Linux系列：如何用heaptrack跟踪.NET程序的非托管内存泄露
一：背景
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 上还是很好处理的，很多人知道开启一个 ust 即可，让操作系统帮忙介入，在linux上就相对复杂一点了，毕竟Linux系统是一个万物生的场地，没有一个人统管全局，在调试领域这块还是蛮大的一个弊端
二：案例分析
1. 一个小案例
这里我还是用之前的例子，对应的 C 代码 和 C#代码 如下：
C 代码
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#define BLOCK_SIZE (10 * 1024) // 每个块 10K
#define TOTAL_SIZE (1 * 1024 * 1024 * 1024) // 总计 1GB
#define BLOCKS (TOTAL_SIZE / BLOCK_SIZE) // 计算需要的块数
void heapmalloc()
{
uint8_t *blocks[BLOCKS]; // 存储每个块的指针
// 分配 1GB 内存，分成多个小块
for (size_t i = 0; i < BLOCKS; i++)
{
blocks[i] = (uint8_t *)malloc(BLOCK_SIZE);
if (blocks[i] == NULL)
{
printf("内存分配失败！\n");
return;
}
// 确保每个块都被实际占用
memset(blocks[i], 20, BLOCK_SIZE);
}
printf("已经分配 1GB 内存在堆上！\n");
}
C#代码
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，虽然只有非托管部分
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：
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，
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
已经分配 1GB 内存在堆上！
[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
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
root@ubuntu2404:/data/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# heaptrack_print heaptrack.dotnet.4368.zst > heaptrack.txt
真实的场景下肉眼观察 heaptrack.txt 是不大现实的，所以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
可以观察到执行 heapmalloc 方法的上层函数，给大家截图二张
稍微仔细看的话，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哪里
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？熟悉.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[-](查询持仓 · 开发文档 · jvQuant)
一般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：
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 寻找这个指令地址对应的C#方法名了[-](注册Token · 开发文档 · 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
到这里恍然大悟，然来调用路径为：CSharpApplication.Program.Main -> PInvoke -> heapmalloc ，至此真相大白