Linux系列：如何用heaptrack跟蹤.NET程序的非托管內存泄露

一：背景

1. 講故事

前面跟大家分享過一篇 C# 調用 C代碼引發非托管內存泄露 的文章，這是一個故意引發的正向泄露，這一篇我們從逆向的角度去洞察引發泄露的禍根代碼，這東西如果在 windows 上還是很好處理的，很多人知道開啟一個 ust 即可，讓操作系統幫忙介入，在linux上就相對復雜一點了，畢竟Linux系統是一個萬物生的場地，沒有一個人統管全局，在調試領域這塊還是蠻大的一個弊端

二：案例分析

1. 一個小案例

這里我還是用之前的例子，對應的 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

void heapmalloc()

{

uint8_t *blocks[BLOCKS]; // 存儲每個塊的指針

// 分配 1GB 內存，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("已經分配 1GB 內存在堆上！\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，它會攔截所有的 malloc、calloc、realloc 和 free 函數調用，并記錄分配的調用棧信息，總的來說這工具和 C# 半毛錢關系都沒有，主要是圖它的如下三點：

能夠記錄到分配的調用棧信息，雖然只有非托管部分

對程序的影響相對小

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 dotnet 程序進行跟蹤，當泄露到一定程序之后，可以用 dotnet-dump 生成一個轉儲文件，然后 Ctrl+C 進行中斷，

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

已經分配 1GB 內存在堆上！

[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

從卦中看已產生了一個 heaptrack.dotnet.4368.zst 文件，這是一種專有的壓縮格式，可以借助 heaptrack_print 轉成 txt 文件，方便從生產上拿下來分析

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

真實的場景下肉眼觀察 heaptrack.txt 是不大現實的，所以還得借助可視化工具，觀察 Bottom-Up 選擇項，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

右邊面板

可以觀察到執行 heapmalloc 方法的上層函數，給大家截圖二張

稍微仔細看的話，會發現Backtrace上有很多的 unresolved 符號，這個沒辦法，畢竟人家是 C/C++ 的跟蹤器，和你C#沒關系，那這些未解析的符號到底是什么函數呢？

3. 未解析符號的地址在哪里

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高級調試的朋友此時應該輕車熟路了，思路如下：

尋找 指令地址[-](查詢持倉 · 開發文檔 · jvQuant)

一般來說解析不出來都會生成對應的 指令地址 的，這個可以到 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 尋找這個指令地址對應的C#方法名了[-](注冊Token · 開發文檔 · jvQuant)

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，然來調用路徑為：CSharpApplication.Program.Main -> PInvoke -> heapmalloc ，至此真相大白

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