如何配置X86应用程序启用大地址模式（将用户态虚拟内存从2GB扩充到3GB），以解决用户态虚拟内存不够用问题？（项目实战案例解析）

对于32位程序，系统给程序进程分配4GB的虚拟内存，默认情况下，用户态虚拟内存占2GB，内核态虚拟内存占2GB。对于应用程序，业务代码基本都是运行在用户态中的，占用的是用户态的虚拟内存。可能会因为程序模块多占用的内存过大，也可能是程序中存在内存泄漏，导致程序进程占用的用户态虚拟内存达到或者接近2GB的上限，导致后续内存申请失败，或者产生Out of memory内存耗尽的异常。

如果是内存泄漏导致的，则要排查泄漏的原因，解决泄漏问题。

如果是程序业务模块过多，占用了大量的内存，使程序占用的用户态虚拟内存接近2GB（快达到2GB的上限），导致后续内存申请失败，则需要对程序占用的内存进行优化，减少程序对虚拟内存的占用。如果内存优化空间有限，仍然无法解决问题，则可以将程序的用户态虚拟内存从2GB扩充到3GB，将问题规避掉。

对于32程序，总的虚拟内存是4GB，默认情况下，用户态虚拟内存占2GB，内核态虚拟内存占2GB。如果将用户态虚拟内存由2GB扩充到3GB，则内核态虚拟内存会从2GB较少到1GB，即内核态虚拟内存就变小了，对运行在内核态的模块的执行效率会带来一定的影响，虽然这种影响不大。另外，尽量对虚拟内存进行优化，如果程序占用的虚拟内存较大，要频繁地在虚拟内存与物理内存之间切换，也会对程序的执行效率产生影响。

2、为什么不直接将程序做成64位的？

64位程序的虚拟内存到大的多，既然32位程序的虚拟内存有限，为什么不做成64位的呢？32位程序可以在32位操作系统中运行，也可以在64位操作系统中运行（64位系统兼容32位程序）。但64位程序只能在64系统中运行，无法在32位系统运行。

为了同时支持32位和64位操作系统，将程序都做成32位的，当然，有些软件做成了32位和64位两个版本，可以根据操作系统的位数，选择安装对应位数的程序。

如果要将程序做成64位的，则程序从上到下的所有模块都要编译成64位的，因为32位模块和64位模块是不同混在一起使用的，如果强行混在一起使用，程序会报错的。

**以64位Windows系统为例，64位系统是如何保证32位程序与64位都能正常运行的呢？**程序会依赖很多系统dll库，而32位程序只能依赖使用32位的dll库，64位程序也只能依赖使用64位的dll库。系统为了同时支持32位与64位程序的运行，提供了32位版本和64位版本的系统dll库：

1）C:\Windows\System32：64位系统dll库目录。

2）C:\Windows\SysWOW64：32位系统dll库目录。

系统在启动程序时会根据程序的位数，去选择加载对应位数的系统dll库。

方便大家理解和记忆，此处说一下C:\Windows\SysWOW64路径中的WOW64的含义，MSDN上对WOW64的解释如下：

WOW64 is the x86 emulator that allows Win32-based applications to run on 64-bit Windows. It is intended to run 32-bit personal productivity applications needed by software developers and administrators. It is not intended to run 32-bit server applications.

即WOW64的大致含义是，W-Win32，O-On，W64-Win64（64-bit Windows），32位程序运行在64系统上。

3、进程内存不足导致程序发生闪退的案例分析

3.1、问题说明

之前有客户反馈，我们的客户端软件在他们某台华为MATE笔记本电脑上运行时，会时不时地出现闪退问题（问题不是必现的）。程序闪退时并没有弹出崩溃的提示框（如果程序的异常捕获模块感知到程序发生了崩溃，会弹出一个崩溃提示框），说明程序中安装的异常捕获模块并没有感知到异常，所以没有生成dump文件，所以也就没法使用Windbg静态分析dump文件的方式去分析这个问题。

程序中安装的异常捕获模块，大概只能捕获到90%左右场景的异常，有少部分异常是捕捉不到的。对于异常捕获不到的场景，则需要使用其他方法排查分析，比如使用Windbg进行动态调试。

3.2、将Windbg附加到程序进程上进行动态调试

既然异常捕获模块没有感知到，我们只能将Windbg附加到程序进程上进行动态调试，即将Windbg附加到程序进程上，和程序一起跑，如果程序发生异常，Windbg会第一时间感知到并中断下来，这个时候我们就趁这个中断的机会，去查看函数调用堆栈去分析。

**但这个问题不是必现的，只能让客户每次启动程序时，都手动将Windbg附加到目标进程上，让Windbg跟着程序一起跑。**一旦问题复现，Windbg就会感知到并中断下来。

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3.3、动态调试的Windbg感知到了中断，中断在DebugBreak函数调用上

后来同事每次运行程序时都将Windbg附加到程序进程上，复现了问题，正在调试的Windbg中断了下来，发现中断在DebugBreak接口调用处，如下所示：

输入kn命令查看此时的函数调用堆栈：

正是DebugBreak接口就是让正在调试的进程中断下来的。DebugBreak是Windows API函数，从函数名称上也能看出来，该函数就是让正在调试的调试器中断下来，此时的中断确实是调用了DebugBreak引起的中断。

于是顺着函数调用堆栈向上看，问题是出在WebRTC开源库中的，然后根据函数调用堆栈中的函数，找到对应的C++源码，看到是代码中调用malloc申请动态内存时，申请内存失败，返回空指针NULL，然后引发DebugBreak的调用，具体流程可以对照下列代码看：

1）申请内存的malloc返回NULL：

2）malloc返回NULL，会执行到RTC_CHECK宏中的rtc_FatalMessage接口：

3）rtc_FatalMessage接口中紧接着调用到FatalLog接口：

4） FatalLog接口中调用了DebugBreak接口：

此外，我们在实际调试时发现，使用g命令将DebugBreak函数调用引发的中断跳过去，Windbg还会产生一次中断，是因为调用abort系统函数，abort函数的内部实现代码如下：

cpp 复制代码

/***
*void abort() - abort the current program by raising SIGABRT
*
*Purpose:
*   print out an abort message and raise the SIGABRT signal.  If the user
*   hasn't defined an abort handler routine, terminate the program
*   with exit status of 3 without cleaning up.
*
*   Multi-thread version does not raise SIGABRT -- this isn't supported
*   under multi-thread.
*******************************************************************************/
void __cdecl abort (
        void
        )
{
    _PHNDLR sigabrt_act = SIG_DFL;
 
#ifdef _DEBUG
    if (__abort_behavior & _WRITE_ABORT_MSG)
    {
        /* write the abort message */
        _NMSG_WRITE(_RT_ABORT);
    }
#endif  /* _DEBUG */
 
 
    /* Check if the user installed a handler for SIGABRT.
     * We need to read the user handler atomically in the case
     * another thread is aborting while we change the signal
     * handler.
     */
    sigabrt_act = __get_sigabrt();
    if (sigabrt_act != SIG_DFL)
    {
        raise(SIGABRT);
    }
 
    /* If there is no user handler for SIGABRT or if the user
     * handler returns, then exit from the program anyway
     */
    if (__abort_behavior & _CALL_REPORTFAULT)
    {
        _call_reportfault(_CRT_DEBUGGER_ABORT, STATUS_FATAL_APP_EXIT, EXCEPTION_NONCONTINUABLE);
    }
 
    /* If we don't want to call ReportFault, then we call _exit(3), which is the
     * same as invoking the default handler for SIGABRT
     */
    _exit(3);
}

abort函数内部是通过调用exit系统函数将当前进程强制退出的，但在退出之前会调用raise(SIGABRT)，该函数触发一个SIGABRT信号终止异常，如果当前正在调试状态，会让调试器中断下来。

3.4、malloc或new失败的可能原因分析

如果malloc申请内存失败，则会返回NULL；如果new申请内存失败，默认会抛出bad_alloc异常。那为啥会出现malloc或new操作失败的问题呢？之前我们总结过，一般malloc或new失败可能是以下几种原因导致的：

1）申请的内存过大，进程中没有这么大内存可用了

可能受一些异常数据的影响，申请了很大尺寸的内存。比如前段时间排查一个崩溃问题，当时因为数据有异常，一次性申请了9999*9999*4*2 = 762MB的堆内存，进程中没有这么大可用的堆内存了，所以申请失败了。
2）用户态的内存已经达到了上限，申请不到内存了

有可能是虚拟内存占用太多，也有可能代码中有内存泄露，导致用户态的虚拟内存被消耗完了。对于一个32程序，一个进程分配了4GB的虚拟地址空间，而用户态和内核态内存各占一半，即用户态的虚拟内存只有2GB，如果程序占用的虚拟内存比较大，比如接近2GB的用户虚拟内存了，再申请大的内存就会申请失败了。或者程序中有内存泄露，快要把用户态的2GB的虚拟内存给占用完了，再申请内存可能会申请失败的。
3）进程中的内存碎片过多

如果进程中在大量的new和delete，产生了大量的小块内存碎片，可用的内存被切割成一小块一小块的小内存块，如果要申请一块长度很长的内存，因为到处是内存碎片，没有这么一大块连续的可用内存，可能会导致内存申请失败的。
4）发生堆内存越界

堆内存被破坏，导致new操作产生异常（此时new不会返回NULL，会抛出异常）。我们可以在出问题的地方，对该处的new添加一个保护（但不可能对代码中所有new的地方都加这样的保护），我们通过添加try...catch去捕获new抛出的异常，并将异常码打印出来，如下所示：（下面的代码在循环申请内存，直到内存申请失败为止，主要用来测试用）
cpp 复制代码
#include <iostream>
using namespace std;
 
int main(){
    char *p;
    int i = 0;
    try
    {
        do{
            p = new char[10*1024*1024];
            i++;
            
            Sleep(5);
        }
        while(p);
    }
    catch(const std::exception& e)
    {
        std::cout << e.what() << "\n"
                    << "分配了" << i*10 << "M" << std::endl;
 
    }
    
    return 0;   
}

3.5、为什么没能生成dump文件？

现在我们再回过头去看看，程序发生闪退时为什么没有生成dump文件。上面已经分析出程序闪退的原因了，是因为WebRTC开源库中调用malloc申请内存失败（因为进程的用户态虚拟内部不够用了，没有足够空闲的内存可供分配了）返回空指针NULL，WebRTC认为申请内存失败了，业务没法正常跑下去了，认为是致命的，然后最终调用abort系统函数强行将当前进程终止的。

程序中只是调用malloc申请内存失败，然后调用abort强行终止进程，并没有产生C++异常或崩溃。并没有产生C++异常或崩溃，异常捕获模块是感知不到的，所以没生成dump文件的，这和运行时实际表现出来的现象是完全吻合的！

如果代码中不是调用malloc去动态申请内存，而是使用new去申请，则在申请不到内存时new内部会抛出bad_alloc异常，这个会导致程序崩溃的，异常捕获模块应该能感知到，会生成dump文件。

3.6、本例中malloc返回NULL的原因分析

在本例中排除了内存泄漏的可能，推测是程序占用的虚拟内存过多，接近程序用户态虚拟内存2GB的上限，导致后续申请内存时没有足够的内存可供分配了，所以申请内存失败！

我们软件之前的版本，没有使用WebRTC开源库，一直没有这个问题的。这个问题是在引入WebRTC开源库后才出现的，可能和引入的WebRTC有关系的。WebRTC开源库内部功能庞大，内部包含了大量的业务和逻辑，会占用大量的内存，按讲是不适合用在32位程序中，因为32位程序的用户态虚拟内存默认只有2GB，很有可能会出现用户态虚拟内存不够用的情况。

3.7、为啥有的机器不出现，只在个别电脑上出现？

为啥这个问题有的机器不出现，只在个别电脑上出现呢？可能和机器的硬件配置及操作系统版本有关系。不同版本的操作系统的内存管理机制可能是有差异的。WebRTC开源库内部会根据机器的配置及网络带宽，去动态地调整音视频编码的分辨率等参数，会消耗不同大小的内存。

4、程序用户态虚拟内存占用高导致不够用的解决办法

WebRTC开源库比较大，会消耗很多的内存，如何解决WebRTC占用大量虚拟内存的问题，有如下的方法。

4.1、修改WebRTC编译选项，减少内存占用

可以尝试修改WebRTC编译选项，对其进行裁剪缩编，释放出一些占用内存的代码，但这种做法降低内存的效果有限，因为WebRTC作为大型库本来就需要占用大量的内存资源。

WebRTC库的源码就有10多个GB，是个非常庞大的开源库，内部包含了大量的业务逻辑和功能，需要占用大量的内存！有些内存在库初始化的时候就申请了，即很多内存一上来就占用上了，而不是需要使用时再去申请。

4.2、将程序做成64位的

要将程序做成64位的，底层的模块都要编译成64位的，32位模块与64位模块是不同混在一起使用的。如果强行混在一起，则运行会报错的。程序底层包含了上百个模块，都要将代码移植到64位上，可能会遇到这样那样的问题，短时间内完成迁移，会产生很多bug的。

再就是我们的程序要兼容32位操作系统，目前只能做成32位的，没有人力去分别制作32位版本和64位版本。

即便可以将主程序做成64位的，64位程序的用户态虚拟内存非常大，可以"肆无忌惮"的使用。但占用的虚拟内存过大，在代码执行过程中虚拟内存要切换到物理内存上，会来回在虚拟内存与物理内存之间频繁地切换，也会影响程序的执行效率。此外，物理内存较小，也会影响虚拟内存到物理内存的切换，也会显著降低程序的运行速度。

4.3、使用多进程模式

但上述方法，在使用WebRTC开源库时可能有问题，如果要解码更多路数的视频，会占用更多的内存。可以考虑将WebRTC封装成进程，使用多进程的模式，主进程与WebRTC进程使用RPC方式进行接口的调用。像Chrome那样，搞多个进程，不同的进程处理不同的事务，可以将程序占用的内存分摊到不同的进程上。并且一个进程崩溃了，也不会影响到主进程，将崩溃的进程重新启动起来就好。

但多个进程之间需要通信，需要协同控制，控制不好也容易出问题。进程之间如何高效地的传递数据也是个问题，这都需要人力和技术去支撑。但多进程模式是比较稳妥的解决方案之一。

4.4、使用Visual Studio的链接选项，将用户态虚拟内存从2GB扩充到3GB（最终选择这个方法）

可以在Visual Studio链接选项中打开扩大用户态虚拟内存的选项/L largeAddressAware，如下所示：

这样可以将用户态虚拟内存扩到3GB，这样可以有效缓解内存不够用的问题。

32位进程只有4GB的虚拟内存，如果将用户态虚拟内存由2GB扩到3GB，内核态的虚拟内存应该会被压缩到1GB，这样会不会导致内核态的代码执行比较慢，导致程序的运行性能下降呢？可能运行性能会有一定的损失，但既然系统运行这种扩充用户态虚拟内存的方式，应该影响不会很大。这个方法简单快速，也不会引入新的bug，短期内最合适，所以最后选的是这个方法！

5、最后

在Visual Studio中修改链接选项，可以直接将用户态虚拟内存从2GB扩充到3GB，可以有效的规避内存不够用的问题。这种方法简单方便，可以快速地解决问题。但最根本的还是要对内存进行优化，尽量减少对内存的占用，也能提高程序的执行效率。当然优化代码的过程中，也可能会引入这样那样的bug，需要根据时间和工作量评估可行性。