Windbg分析高内存占用问题

程序员文章站 2022-07-15 14:21:36

...

作者：『圣杰』
出处：http://www.cnblogs.com/sheng-jie/
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Windbg分析高内存占用问题

1. 问题简介

最近产品发布大版本补丁更新，一商超客户升级后，反馈系统经常奔溃，导致超市的收银系统无法正常收银，现场排队付款的顾客更是抱怨声声。为了缓解现场的情况，客户都是手动回收IIS应用程序池才能解决。
Windbg分析高内存占用问题

这样的后果是很严重的，接到反馈，第一时间想到的是加内存吧，这样最快。但是客户从8G-->16G-->32G，只是延长了每次奔溃的时间，但是并没有解决系统卡顿的问题。到这里，也基本猜测了问题所在了，肯定是什么东西一直在吃内存且得不到释放。这种问题，也就只能打Dump分析了。

2. 打Dump

远程客户应用服务器，32G内存占用已经消耗了78%，而现场已经反馈收银系统接近奔溃了，要求先强制回收内存。反正也要奔溃了，先打Dump再说吧。
（PS：打Dump会挂起进程，导致应用无法响应！而打Dump的耗时，也是根据当时进程的内存占用有关，内存占用越大，耗时越久。）
打开任务管理器，选择对应的IIS进程，右键创建转储文件（Dump）。
Windbg分析高内存占用问题

结果，Dump文件是生成的，结果当分析的时候，发现Windbg提示Dump无效。说明Dump文件创建的有问题。观察任务管理器，发现内存占用一下就降下来了，原来是之前的进程直接奔溃了，重启了一个W3WP进程。

既然直接从任务管理器无法创建，就使用第三方工具收集Dump吧。经过Goggle，找到一款很好用的Dump收集工具ProcDump，是一个命令行应用，其主要用途是监视应用程序的CPU或内存峰值并在峰值期间生成Dump。

因为是高内存占用问题，我们使用以下命令来抓取dump：
（PS：可以使用进程名称，也可以使用进程ID来指定要创建Dump的进程。当有多个相同名称的进程时，必须使用进程ID来指定！）

procdump w3wp -m 20480 -o D:\Dumps （当内存超过20G时抓取一个w3wp进程的MiniDump）

上面就是我踩得第一个坑，因为默认抓取的是MiniDump，很快就抓下来，文件也很小，正在我得意的时候，Windbg加载Dump分析的时候，发现包含的信息很少，根本无法进行进一步的分析。

调整创建Dump的命令，添加-ma参数即可创建完整Dump。

procdump w3wp -ma -m 20480 -o D:\Dumps （当内存超过20G时抓取一个w3wp进程的完整Dump）

结果再一次，当内存占用到达20G，占比80%的时候，Dump再次创建失败，提示：Procdump Error writing dump file。再一次感觉到绝望。不过至少有错误提示，Google一把，果然存在天涯沦落人。Procdump Error writing dump file: 0x80070005 Error 0x80070005 (-2147024891): Access is denied。大致的意思是说，当90S内Dump文件没有成功创建的话（也就意外这w3wp进程被挂起了90s），IIS检测到w3wp进程挂起超过90s没有响应就会终止进程，重现创建一个新的进程。好嘛，真是处处是坑。

这个坑，也让我开始真正停下来思考问题。罗马不是一日建成的，内存也不是一下撑爆的。我干嘛死脑筋非要到内存占用超过80%才去打Dump呢呢呢？？？！

焕然大悟，如醍醐灌顶。

procdump w3wp -ma -m 8000 -o D:\Dumps （当内存超过8000M时抓取一个w3wp进程的完整Dump，并输出到D:\Dumps文件夹）

此时内存占用在40%左右，这次Dump终于成功创建了。

3..分析Dump

分析Dump，上WinDbg。如果对WinDbg不理解，可以看我这篇WinDbg学习笔记。

接下来就是一通命令乱敲，我尽量解释清晰。

0:000> !dumpheap -stat //检查当前所有托管类型的统计信息
....
00007ffdb9387a98   777101     69462436 System.Char[]
00007ffdb938c988   588917    115563505 System.Byte[]
00007ffdb9389220  1026406    119828936 System.Int32[]
00007ffdb93516a8   663559    128819040 System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.String, mscorlib],[System.Object, mscorlib]][]
00000218c6c30a80  6436865    197832116      Free
00007ffdae9cc240    23171    273333144 System.Collections.Generic.HashSet`1+Slot[[System.String, mscorlib]][]
00007ffdb9391f28 13885170    333244080 System.Boolean
00007ffd5c24a068 14003455    560138200 Kingdee.BOS.JSON.JSONArray
00007ffdb9386fc0 14373648   1393615400 System.Object[]
00007ffdb9386948 76146065   4000287202 System.String
Total 138435970 objects

使用dumpheap -stat命令查看当前所有托管类型的统计信息。从输出的结果来看：

其中占用内存最多当属System.String类型，接近4G的大小（是不是很吃惊？!）。
其次System.Object[]类型占有1.3G大小。
Kingdee.BOS.JSON.JSONArray类型也大概占用了560M。

我们首先来分析占用最多的System.String类型，看看有什么发现。

0:000> !dumpheap -mt 00007ffdb9386948 -min 200 //查看200byte以上的string
Address               MT     Size
...
0000021bcbaf5158 00007ffdb9386948     1140
0000021d375d1038 00007ffdb9386948   149698     
0000021d375f5920 00007ffdb9386948   149698     
0000021d3765b138 00007ffdb9386948   149706     
0000021d37f739c8 00007ffdb9386948   217120     
0000021d37fa8a08 00007ffdb9386948   190162     
0000021d38047330 00007ffdb9386948  1224698     
0000021d3829d348 00007ffdb9386948  1224698     
0000021d386bd678 00007ffdb9386948  2610994     
0000021d38bb8500 00007ffdb9386948  2610994

Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
00007ffdb9386948 10991 76632628 System.String
Total 10991 objects

从上面的输出可以发现：

单个System.String类型最大占用2M以上。
超过200byte的字节的大小的System.String总大小也不过76M。（所以我们也不必深究大的String对象。）

那我们索性挑一个小点的对象来看看存储的是什么字符串，来满足一下我们的好奇心。

0.000> !do 0000021bcbaf5158 //使用!do命令查看一个对象的内容
Name:        System.String
MethodTable: 00007ffdb9386948
EEClass:     00007ffdb8c850e0
Size:        1140(0x474) bytes
File:        C:\Windows\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
String:      5b13710029d012False2052_T_BD_MATERIAL_MATERIAL.FAuxPropertyIdFBaseUnitIdFCategoryIDFChargeIDFCheckIncomingFDefaultVendorFErpClsIDFInvPtyIdFIsAffectPlanFIsAffectPlan1FIsBatchManageFIsComControlFIsEnableFIsEnable1FIsExpParToFlotFIsInventoryFIsPRFIsReturnMaterialFIsSourceControlFIsVmiBusinessFNameFNumberFPlanModeFPurchasePriceUnitIdFPurchaseUnitIdFPurPriceURNomFPurPriceURNumFPurURNomFPurURNumFReceiveAdvanceDaysFReceiveDelayDaysFReceiveMaxScaleFReceiveMinScaleFSalePriceUnitIdFSaleUnitIdFSpecificationFStockIdFStockPlaceIdFStoreUnitIDFTaxTypeFUseOrgId111193
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffdb9389288  400026f        8         System.Int32  1 instance              557 m_stringLength
00007ffdb9387b00  4000270        c          System.Char  1 instance               35 m_firstChar
00007ffdb9386948  4000274       90        System.String  0   shared           static Empty
                                 >> Domain:Value  00000218c6c4d220:NotInit  0000021d52d81840:NotInit  <<

似乎是基础资料字段信息。那接下来使用!gcroot命令查看其对应的GC根，看看到底是什么对象持有其引用，导致占用内存得不到释放。

0:000> !gcroot 0000021bcbaf5158 //使用!gcroot 查看一个对象的gc根
HandleTable:
    00000218c6ff15e8 (pinned handle)
    -> 0000021cc75ebe68 System.Object[]
    -> 0000021bc7629a10 Kingdee.BOS.Cache.KCacheManagerFactory
    -> 0000021bc7629ab8 System.Collections.Generic.Dictionary`2[[System.String, mscorlib],[Kingdee.BOS.Cache.AbstractKCacheManager, Kingdee.BOS]]
    -> 0000021c4da6fa48 System.Collections.Generic.Dictionary`2+Entry[[System.String, mscorlib],[Kingdee.BOS.Cache.AbstractKCacheManager, Kingdee.BOS]][]
    -> 00000218c83861b8 Kingdee.BOS.Cache.KCacheManager
    -> 00000218c8386630 Kingdee.BOS.Cache.ECache.ECacheManager
    -> 00000218c83866e8 System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary`2[[System.String, mscorlib],[System.Collections.Generic.HashSet`1[[System.String, mscorlib]], System.Core]]
    -> 0000021bcbae0c70 System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary`2+Tables[[System.String, mscorlib],[System.Collections.Generic.HashSet`1[[System.String, mscorlib]], System.Core]]
    -> 0000021bcbad0128 System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary`2+Node[[System.String, mscorlib],[System.Collections.Generic.HashSet`1[[System.String, mscorlib]], System.Core]][]
    -> 0000021bcbb34bf8 System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary`2+Node[[System.String, mscorlib],[System.Collections.Generic.HashSet`1[[System.String, mscorlib]], System.Core]]
    -> 0000021bcbada790 System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary`2+Node[[System.String, mscorlib],[System.Collections.Generic.HashSet`1[[System.String, mscorlib]], System.Core]]
    -> 0000021a49766460 System.Collections.Generic.HashSet`1[[System.String, mscorlib]]
    -> 00000219540976b0 System.Collections.Generic.HashSet`1+Slot[[System.String, mscorlib]][]
    -> 0000021bcbaf5158 System.String

Found 1 unique roots (run ‘!GCRoot -all’ to see all roots).

从以上输出可以看出：

该String类型被一个Hashset所持有。
从Cache关键字可以看出该String类型是被缓存所持有。

分析到这里，我们大致可以得出一个结论：

String类型占用4G内存，绝大多数是由缓存所占用，才导致String类型得不到释放。

那我们是不是可以猜测内存占用持续走高是不是被缓存撑爆的呢？。

带着这个疑问我们来继续分析下Kingdee.BOS.JSON.JSONArray类型。

0:000> !dumpheap -mt 00007ffd5c24a068 //输出托管堆上的所有JSONArray对象
         Address               MT     Size
....
0000021975972b48 00007ffd5c24a068       40     
00000218c933f060 00007ffd5c24a068       40     
00000218c7605990 00007ffd5c24a068       40     
00000218c7605af0 00007ffd5c24a068       40     
00000218c7605c50 00007ffd5c24a068       40     
00000218c7605e18 00007ffd5c24a068       40     
00000218c7605fa0 00007ffd5c24a068       40     
00000218c7606198 00007ffd5c24a068       40     
00000218c7606338 00007ffd5c24a068       40     
00000218c76064b0 00007ffd5c24a068       40     
User interrupt.

从输出结果来看：

满屏都是40byte的JSONArray。只能使用Ctrl+Break命令中止输出。

但为了保险期间，我们来验证下有没有100byte以上的JSONArray。

0:000> !dumpheap -mt 00007ffd5c24a068 -min 100
         Address               MT     Size

Statistics:
MT Count TotalSize Class Name
Total 0 objects

这时我们可以大胆猜测所有的JSONArray对象都是40byte。从而可以得出另一个猜测占用560M内存的JSONArray，都具有相似的对象结构。接下来我们来验证这个猜测。随机选择几个对象，看看其内容具体是什么。

0:000> !DumpObj /d 0000021975972b48  //查看第一个JSONArray
Name:        System.Object[]
MethodTable: 00007ffdb9386fc0
EEClass:     00007ffdb8d4aa00
Size:        88(0x58) bytes
Array:       Rank 1, Number of elements 8, Type CLASS (Print Array)
Fields:
None

从输出可以看出：

JSONArray实质是System.Object[]类型。
对应的MethodTable: 00007ffdb9386fc0。

如果你记性好的话，我们应当还记得占用内存第二多的就是这个System.Object[]类型，占用1.3G。翻到上面，你可以发现其MethodTable和上面的统计信息是一致的。
（PS：到这里我们是不是可以猜测：System.Object[]占用的内存无法释放，就是由于被JSONArray持有引用导致的呢？）

既然是数组，就使用!DumpArray 命令来解开数组的面纱。

0:000> !DumpArray /d 0000021975972b48 
Name:        System.Object[]
MethodTable: 00007ffdb9386fc0
EEClass:     00007ffdb8d4aa00
Size:        88(0x58) bytes
Array:       Rank 1, Number of elements 8, Type CLASS
Element Methodtable: 00007ffdb9386f28
[0] 0000021975972a08
[1] 0000021975972a70
[2] 0000021975972a40
[3] 0000021ac75e87b8
[4] 0000021975972b10
[5] 0000021975972ba0
[6] null
[7] null
0:000> !DumpObj /d 0000021975972a08
Name:        System.String
MethodTable: 00007ffdb9386948
EEClass:     00007ffdb8c850e0
Size:        54(0x36) bytes
File:        C:\Windows\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
String:      555d8ca25a6261
Fields:7
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffdb9389288  400026f        8         System.Int32  1 instance               14 m_stringLength
00007ffdb9387b00  4000270        c          System.Char  1 instance               35 m_firstChar
00007ffdb9386948  4000274       90        System.String  0   shared           static Empty
                                 >> Domain:Value  00000218c6c4d220:NotInit  0000021d52d81840:NotInit  <<

从以上输出可以看出，其共有8个子项，我们再随机挑几个子项看看是什么内容。

0:000> !DumpObj /d 0000021975972a70
Name:        System.String
MethodTable: 00007ffdb9386948
EEClass:     00007ffdb8c850e0
Size:        42(0x2a) bytes
File:        C:\Windows\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
String:      FHTZDLB
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffdb9389288  400026f        8         System.Int32  1 instance                8 m_stringLength
00007ffdb9387b00  4000270        c          System.Char  1 instance               50 m_firstChar
00007ffdb9386948  4000274       90        System.String  0   shared           static Empty
                                 >> Domain:Value  00000218c6c4d220:NotInit  0000021d52d81840:NotInit  <<
0:000> !DumpObj /d 0000021975972a40
Name:        System.String
MethodTable: 00007ffdb9386948
EEClass:     00007ffdb8c850e0
Size:        42(0x2a) bytes
File:        C:\Windows\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
String:      发货通知单列表
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffdb9389288  400026f        8         System.Int32  1 instance                8 m_stringLength
00007ffdb9387b00  4000270        c          System.Char  1 instance             6279 m_firstChar
00007ffdb9386948  4000274       90        System.String  0   shared           static Empty
                                 >> Domain:Value  00000218c6c4d220:NotInit  0000021d52d81840:NotInit  <<

我们可以看到一个字符串内容是FHTZDLB，另一个是发货通知单列表。看到这，我立马就条件反射的想到，这不就是我们的菜单信息嘛。为了验证我的想法，连续查看几个JSONArray，都是相似的内容。

这时，我们继续发扬敢猜敢做的精神。是不是内存被菜单缓存撑爆的？！

为了验证这一猜测，我们继续从Dump中寻找佐证。使用~* e!clrstack来看看所有线程的调用堆栈吧。

0:000> ~* e!clrstack
OS Thread Id: 0x11dc (0)
Unable to walk the managed stack. The current thread is likely not a 
managed thread. You can run !threads to get a list of managed threads in
the process
Failed to start stack walk: 80070057
OS Thread Id: 0x2b2c (28)
        Child SP               IP Call Site
00000076cff7ecc8 00007ffdca2e6bf4 [HelperMethodFrame_1OBJ: 00000076cff7ecc8] System.Threading.WaitHandle.WaitMultiple(System.Threading.WaitHandle[], Int32, Boolean, Boolean)
00000076cff7ee00 00007ffdb91af67c System.Threading.WaitHandle.WaitAny(System.Threading.WaitHandle[], Int32, Boolean) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\waithandle.cs @ 454]
00000076cff7ee60 00007ffdb201b2fb System.Net.TimerThread.ThreadProc()
00000076cff7ef10 00007ffdb915ca72 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\executioncontext.cs @ 954]
00000076cff7efe0 00007ffdb915c904 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\executioncontext.cs @ 902]
00000076cff7f010 00007ffdb915c8c2 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\executioncontext.cs @ 891]
00000076cff7f060 00007ffdb9196472 System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart() [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\thread.cs @ 111]
00000076cff7f2b8 00007ffdbb4f6793 [GCFrame: 00000076cff7f2b8] 
00000076cff7f608 00007ffdbb4f6793 [DebuggerU2MCatchHandlerFrame: 00000076cff7f608] 
00000076cff7f798 00007ffdbb4f6793 [ContextTransitionFrame: 00000076cff7f798] 
00000076cff7f9c8 00007ffdbb4f6793 [DebuggerU2MCatchHandlerFrame: 00000076cff7f9c8]

OS Thread Id: 0x1bd4 (133)
Child SP IP Call Site
GetFrameContext failed: 1
0000000000000000 0000000000000000
OS Thread Id: 0x1a98 (134)
Child SP IP Call Site
00000076dbdbcc88 00007ffdca2e6124 [InlinedCallFrame: 00000076dbdbcc88] .SNIReadSyncOverAsync(SNI_ConnWrapper, SNI_Packet**, Int32)
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00000076dbf7db30 00007ffdac1a373e *** WARNING: Unable to verify checksum for System.Web.ni.dll
System.Web.HttpApplication+CallHandlerExecutionStep.System.Web.HttpApplication.IExecutionStep.Execute()
00000076dbf7dbc0 00007ffdac1633fb System.Web.HttpApplication.ExecuteStep(IExecutionStep, Boolean ByRef)
00000076dbf7dc10 00007ffdac178220 System.Web.HttpApplication+PipelineStepManager.ResumeSteps(System.Exception)
00000076dbf7dd70 00007ffdac163f79 System.Web.HttpApplication.BeginProcessRequestNotification(System.Web.HttpContext, System.AsyncCallback)
00000076dbf7ddc0 00007ffdac1766c3 System.Web.HttpRuntime.ProcessRequestNotificationPrivate(System.Web.Hosting.IIS7WorkerRequest, System.Web.HttpContext)
00000076dbf7de40 00007ffdac165398 System.Web.Hosting.PipelineRuntime.ProcessRequestNotificationHelper(IntPtr, IntPtr, IntPtr, Int32)
00000076dbf7e000 00007ffdac164f63 System.Web.Hosting.PipelineRuntime.ProcessRequestNotification(IntPtr, IntPtr, IntPtr, Int32)
00000076dbf7e040 00007ffdac8646ba DomainNeutralILStubClass.IL_STUB_ReversePInvoke(Int64, Int64, Int64, Int32)
00000076dbf7e8b0 00007ffdbb4f21fe [InlinedCallFrame: 00000076dbf7e8b0] System.Web.Hosting.UnsafeIISMethods.MgdIndicateCompletion(IntPtr, System.Web.RequestNotificationStatus ByRef)
00000076dbf7e8b0 00007ffdac1d2dde [InlinedCallFrame: 00000076dbf7e8b0] System.Web.Hosting.UnsafeIISMethods.MgdIndicateCompletion(IntPtr, System.Web.RequestNotificationStatus ByRef)
00000076dbf7e880 00007ffdac1d2dde DomainNeutralILStubClass.IL_STUB_PInvoke(IntPtr, System.Web.RequestNotificationStatus ByRef)
00000076dbf7e940 00007ffdac16556f System.Web.Hosting.PipelineRuntime.ProcessRequestNotificationHelper(IntPtr, IntPtr, IntPtr, Int32)
00000076dbf7eb00 00007ffdac164f63 System.Web.Hosting.PipelineRuntime.ProcessRequestNotification(IntPtr, IntPtr, IntPtr, Int32)
00000076dbf7eb40 00007ffdac8646ba DomainNeutralILStubClass.IL_STUB_ReversePInvoke(Int64, Int64, Int64, Int32)
00000076dbf7ed18 00007ffdbb4f2453 [ContextTransitionFrame: 00000076dbf7ed18]

通过仔细比对发现这么一条Kingdee.BOS.App.Core.MainConsole.MainConsoleServer.GetMenuArrayForCache(Kingdee.BOS.Context)调用堆栈。从方法命名来看，像是用来获取菜单数组并缓存。结合前后堆栈的联系，我们可以大致得出这样一个线索：用户使用WebApi登录后会缓存一份独立的菜单供用户使用。

有了代码堆栈，接下来知道怎么干了吧？当然是核实源代码确定问题啊。

4. 分析源码验证问题

Kingdee.BOS.App.Core.MainConsole.MainConsoleServer.GetMenuArrayForCache(Kingdee.BOS.Context)方法源代码如下：
Windbg分析高内存占用问题

我们发现它是用的UserToken来缓存用户菜单。看到Token，你可能就会条件反射的想到其生命周期。是的，聪明贤惠如你，Token是有生命周期的。也就意味着Token过期后，下次登录还会再次缓存一份菜单。你可能会问Token过期后没有去清对应的菜单缓存吗？是的，并没有。

严谨的你，可能又会问Token多久过期？20mins。你眼珠子一转，接着问，满打满算，一个用户1个小时也就申请3次Token，24小时，也就申请72个Token，一个菜单缓存也就顶多1K，所以一个用户一天也就最多占用72K。你的网站得有多少并发，才能被这么多菜单缓存撑爆啊？！

Good Question！！！

是的，客户的应用场景的并发也就顶多几百而已。那到底是什么导致如此多的菜单缓存呢？

原因是，客户的第三方客户端使用WebApi与我们的系统对接。而每次调用WebApi时都会先去调用登录接口，但却未保存会话信息。也就是说，客户第三方客户端每次的WebApi调用都会产生一个新的Token。那如果有成千上万的WebApi请求，也就意味着成千上万的菜单缓存啊。

好了，点到为止。至此，已经基本定位到问题的根源了。

5. 最后

也许很多同学没有接触过WinDbg，觉得其是一个复杂的工具。其实通过本文的案例讲解，其无非是通过一系列常见的命令来进行问题跟踪来定位问题。

最后来简单总结下，Windbg分析问题的步骤：

创建完整Dump文件
Windbg加载Dump文件
根据不同问题类型，使用相关的命令进行分析
耐心分析，抽丝剥茧
边分析边猜测边验证
结合源码验证猜想
修复验证

Windbg分析高内存占用问题

1. 问题简介

2. 打Dump

3..分析Dump

4. 分析源码验证问题

5. 最后

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