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.NET 某流媒体独角兽 API 句柄泄漏分析

博客园: 一线码农技术文章2021/9/5 12:36:31

一:背景

1. 讲故事

上上周有位朋友找到我,说他的程序CPU和句柄都在不断的增长,无回头趋势,查了好些天也没什么进展,特加wx寻求帮助,截图如下:


看的出来这位朋友也是非常郁闷,出问题还出两个,气人哈,关于 cpu 爆高的问题我准备单独用一篇文章去侦读,这篇就先聊聊 句柄泄漏 的问题,毕竟写了20多篇,也是第一次聊到 handle 泄露,有点意思哈。

2. 什么是句柄

我个人理解的句柄:就是在托管层持有了一个对非托管层资源的引用,有了这个引用,我们就可以强制回收非托管资源,那什么是非托管资源? 我个人的理解是 gc 管不到的地方都是 非托管资源

通常包含这种句柄的类有: FileStream, Socket 等,如果大家有这个前置基础,接下来就可以用 windbg 去分析啦!

二: windbg 分析

1. 看问题表象

朋友从 任务管理器 中看到 handle =8770,那就说明程序中有 8770 个对非托管资源持有句柄,那怎么去看呢? 在说这个之前,大家有没有遇到这种现象,就是不管程序怎么泄漏,只要我们退出exe,那么所有的资源都会被神奇的 释放, 不管是托管资源还是非托管资源,这样说相信有很有朋友好奇这是怎么实现的??? 大家可以先想 10s。

揭晓答案啦! 简单的说, CLR 在内部维护了一张句柄表,当程序关闭时,CLR会强制释放句柄表中的所有句柄,那问题就简单了,既然 CLR 能触达,我相信通过 windbg 也能做到,对,就是通过 !gchandles 命令。

2. 查看句柄表

这里提醒一下,!gchandles 的作用域是 AppDomain,而不是 Process,接下来看一下命令输出:

0:000> !gchandles -stat
Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
...00007ffccc1d2360        3       262280 System.Byte[]00007ffccc116610       72       313224 System.Object[]00007ffccc3814a0     8246       593712 System.Threading.OverlappedData
Total 10738 objects

Handles:
    Strong Handles:       312
    Pinned Handles:       18
    Async Pinned Handles: 8246
    Ref Count Handles:    1
    Weak Long Handles:    2080
    Weak Short Handles:   59
    Dependent Handles:    22

从输出看,有一组数据特别刺眼,那就是: Async Pinned Handles = 8246 [System.Threading.OverlappedData],这是什么意思呢? 从英文名就能看出这是一个和 异步IO 相关的句柄,有些朋友应该知道,在异步IO的过程中,会有一个 byte[] 被 pinned 住,同时还有一个异步IO的上下文对象 OverlappedData

接下来的一个问题是:既然是异步IO,那它的 handle 是什么类型,如前面所说是 FileStream 还是 Socket ? 要想找出答案,就需要深挖 OverlappedData 对象,相关的命令是: !dumpheap -mt xxx  & !do ... ,参考如下:

0:000> !DumpHeap /d -mt 00007ffccc3814a0
         Address               MT     Size000001aa2acb39c8 00007ffccc3814a0       72     000001aa2acb3fd8 00007ffccc3814a0       72     000001aa2ad323d0 00007ffccc3814a0       72     ...0:000> !do 000001aa2acb39c8
Name:        System.Threading.OverlappedData
MethodTable: 00007ffccc3814a0
EEClass:     00007ffccc37ca18
Size:        72(0x48) bytes
File:        C:\xxx\xxx\vms_210819\System.Private.CoreLib.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name00007ffccc21f508  40006b2        8  System.IAsyncResult  0 instance 0000000000000000 _asyncResult00007ffccc110ae8  40006b3       10        System.Object  0 instance 000001aa2acb4020 _callback00007ffccc381150  40006b4       18 ...eading.Overlapped  0 instance 000001aa2acb3980 _overlapped00007ffccc110ae8  40006b5       20        System.Object  0 instance 000001aa2acb9fe8 _userObject00007ffccc11f130  40006b6       28                  PTR  0 instance 000001aa2a9bd830 _pNativeOverlapped00007ffccc11ecc0  40006b7       30        System.IntPtr  1 instance 0000000000000000 _eventHandle0:000> !DumpObj /d 000001aa2acb3980
Name:        System.Threading.ThreadPoolBoundHandleOverlapped
MethodTable: 00007ffccc3812a0
EEClass:     00007ffccc37c9a0
Size:        72(0x48) bytes
File:        C:\xxx\xxx\vms_210819\System.Private.CoreLib.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name00007ffccc3814a0  40006ba        8 ...ng.OverlappedData  0 instance 000001aa2acb39c8 _overlappedData00007ffccc34fcd0  40006a4       10 ...ompletionCallback  0 instance 000001aa2acb3920 _userCallback00007ffccc110ae8  40006a5       18        System.Object  0 instance 000001aa2acb38c8 _userState00007ffccc380120  40006a6       20 ...locatedOverlapped  0 instance 000001aa2acb3960 _preAllocated00007ffccc11f130  40006a7       30                  PTR  0 instance 000001aa2a9bd830 _nativeOverlapped00007ffccc380eb8  40006a8       28 ...adPoolBoundHandle  0 instance 000001aa2acb3900 _boundHandle00007ffccc1171c8  40006a9       38       System.Boolean  1 instance                0 _completed00007ffccc34fcd0  40006a3      458 ...ompletionCallback  0   static 000001aa2acb4020 s_completionCallback0:000> !DumpObj /d 000001aa2acb3900
Name:        System.Threading.ThreadPoolBoundHandle
MethodTable: 00007ffccc380eb8
EEClass:     00007ffccc37c870
Size:        32(0x20) bytes
File:        C:\xxx\xxx\vms_210819\System.Private.CoreLib.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name00007ffccc1d76b0  40006a1        8 ...rvices.SafeHandle  0 instance 000001aa2acb1d30 _handle00007ffccc1171c8  40006a2       10       System.Boolean  1 instance                0 _isDisposed0:000> !DumpObj /d 000001aa2acb1d30
Name:        Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle
MethodTable: 00007ffccc3807c8
EEClass:     00007ffccc37c548
Size:        48(0x30) bytes
File:        C:\xxx\xxx\xxx\System.Private.CoreLib.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name00007ffccc11ecc0  4000bb4        8        System.IntPtr  1 instance 0000000000000428 handle00007ffccc11b1e8  4000bb5       10         System.Int32  1 instance                4 _state00007ffccc1171c8  4000bb6       14       System.Boolean  1 instance                1 _ownsHandle00007ffccc1171c8  4000bb7       15       System.Boolean  1 instance                1 _fullyInitialized00007ffccc2f1ae0  4001c3d       20 ...Private.CoreLib]]  1 instance 000001aa2acb1d50 _isAsync00007ffccc380eb8  4001c3e       18 ...adPoolBoundHandle  0 instance 0000000000000000 <ThreadPoolBinding>k__BackingField

上面倒数第五行的 0000000000000428 就是具体的 handle 值,接下来就可以用 !handle 命令查看其值的具体信息。

0:000> !handle 0000000000000428 7Handle 428
  Type         	File
  Attributes   	0
  GrantedAccess0x100081:
         Synch
         Read/List,ReadAttr
  HandleCount  	2
  PointerCount 	65489

Type:File 可以看出,原来这 8000 多都是文件句柄哈。。。

写到这里貌似就到了死胡同了😪😪😪,虽然挖了一些信息,但这些信息还不足以让我找到问题根源,从引用链上来说,gchandles 中的这些对象是处于引用链的顶端,换句话说,我需要找到这条引用链下游的一些数据对象,一个好的入口点就是到 heap 中去挖。

3. 从托管堆找 OverlappedData 的徒孙辈

首先我们用 !dumpheap -stat 查看下托管堆。

0:000> !dumpheap -stat
Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
...00007ffccc3c5e18   939360     52604160 System.Collections.Generic.SortedSet`1+Node[[System.Collections.Generic.KeyValuePair`2[[System.String, System.Private.CoreLib],[System.String, System.Private.CoreLib]], System.Private.CoreLib]]00007ffccc1d2360    16492     69081162 System.Byte[]000001aa2a99af00    10365     76689384      Free00007ffccc1d1e18  1904987    116290870 System.String

既然是找引用链下游,那就从基础类型 System.String 或者 System.Byte[] 入手,这里我就选择前者,写了一个对 mt 下所有 address 进行分组统计的脚本,毕竟人肉是不可能的,从脚本的输出中我抽了几个 address 查看 !gcroot,大概都是类似这样的内容。

0:000> !gcroot 000001aa47a0c030
HandleTable:    000001AA4469C090 (async pinned handle)
    -> 000001AA491EB908 System.Threading.OverlappedData
    -> 000001AA491EB8C0 System.Threading.ThreadPoolBoundHandleOverlapped
    -> 000001AA491EB860 System.Threading.IOCompletionCallback
    -> 000001AA491EAF30 System.IO.FileSystemWatcher
    -> 000001AA491EB458 System.IO.FileSystemEventHandler
    ...
    -> 000001AA47A0C030 System.String0:000> !gcroot 000001aa2d3ea480
HandleTable:    000001AA28FE9930 (async pinned handle)
    -> 000001AA2DD68220 System.Threading.OverlappedData
    -> 000001AA2DD681D8 System.Threading.ThreadPoolBoundHandleOverlapped
    -> 000001AA2DD68178 System.Threading.IOCompletionCallback
    -> 000001AA2DD67848 System.IO.FileSystemWatcher
    ...
    -> 000001AA2D3EA480 System.String

从整个引用链来看,里面都有一个 System.IO.FileSystemWatcher ,这和前面分析的 handle= File 是一致的,然后就是导出这些 string ,发现大部分都是和 appSettings 相关,如下所示:

string: appSettings:RabbitMQLogQueuestring: appSettings:MedicalMediaServerIPstring: appSettings:UseHttps
...

然后用 !strings 命令进行了模糊匹配,发现这样的string 高达 61w 。。。

到这里基本就能断定:appsettings 被 watch 了,但 watch 的方式有问题。。。

4. 寻找最终答案

将调查结果给了朋友之后,让朋友着重观察下对 appsetting 进行 watch 的方式是否有问题? 几个小时后,朋友终于找到了。


大概意思是说:本身已经通过设置 reloadOnChange=true 对 appsetings 进行了监控,但写码的人对这一块不熟悉,又通过每10s一次轮询对appsettings进行数据感知,问题就出现在这里。。。

三:总结

其实本次事故的主要原因还是在于对如何实时感知 appsettings 中最新数据的玩法不熟悉,一边用了 .netcore 自带的 reloadOnChange 监控,一边还用轮询的方式进行数据感知,所以说基础还是很重要的,不要想当然的去写!