記一次 .NET某家裝ERP系統 記憶體暴漲分析
2023-02-27 15:01:40
一：背景
1. 講故事
前段時間微信上有一位老朋友找到我，說他的程式跑著跑著記憶體會突然爆高，有時候會下去，有什麼會下不去，懷疑是不是某些情況下存在記憶體洩露，讓我幫忙分析一下，其實記憶體洩露方面的問題還是比較好解決的，看過這個dump之後覺得還是有一定的分享價值，拿出來和大家分享一下吧。
二：WinDbg 分析
1. 託管還是非託管洩露
這個首先是一定要確定的，否則就是南轅北轍，強調再多也不為過，可以用 !address -summary 觀察一下。
0:000> !address -summary
--- Usage Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
Free 208 7ffb`691cd000 ( 127.982 TB) 99.99%
<unknown> 384 4`898d7000 ( 18.149 GB) 98.87% 0.01%
Image 1015 0`0b053000 ( 176.324 MB) 0.94% 0.00%
Stack 90 0`01700000 ( 23.000 MB) 0.12% 0.00%
Heap 32 0`00bea000 ( 11.914 MB) 0.06% 0.00%
Other 14 0`001e0000 ( 1.875 MB) 0.01% 0.00%
TEB 23 0`0002e000 ( 184.000 kB) 0.00% 0.00%
PEB 1 0`00001000 ( 4.000 kB) 0.00% 0.00%
--- Type Summary (for busy) ------ RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_PRIVATE 336 4`8ab0b000 ( 18.167 GB) 98.96% 0.01%
MEM_IMAGE 1177 0`0b70f000 ( 183.059 MB) 0.97% 0.00%
MEM_MAPPED 46 0`00c09000 ( 12.035 MB) 0.06% 0.00%
--- State Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_FREE 208 7ffb`691cd000 ( 127.982 TB) 99.99%
MEM_COMMIT 1256 3`1f910000 ( 12.493 GB) 68.05% 0.01%
MEM_RESERVE 303 1`77513000 ( 5.864 GB) 31.95% 0.00%
從卦中看，當前程式的提交記憶體佔用了 12G，NTHEAP 佔用了 11M，基本上就可以斷定這是一個託管記憶體的問題，看到這裡還是非常開心的，由於託管層都帶有型別資料，分析起來非常簡單，接下來使用 !eeheap -gc 觀察下託管堆。
0:000> !eeheap -gc
Number of GC Heaps: 1
generation 0 starts at 0x00000000e42f26c8
generation 1 starts at 0x00000000e42e85a0
generation 2 starts at 0x0000000001d71000
ephemeral segment allocation context: none
segment begin allocated size
0000000001d70000 0000000001d71000 0000000011961b98 0x000000000fbf0b98(264178584)
000000005e540000 000000005e541000 000000006c2b6408 0x000000000dd75408(232215560)
0000000247ff0000 0000000247ff1000 0000000252d751f8 0x000000000ad841f8(181944824)
00000000e3ff0000 00000000e3ff1000 00000000f1e44850 0x000000000de53850(233125968)
Large object heap starts at 0x0000000011d71000
segment begin allocated size
0000000011d70000 0000000011d71000 0000000019d65098 0x0000000007ff4098(134168728)
000000001dad0000 000000001dad1000 0000000025ac6fd0 0x0000000007ff5fd0(134176720)
0000000028c50000 0000000028c51000 0000000030c318e8 0x0000000007fe08e8(134088936)
0000000030c50000 0000000030c51000 0000000038c35518 0x0000000007fe4518(134104344)
000000003e540000 000000003e541000 0000000046507ff0 0x0000000007fc6ff0(133984240)
0000000046540000 0000000046541000 000000004e5296d0 0x0000000007fe86d0(134121168)
000000004e540000 000000004e541000 000000005652af00 0x0000000007fe9f00(134127360)
0000000056540000 0000000056541000 000000005e50b050 0x0000000007fca050(133996624)
...
000000058fff0000 000000058fff1000 00000005d76c2910 0x00000000476d1910(1198332176)
000000064e820000 000000064e821000 0000000695cbe808 0x000000004749d808(1196021768)
000000013bff0000 000000013bff1000 00000001834c96d8 0x00000000474d86d8(1196263128)
0000000257ff0000 0000000257ff1000 000000029f44e7e0 0x000000004745d7e0(1195759584)
Total Size 0x2dbe1b140(12278935872)
------------------------------
GC Heap Size 0x2dbe1b140(12278935872)
從卦中看，託管堆佔用了 12G 記憶體，而且都是被 LOH 給吃掉了，離真相越來越近了，接下來就是用 !dumpheap -stat 觀察下託管堆，看下到底是什麼型別佔的這麼大？
0:000> !dumpheap -stat
total 477283 objects
Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
0007ffeb28280b0 3516 365664 System.Reflection.RuntimeMethodInfo
00007ffea909df50 62 728528 System.Data.RBTree`1+Node[[System.Data.DataRow, System.Data]][]
00007ffeb285a610 14 804680 System.DateTime[]
00007ffea909c5e8 17061 1637856 System.Data.DataRow
00007ffeb2831180 1555 1978136 System.Int32[]
00007ffeb282d430 1108 6648296 System.Int64[]
00007ffeb2fce9d8 71 12821784 System.Decimal[]
00007ffeb282a060 366739 15054680 System.String
00007ffeb2817e50 7785 23534144 System.Object[]
00000000009a2e60 4084 4772737632 Free
00007ffeb28320a0 17400 7438877632 System.Byte[]
...
從卦中看， System.Byte[] 陣列只有 1.7W 個，居然佔用了 7.4G 的記憶體，這說明有的 Byte[] 可能會非常大, 接下來就可以檢索 >10M 的陣列排列情況，輸出如下：
0:000> !dumpheap -mt 00007ffeb28320a0 -min 0n10485760
Address MT Size
0000000029051018 00007ffeb28320a0 33554456
000000002d051078 00007ffeb28320a0 33554456
00000003e6a43a10 00007ffeb28320a0 16777240
0000000547ff1000 00007ffeb28320a0 1195710200
000000058fff1000 00007ffeb28320a0 1195710200
000000064e821000 00007ffeb28320a0 1195759552
000000013bff1000 00007ffeb28320a0 1195759552
0000000257ff1000 00007ffeb28320a0 1195759560
total 8 objects
Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
00007ffeb28320a0 8 6062585216 System.Byte[]
Total 8 objects
從卦中看，居然有 5 個將近 1.2 G 的 Byte[] 陣列，有點嚇人，抽幾個看看吧。
0:000> !gcroot 000000058fff1000
Note: Roots found on stacks may be false positives. Run "!help gcroot" for
more info.
Scan Thread 0 OSTHread 39f4
0:000> !gcroot 0000000547ff1000
Note: Roots found on stacks may be false positives. Run "!help gcroot" for
more info.
Scan Thread 0 OSTHread 39f4
Scan Thread 2 OSTHread 2f6c
Scan Thread 3 OSTHread 3354
Scan Thread 4 OSTHread 3924
從卦中看，他們都沒有參照根，也就說明是等待 GC 回收的臨時物件，有朋友就要問了，GC 為什麼不回收呢？
2. GC 為什麼不回收
瞭解 GC 的朋友應該知道，LOH 預設不啟用壓縮回收，只會做簡單的標記清除，清除之後就會存在很多的空洞，只有相鄰的空洞才會合併成一個更大的空洞，一旦有分配的物件超過所有的空洞大小，GC 也只能被迫commit更多的新空間給它存放，雖然此時存放不間隔的空閒記憶體已經足夠。
如果大家有點懵，畫個圖大概就像下面這樣。
從圖中看，程式要分配 1.3G 的物件， 雖然 LOH 上有 2G 的空閒空間但就是放不下，無奈只能 commit 更多的記憶體來存放這個物件。
這就是為什麼朋友看到的，有時候記憶體會暴漲，有時候會降下去的底層原理。
3. byte[] 到底是什麼
要想檢視 byte[] 的內容，可以用 db, dW 觀察記憶體地址，參考如下：
0:000> dW 0000000547ff1000 L100
00000005`47ff1000 20a0 b283 7ffe 0000 16da 4745 0000 0000 . ........EG....
00000005`47ff1010 0100 0000 ff00 ffff 01ff 0000 0000 0000 ................
00000005`47ff1020 0c00 0002 0000 534e 7379 6574 2e6d 6144 ......NSystem.Da
00000005`47ff1030 6174 202c 6556 7372 6f69 3d6e 2e32 2e30 ta, Version=2.0.
00000005`47ff1040 2e30 2c30 4320 6c75 7574 6572 6e3d 7565 0.0, Culture=neu
00000005`47ff1050 7274 6c61 202c 7550 6c62 6369 654b 5479 tral, PublicKeyT
00000005`47ff1060 6b6f 6e65 623d 3737 3561 3563 3136 3339 oken=b77a5c56193
00000005`47ff1070 6534 3830 0539 0001 0000 5315 7379 6574 4e089......Syste
00000005`47ff1080 2e6d 6144 6174 442e 7461 5461 6261 656c m.Data.DataTable
00000005`47ff1090 04d6 0000 4419 7461 5461 6261 656c 522e .....DataTable.R
00000005`47ff10a0 6d65 746f 6e69 5667 7265 6973 6e6f 4418 emotingVersion.D
00000005`47ff10b0 7461 5461 6261 656c 522e 6d65 746f 6e69 ataTable.Remotin
00000005`47ff10c0 4667 726f 616d 1374 6144 6174 6154 6c62 gFormat.DataTabl
00000005`47ff10d0 2e65 6154 6c62 4e65 6d61 1365 6144 6174 e.TableName.Data
00000005`47ff10e0 6154 6c62 2e65 614e 656d 7073 6361 1065 Table.Namespace.
00000005`47ff10f0 6144 6174 6154 6c62 2e65 7250 6665 7869 DataTable.Prefix
00000005`47ff1100 4417 7461 5461 6261 656c 432e 7361 5365 .DataTable.CaseS
00000005`47ff1110 6e65 6973 6974 6576 441e 7461 5461 6261 ensitive.DataTab
00000005`47ff1120 656c 632e 7361 5365 6e65 6973 6974 6576 le.caseSensitive
00000005`47ff1130 6d41 6962 6e65 1474 6144 6174 6154 6c62 Ambient.DataTabl
00000005`47ff1140 2e65 6f4c 6163 656c 434c 4449 4419 7461 e.LocaleLCID.Dat
00000005`47ff1150 5461 6261 656c 4d2e 6e69 6d69 6d75 6143 aTable.MinimumCa
00000005`47ff1160 6170 6963 7974 4419 7461 5461 6261 656c pacity.DataTable
00000005`47ff1170 4e2e 7365 6574 4964 446e 7461 5361 7465 .NestedInDataSet
00000005`47ff1180 4412 7461 5461 6261 656c 542e 7079 4e65 .DataTable.TypeN
00000005`47ff1190 6d61 1b65 6144 6174 6154 6c62 2e65 6552 ame.DataTable.Re
00000005`47ff11a0 6570 7461 6261 656c 6c45 6d65 6e65 1c74 peatableElement.
00000005`47ff11b0 6144 6174 6154 6c62 2e65 7845 6574 646e DataTable.Extend
00000005`47ff11c0 6465 7250 706f 7265 6974 7365 4417 7461 edProperties.Dat
00000005`47ff11d0 5461 6261 656c 432e 6c6f 6d75 736e 432e aTable.Columns.C
00000005`47ff11e0 756f 746e 4421 7461 5461 6261 656c 442e ount!DataTable.D
00000005`47ff11f0 7461 4361 6c6f 6d75 5f6e 2e30 6f43 756c ataColumn_0.Colu
....
從 unicode 碼來看，貌似是一個 DataTable 的序列化，看樣子是序列化一個巨大的 DataTable 導致的記憶體暴漲，接下來我們到執行緒棧上找到有麼有類似的操作，算是碰碰運氣吧。
哈哈，從卦中看還真的有類似操作，用了 BinaryFormatter 做序列化。。。接下來觀察下這個 DataTable 的 RowCount。
0:013> !do 0000000002582cb8
Name: System.Data.DataRowCollection+DataRowTree
MethodTable: 00007ffea909d3f0
EEClass: 00007ffea8f1ef68
Size: 64(0x40) bytes
(C:\Windows\assembly\GAC_64\System.Data\2.0.0.0__b77a5c561934e089\System.Data.dll)
Fields:
MT Field Offset Type VT Attr Value Name
0000000000000000 4000765 8 SZARRAY 0 instance 000000000bc79d98 _pageTable
00007ffeb2831180 4000766 10 System.Int32[] 0 instance 000000000bc79fb8 _pageTableMap
00007ffeb28312d0 4000767 18 System.Int32 1 instance 42 _inUsePageCount
00007ffeb28312d0 4000768 1c System.Int32 1 instance 1 nextFreePageLine
00007ffeb28312d0 4000769 20 System.Int32 1 instance 1245312 root
00007ffeb28312d0 400076a 24 System.Int32 1 instance 17054 _version
00007ffeb28312d0 400076b 28 System.Int32 1 instance 17055 _inUseNodeCount
00007ffeb28312d0 400076c 2c System.Int32 1 instance 0 _inUseSatelliteTreeCount
00007ffea957b578 400076d 30 System.Int32 1 instance 2 _accessMethod
從卦中看當前的 _inUseNodeCount=1.7W ，這只是捕獲到的，相信還有更大的，也算是找到問題原因了。
三：總結
在和朋友溝通之後，朋友也確認了確實有大 DataTable 的情況，目前業務需求沒法繞過，不過在這種情況下也還是有辦法的，大致如下：
1. 強制 LOH 壓縮
雖然 LOH 上的物件移動會產生很大的記憶體流量，但適當的用一用壓縮也不失為一個簡單粗暴的辦法。
GCSettings.LargeObjectHeapCompactionMode = GCLargeObjectHeapCompactionMode.CompactOnce;
GC.Collect();
2. 分批次獲取
一次性獲取 1.7W 條，可以拆成諸如 2000 條一次，好處很明顯，可以充分利用 LOH 上留下來的空洞區。