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

C 复制代码

#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

C# 复制代码

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：

bash 复制代码

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，

bash 复制代码

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。

bash 复制代码

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。

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：

bash 复制代码

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。

C# 复制代码

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。

三：总结

Linux 上的调试总觉得少了一位总管太监，能分析 非托管内存的工具 不鸟dotnet，同样的，能分析 dotnet托管内存的工具 也不鸟非托管内存，大家各自为政。。。让习惯使用通杀一切的windbg使用者太不可思议了。