Linux系列：如何用heaptrack跟蹤.NET程序的heap泄露

一：背景

1. 講故事

前面跟大家分享過一篇 C# 調(diào)用 C代碼引發(fā)非托管內(nèi)存泄露 的文章，這是一個(gè)故意引發(fā)的正向泄露，這一篇我們從逆向的角度去洞察引發(fā)泄露的禍根代碼，這東西如果在 windows 上還是很好處理的，很多人知道開啟一個(gè) ust 即可，讓操作系統(tǒng)幫忙介入，在linux上就相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)了，畢竟Linux系統(tǒng)是一個(gè)萬物生的場地，沒有一個(gè)人統(tǒng)管全局，在調(diào)試領(lǐng)域這塊還是蠻大的一個(gè)弊端。

二：案例分析

1. 一個(gè)小案例

這里我還是用之前的例子，對(duì)應(yīng)的 C 代碼和 C#代碼如下：

C 代碼



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

#define BLOCK_SIZE (10 * 1024)              // 每個(gè)塊 10K
#define TOTAL_SIZE (1 * 1024 * 1024 * 1024) // 總計(jì) 1GB
#define BLOCKS (TOTAL_SIZE / BLOCK_SIZE)    // 計(jì)算需要的塊數(shù)

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

    // 分配 1GB 內(nèi)存，分成多個(gè)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(gè)塊都被實(shí)際占用
        memset(blocks[i], 20, BLOCK_SIZE);
    }

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

C#代碼


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();
    }
}

2. heaptrack 跟蹤

heaptrack 是一款跟蹤 C/C++ heap分配的工具，它會(huì)攔截所有的 malloc、calloc、realloc 和 free 函數(shù)調(diào)用，并記錄分配的調(diào)用棧信息，總的來說這工具和 C# 半毛錢關(guān)系都沒有，主要是圖它的如下三點(diǎn)：

能夠記錄到分配的調(diào)用棧信息，雖然只有非托管部分。
對(duì)程序的影響相對(duì)小。
有可視化的工具觀察跟蹤文件。

依次安裝 heaptrack 和 heaptrack-gui ，參考如下：


root@ubuntu2404:/data# sudo apt install heaptrack
Reading package lists... Done
Building dependency tree... Done
Reading state information... Done
heaptrack is already the newest version (1.5.0+dfsg1-2ubuntu3).
0 upgraded, 0 newly installed, 0 to remove and 217 not upgraded.

root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# sudo apt install heaptrack-gui
Reading package lists... Done
Building dependency tree... Done
Reading state information... Done
heaptrack-gui is already the newest version (1.5.0+dfsg1-2ubuntu3).
0 upgraded, 0 newly installed, 0 to remove and 217 not upgraded.

安裝好以后可以用 heaptrack dotnet CSharpApplication.dll 對(duì) dotnet 程序進(jìn)行跟蹤，當(dāng)泄露到一定程序之后，可以用 dotnet-dump 生成一個(gè)轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件，然后 Ctrl+C 進(jìn)行中斷，


root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# heaptrack dotnet CSharpApplication.dll
heaptrack output will be written to "/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0/heaptrack.dotnet.4368.zst"
starting application, this might take some time...
NOTE: heaptrack detected DEBUGINFOD_URLS but will disable it to prevent 
unintended network delays during recording
If you really want to use DEBUGINFOD, export HEAPTRACK_ENABLE_DEBUGINFOD=1
已經(jīng)分配 1GB 內(nèi)存在堆上！
[createdump] Gathering state for process 4383 dotnet
[createdump] Writing full dump to file /data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0/core_20250307_102814
[createdump] Written 1252216832 bytes (305717 pages) to core file
[createdump] Target process is alive
[createdump] Dump successfully written in 23681ms

root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# heaptrack stats:
	allocations:          	122151
	leaked allocations:   	108551
	temporary allocations:	4118

root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# ls -lh
total 1.2G
-rwxr-xr-x 1 root root  74K Mar  5 22:38 CSharpApplication
-rw-r--r-- 1 root root  421 Mar  5 21:52 CSharpApplication.deps.json
-rw-r--r-- 1 root root 4.5K Mar  5 22:38 CSharpApplication.dll
-rw-r--r-- 1 root root  11K Mar  5 22:38 CSharpApplication.pdb
-rw-r--r-- 1 root root  257 Mar  5 21:52 CSharpApplication.runtimeconfig.json
-rw------- 1 root root 1.2G Mar  7 10:28 core_20250307_102814
-rw-r--r-- 1 root root 277K Mar  7 10:32 heaptrack.dotnet.4368.zst
-rwxr-xr-x 1 root root  16K Mar  5 21:52 libmyleak.so

從卦中看已產(chǎn)生了一個(gè) heaptrack.dotnet.4368.zst 文件，這是一種專有的壓縮格式，可以借助 heaptrack_print 轉(zhuǎn)成 txt 文件，方便從生產(chǎn)上拿下來分析。


root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# heaptrack_print heaptrack.dotnet.4368.zst > heaptrack.txt

真實(shí)的場景下肉眼觀察 heaptrack.txt 是不大現(xiàn)實(shí)的，所以還得借助可視化工具，觀察 Bottom-Up 選擇項(xiàng)，信息如下：

左邊面板

可以觀察到 Leaked 最多的是 libmyleak.so 中的 heapmalloc 函數(shù)。

右邊面板

可以觀察到執(zhí)行 heapmalloc 方法的上層函數(shù)，給大家截圖二張。

稍微仔細(xì)看的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)Backtrace上有很多的 unresolved 符號(hào)，這個(gè)沒辦法，畢竟人家是 C/C++ 的跟蹤器，和你C#沒關(guān)系，那這些未解析的符號(hào)到底是什么函數(shù)呢？

3. 未解析符號(hào)的地址在哪里

既然是 C# 程序，大概率就是 C#方法了，那如何把方法名給找出來呢？熟悉.NET高級(jí)調(diào)試的朋友此時(shí)應(yīng)該輕車熟路了，思路如下：

尋找指令地址。

一般來說解析不出來都會(huì)生成對(duì)應(yīng)的 指令地址 的，這個(gè)可以到 heaptrack.txt 中尋找蛛絲馬跡，截圖如下：

抓 core 文件

要想抓 .NET 的 core 文件，dotnet-dump 即可，這個(gè)就不介紹了哈，參考如下：


root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# ps -ef | grep CSharp
root        4368    2914  0 10:25 pts/0    00:00:00 /bin/sh /usr/bin/heaptrack dotnet CSharpApplication.dll
root        4383    4368  2 10:25 pts/0    00:00:03 dotnet CSharpApplication.dll
root        4421    4336  0 10:28 pts/3    00:00:00 grep --color=auto CSharp
root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# dotnet-dump collect -p 4383
Writing full to /data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0/core_20250307_102814
Complete
root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# ls -lh
total 1.2G
-rwxr-xr-x 1 root root  74K Mar  5 22:38 CSharpApplication
-rw-r--r-- 1 root root  421 Mar  5 21:52 CSharpApplication.deps.json
-rw-r--r-- 1 root root 4.5K Mar  5 22:38 CSharpApplication.dll
-rw-r--r-- 1 root root  11K Mar  5 22:38 CSharpApplication.pdb
-rw-r--r-- 1 root root  257 Mar  5 21:52 CSharpApplication.runtimeconfig.json
-rw------- 1 root root 1.2G Mar  7 10:28 core_20250307_102814
-rw-r--r-- 1 root root    0 Mar  7 10:25 heaptrack.dotnet.4368.zst
-rwxr-xr-x 1 root root  16K Mar  5 21:52 libmyleak.so

core_20250307_102814 生成好之后，就可以借助 sos 的 ip2md 尋找這個(gè)指令地址對(duì)應(yīng)的C#方法名了。


root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# dotnet-dump analyze core_20250307_102814
Loading core dump: core_20250307_102814 ...
Ready to process analysis commands. Type 'help' to list available commands or 'help [command]' to get detailed help on a command.
Type 'quit' or 'exit' to exit the session.
> ip2md 0x7ea6627119f6                                                                                                                          
MethodDesc:   00007ea6627cd3d8
Method Name:          ILStubClass.IL_STUB_PInvoke()
Class:                00007ea6627cd300
MethodTable:          00007ea6627cd368
mdToken:              0000000006000000
Module:               00007ea66279cec8
IsJitted:             yes
Current CodeAddr:     00007ea662711970
Version History:
  ILCodeVersion:      0000000000000000
  ReJIT ID:           0
  IL Addr:            0000000000000000
     CodeAddr:           00007ea662711970  (MinOptJitted)
     NativeCodeVersion:  0000000000000000
> ip2md 0x7ea662711947                                                                                                                          
MethodDesc:   00007ea66279f328
Method Name:          CSharpApplication.Program.Main(System.String[])
Class:                00007ea6627bb640
MethodTable:          00007ea66279f358
mdToken:              0000000006000002
Module:               00007ea66279cec8
IsJitted:             yes
Current CodeAddr:     00007ea662711920
Version History:
  ILCodeVersion:      0000000000000000
  ReJIT ID:           0
  IL Addr:            00007ea6de8f1250
     CodeAddr:           00007ea662711920  (MinOptJitted)
     NativeCodeVersion:  0000000000000000
Source file:  /data/CSharpApplication/Program.cs @ 12

到這里恍然大悟，然來調(diào)用路徑為：CSharpApplication.Program.Main -> PInvoke -> heapmalloc ，至此真相大白。

三：總結(jié)

Linux 上的調(diào)試總覺得少了一位總管太監(jiān)，能分析 非托管內(nèi)存的工具 不鳥dotnet，同樣的，能分析 dotnet托管內(nèi)存的工具 也不鳥非托管內(nèi)存，大家各自為政。。。讓習(xí)慣使用通殺一切的windbg使用者太不可思議了。
圖片名稱

posted @ 2025-03-07 11:10 一線碼農(nóng) 閱讀(1022) 評(píng)論(0) 收藏舉報(bào)

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