)。

root@ubuntu2404:/data2/c# nm libmyleak.so
0000000000004028 b completed.0
                 w __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5
00000000000010c0 t deregister_tm_clones
0000000000001130 t __do_global_dtors_aux
0000000000003e00 d __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0000000000004020 d __dso_handle
0000000000003e08 d _DYNAMIC
000000000000125c t _fini
0000000000001170 t frame_dummy
0000000000003df8 d __frame_dummy_init_array_entry
00000000000020f8 r __FRAME_END__
0000000000003fe8 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
                 w __gmon_start__
000000000000203c r __GNU_EH_FRAME_HDR
0000000000001179 T heapmalloc
0000000000001000 t _init
                 w _ITM_deregisterTMCloneTable
                 w _ITM_registerTMCloneTable
                 U malloc@GLIBC_2.2.5
                 U memset@GLIBC_2.2.5
                 U puts@GLIBC_2.2.5
00000000000010f0 t register_tm_clones
                 U __stack_chk_fail@GLIBC_2.4
0000000000004028 d __TMC_END__

2. C# 代碼調(diào)用

so構(gòu)建好了之后，后面就比較好說了，使用 dotnet new console -n CSharpApplication --use-program-main true 新建一個CS項目。

root@ubuntu2404:/data2/csharp# dotnet new console -n CSharpApplication --use-program-main true
The template "Console App" was created successfully.

Processing post-creation actions...
Restoring /data2/csharp/CSharpApplication/CSharpApplication.csproj:
  Determining projects to restore...
  Restored /data2/csharp/CSharpApplication/CSharpApplication.csproj (in 1.7 sec).
Restore succeeded.

編譯下 C# 項目，然后將 libmyleak.so 放到 C#項目的 bin目錄，修改 C# 代碼如下：

using System.Runtime.InteropServices;

namespace CSharpApplication;

class Program
{
    [DllImport("libmyleak.so", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static extern void heapmalloc();

    static void Main(string[] args)
    {
        heapmalloc();
        Console.ReadLine();
    }
}

最后用 dotnet CSharpApplication.dll 運行：

root@ubuntu2404:/data2/csharp/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# dotnet CSharpApplication.dll
已經(jīng)分配 1GB 內(nèi)存在堆上！

程序是跑起來了，那真的是吃了1G呢？ 可以先用 htop 觀察程序，從截圖看沒毛病。

那這 1G 真的在 heap 上嗎？ 可以用 maps 觀察。

root@ubuntu2404:~# ps -ef | grep CSharp
root       10764   10730  0 13:35 pts/21   00:00:00 dotnet CSharpApplication.dll
root       11049   11027  0 13:41 pts/22   00:00:00 grep --color=auto CSharp

root@ubuntu2404:~# cat /proc/10764/maps
614e1f592000-614e1f598000 r--p 00000000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
614e1f598000-614e1f5a4000 r-xp 00005000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
614e1f5a4000-614e1f5a5000 r--p 00010000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
614e1f5a5000-614e1f5a6000 rw-p 00010000 08:02 1479867                    /usr/lib/dotnet/dotnet
614e5b5d9000-614e9b8a8000 rw-p 00000000 00:00 0                          [heap]
...


root@ubuntu2404:~# pmap 10764
10764:   dotnet CSharpApplication.dll
0000614e1f592000     24K r---- dotnet
0000614e1f598000     48K r-x-- dotnet
0000614e1f5a4000      4K r---- dotnet
0000614e1f5a5000      4K rw--- dotnet
0000614e5b5d9000 1051452K rw---   [ anon ]
...

根據(jù) linux 進程的內(nèi)存布局，可執(zhí)行image之后是 heap 堆，可以看到 [heap] 約等于1G (614e9b8a8000 - 614e5b5d9000)，即 pmap 中的 1051452K。

三：總結(jié)

部署在 Linux上的.NET程序同樣存在 非托管內(nèi)存泄露 的問題，這篇文章的例子雖然很簡單，希望能給大家?guī)硪恍┧伎己陀^測途徑吧。