大家好，我是本期的微软 MVP 实验室研究员——冯辉。本篇文章主要介绍如何利用Windbg分析应用进程中的内存问题，从托管堆到非托管堆的探索以及到内存的分配，接下来我们一起来探索吧。

近期有几位朋友使用我们的Magicodes.IE反馈在导出过程中内存暴涨，接下来我们通过Windbg来看一下什么原因导致的。

我们先通过address -summary来看一下当前应用内存占用量。

0:000> !address -summary--- Usage Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
Free                                    581     7df8`ef0c9000 ( 125.972 TB)           98.42%
<unknown>                              1678      206`ffb9e000 (   2.027 TB)  99.99%    1.58%
Image                                   950        0`064fd000 ( 100.988 MB)   0.00%    0.00%
Heap                                     58        0`050f6000 (  80.961 MB)   0.00%    0.00%
Stack                                   156        0`04380000 (  67.500 MB)   0.00%    0.00%
Other                                    11        0`019ad000 (  25.676 MB)   0.00%    0.00%
TEB                                      52        0`00068000 ( 416.000 kB)   0.00%    0.00%
PEB                                       1        0`00001000 (   4.000 kB)   0.00%    0.00%--- Type Summary (for busy) ------ RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_MAPPED                              282      200`038a6000 (   2.000 TB)  98.64%    1.56%
MEM_PRIVATE                            1674        7`07184000 (  28.111 GB)   1.35%    0.02%
MEM_IMAGE                               950        0`064fd000 ( 100.988 MB)   0.00%    0.00%--- State Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_FREE                                581     7df8`ef0c9000 ( 125.972 TB)           98.42%
MEM_RESERVE                             295      205`f8659000 (   2.023 TB)  99.79%    1.58%
MEM_COMMIT                             2611        1`188ce000 (   4.384 GB)   0.21%    0.00%--- Protect Summary (for commit) - RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
PAGE_READWRITE                         1595        1`0dc6c000 (   4.215 GB)   0.20%    0.00%
PAGE_EXECUTE_READ                       156        0`04d66000 (  77.398 MB)   0.00%    0.00%
PAGE_READONLY                           600        0`03851000 (  56.316 MB)   0.00%    0.00%
PAGE_NOACCESS                            99        0`021f2000 (  33.945 MB)   0.00%    0.00%
PAGE_EXECUTE_READWRITE                   19        0`0027b000 (   2.480 MB)   0.00%    0.00%
PAGE_WRITECOPY                           90        0`001a0000 (   1.625 MB)   0.00%    0.00%
PAGE_READWRITE | PAGE_GUARD              52        0`0009e000 ( 632.000 kB)   0.00%    0.00%--- Largest Region by Usage ----------- Base Address -------- Region Size ----------
Free                                    189`0413c000     7c6b`01ed4000 ( 124.418 TB)
<unknown>                              7dfb`2a153000      1f9`bd2ef000 (   1.976 TB)
Image                                  7ffc`883c1000        0`009ba000 (   9.727 MB)
Heap                                    183`0e9a1000        0`00f01000 (  15.004 MB)
Stack                                    37`62980000        0`0017b000 (   1.480 MB)
Other                                   183`77707000        0`01775000 (  23.457 MB)
TEB                                      37`62600000        0`00002000 (   8.000 kB)
PEB                                      37`627dd000        0`00001000 (   4.000 kB)

MEM_COMMIT占用了4.384G，接下来我们利用eeheap -gc来检查托管堆。

0:000> !eeheap -gc
GC Allocated Heap Size:    Size: 0x11ac2568 (296494440) bytes.
GC Committed Heap Size:    Size: 0x120e7000 (302936064) bytes.

根据这些内存来看，似乎问题不是这里，大量的内存还是出现在非托管。我们利用Windows NT堆来看一下，其实在Windows中大多数的用户堆分配器都在ntdll.dll中的NT堆管理器API（RtlAllocateHeap/RtlFreeHeap）上建立，比如说C中的malloc/free和new/delete，另外还有COM框架中的SysAllocString以及在Win32中的LocalAlloc、GlobalAlloc和HeapAlloc，虽然说这些分配器都会创建不同的堆来存储它们的内存，但是他们最终都要调用ntdll.dll中的NT堆来实现。

0:000> !heap -s************************************************************************************************************************NT HEAP STATS BELOW
************************************************************************************************************************
NtGlobalFlag enables following debugging aids for new heaps:stack back traces
LFH Key                   : 0x7cfd4cc2db4ddb4d
Termination on corruption : ENABLEDHeap     Flags   Reserv  Commit  Virt   Free  List   UCR  Virt  Lock  Fast (k)     (k)    (k)     (k) length      blocks cont. heap
-------------------------------------------------------------------------------------
0000018378fd0000 08000002   65128  15296  64928   1720   177    17    2      c   LFHExternal fragmentation  11 % (177 free blocks)
00000183775c0000 08008000      64      4     64      2     1     1    0      0
000001837aa90000 08001002    1280    108   1080     26     3     2    0      0   LFH
000001837ad20000 08001002      60      8     60      2     1     1    0      0
000001837aca0000 08041002      60      8     60      5     1     1    0      0
000001887bfd0000 08001002      60     20     60      1     2     1    0      0
000001830cf30000 08001002    3324   1364   3124     19    10     3    0      0   LFH
000001830ce30000 08001002      60      8     60      5     1     1    0      0
-------------------------------------------------------------------------------------

输出结果如上所示，NT堆内容好少....什么原因....好吧根据maoni所说，似乎是验证出了问题。

在Windows上面所有的user mode allocations最终都是通过VirtualAlloc来获得内存，bitmaps也好，GC heap也好。

不同的是你去直接调用VirtualAlloc还是使用其他方式去调用它。如果是不托管的内存，GC并不管辖它，当然也不知道它们的存在。

GC没有管辖这些内存，所以说还是我们编写的代码有问题，我们返过来再考虑一个事情，“导出进行时，内存会大量增加，导出完成后内存会降低下去”。我们来看一下代码，如下所示，其实我们现在明白的是，在我们执行期间肯定是这些内存一直“持有”，并没有被释放掉。

app.MapGet("/excel", async content =>
{string path = Path.Combine(Directory.GetCurrentDirectory(), "test.xlsx");List<TestDto> list = new();for (int i = 0; i < 400; i++){list.Add(new TestDto{ImageUrl = "https://gimg2.baidu.com/image_search/src=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com%2Fedpic_source%2F53%2F0a%2Fda%2F530adad966630fce548cd408237ff200.jpg&refer=http%3A%2F%2Fup.enterdesk.com&app=2002&size=f9999,10000&q=a80&n=0&g=0n&fmt=jpeg?sec=1641193100&t=417a589da8c9ba3103ed74c33fbd6c70"});}Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();ExcelExporter exporter = new ExcelExporter();await exporter.Export(path, list);stopwatch.Stop();await content.Response.WriteAsync(stopwatch.Elapsed.TotalSeconds.ToString());
});

根据内存的表现和我们的理论，我们继续利用Windbg来排查一下，现在其实我们可以发现，这些对象最终还是被GC收回了，带着理论我们继续构思，GC是知道哪些对象可以终结的对吧？并且它们在变成不可到达时调用它们的终结器，在GC中会利用finalization queue来记录这些终结对象。所以说我们是不是可以查一下？如下所示，我们来看一下。


0:000> !finalizequeue
----------------------------------
Statistics for all finalizable objects (including all objects ready for finalization):MT    Count    TotalSize Class Name
00007ffc2dc23818        1           24 System.Net.Security.SafeCredentialReference
00007ffc2dac4238        1           24 System.WeakReference
00007ffc2d6eb908        1           24 System.WeakReference`1[[Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core.KestrelServerOptions, Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core]]
00007ffc2d6e4120        1           24 System.WeakReference`1[[System.Runtime.Loader.AssemblyLoadContext, System.Private.CoreLib]]
00007ffc2d572b68        1           24 System.WeakReference`1[[Microsoft.Extensions.DependencyInjection.ServiceProvider, Microsoft.Extensions.DependencyInjection]]
00007ffc2d429258        1           24 System.WeakReference`1[[System.IO.FileSystemWatcher, System.IO.FileSystem.Watcher]]
00007ffc2dd15c20        1           32 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeBCryptAlgorithmHandle
00007ffc2d6de4d8        1           32 Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeLocalAllocHandle
00007ffc2d68fa00        1           32 Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeCertStoreHandle
00007ffc2d3a5cc0        1           32 System.Net.Quic.Implementations.MsQuic.Internal.SafeMsQuicRegistrationHandle
00007ffc2db390c8        1           40 Interop+WinHttp+SafeWinHttpHandle
00007ffc2d69a420        1           40 Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeCertContextHandle
00007ffc2d5bea18        1           40 System.Diagnostics.EventLog
00007ffc2dc29a38        1           48 System.Net.Security.SafeFreeCredential_SECURITY
00007ffc2d963f80        2           48 System.WeakReference`1[[System.Text.RegularExpressions.RegexReplacement, System.Text.RegularExpressions]]
00007ffc2d7a3750        2           48 System.WeakReference`1[[Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core.Internal.Infrastructure.KestrelConnection, Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core]]
00007ffc2d685e10        1           56 System.Runtime.CompilerServices.ConditionalWeakTable`2+Container[[System.Buffers.TlsOverPerCoreLockedStacksArrayPool`1+ThreadLocalArray[[System.Char, System.Private.CoreLib]][], System.Private.CoreLib],[System.Object, System.Private.CoreLib]]
00007ffc2d44c4d0        1           56 System.Runtime.CompilerServices.ConditionalWeakTable`2+Container[[System.Buffers.TlsOverPerCoreLockedStacksArrayPool`1+ThreadLocalArray[[System.Byte, System.Private.CoreLib]][], System.Private.CoreLib],[System.Object, System.Private.CoreLib]]
00007ffc2d96be68        1           64 CellStore`1[[System.Uri, System.Private.Uri]]
00007ffc2d96b780        1           64 FlagCellStore
00007ffc2d96af48        1           64 CellStore`1[[System.Object, System.Private.CoreLib]]
00007ffc2d96a5b8        1           64 CellStore`1[[OfficeOpenXml.ExcelCoreValue, Magicodes.IE.EPPlus]]
00007ffc2d6ddab8        2           64 Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeChainEngineHandle
00007ffc2d69d528        2           64 Internal.Win32.SafeHandles.SafeRegistryHandle
00007ffc2d685bc8        2           64 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeWaitHandle
00007ffc2d685280        3           72 System.Threading.ThreadInt64PersistentCounter+ThreadLocalNodeFinalizationHelper
00007ffc2d5f5f50        3           72 System.Runtime.InteropServices.PosixSignalRegistration
00007ffc2d4299d0        1           72 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeFileHandle
00007ffc2d6e40b8        1           80 System.Runtime.Loader.DefaultAssemblyLoadContext
00007ffc2dac9ed0        2           96 PageIndex
00007ffc2d96d0c8        2           96 ColumnIndex
00007ffc2d464470        3          120 System.Gen2GcCallback
00007ffc2d40a620        1          120 System.IO.FileSystemWatcher
00007ffc2d96bc18        2          128 CellStore`1[[System.Int32, System.Private.CoreLib]]
00007ffc2dac20c8        2          144 System.Reflection.Emit.DynamicResolver
00007ffc2d680f10        3          144 System.Threading.LowLevelLock
00007ffc2d683c48        3          168 System.Threading.ThreadPoolWorkQueueThreadLocals
00007ffc2d681e80        1          176 System.Threading.LowLevelLifoSemaphore
00007ffc2dc25ef0        1          184 System.Collections.Concurrent.CDSCollectionETWBCLProvider
00007ffc2db8e658        1          184 System.Net.NetEventSource
00007ffc2db8c378        1          184 System.Net.NetEventSource
00007ffc2db38f90        1          184 System.Net.NetEventSource
00007ffc2d90c658        1          184 Microsoft.IO.RecyclableMemoryStreamManager+Events
00007ffc2d689b48        1          184 Microsoft.AspNetCore.Certificates.Generation.CertificateManager+CertificateManagerEventSource
00007ffc2d66f9f8        1          184 System.Diagnostics.Tracing.FrameworkEventSource
00007ffc2d66b720        1          184 System.Net.NetEventSource
00007ffc2d44d128        1          184 System.Buffers.ArrayPoolEventSource
00007ffc2d2e2ec8        1          184 System.Diagnostics.Tracing.NativeRuntimeEventSource
00007ffc2d694e10        1          192 System.Threading.Tasks.TplEventSource
00007ffc2d572ab0        1          192 Microsoft.Extensions.DependencyInjection.DependencyInjectionEventSource
00007ffc2d505f00        1          200 Microsoft.Extensions.Logging.EventSource.LoggingEventSource
00007ffc2db8ade8        1          224 System.Net.NameResolutionTelemetry
00007ffc2d428b08        7          224 System.Threading.PreAllocatedOverlapped
00007ffc2d563c78        1          232 System.Diagnostics.DiagnosticSourceEventSource
00007ffc2d61fe88        1          240 Microsoft.AspNetCore.Hosting.HostingEventSource
00007ffc2db6b788        8          256 System.Threading.TimerQueue+AppDomainTimerSafeHandle
00007ffc2d690270        1          280 System.Net.Sockets.SocketsTelemetry
00007ffc2db6bc80        1          296 System.Net.Http.HttpTelemetry
00007ffc2d68b998        1          336 Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core.Internal.Infrastructure.KestrelEventSource
00007ffc2dc21998        1          360 System.Net.Security.NetSecurityTelemetry
00007ffc2d2dae28        1          384 System.Diagnostics.Tracing.RuntimeEventSource
00007ffc2d66ad60       10          480 System.Net.Sockets.SafeSocketHandle
00007ffc2d2e0240       21          504 System.WeakReference`1[[System.Diagnostics.Tracing.EventSource, System.Private.CoreLib]]
00007ffc2d2b0538        9          648 System.Threading.Thread
00007ffc2d77a188        2          704 Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Transport.Sockets.Internal.SocketReceiver
00007ffc2d90cec0        6          960 Microsoft.IO.RecyclableMemoryStream
00007ffc2d5fc658       10         1280 System.Net.Sockets.Socket
00007ffc2d68d898        4         1536 System.Net.Sockets.Socket+AwaitableSocketAsyncEventArgs
00007ffc2d2dc778       42         4704 System.Diagnostics.Tracing.EventSource+OverrideEventProvider
00007ffc2daec058      356        14240 System.Drawing.Bitmap
Total 553 objects

WOW！！！，看上面356个System.Drawing.Bitmap在等待回收，看起来这是我们的影响因素，我们来查一下代码。

try
{cell.Value = string.Empty;Bitmap bitmap;if (url.IsBase64StringValid()){bitmap = url.Base64StringToBitmap();}else{bitmap = Extension.GetBitmapByUrl(url);}if (bitmap == null){cell.Value = ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Alt;}else{ExcelPicture pic = CurrentExcelWorksheet.Drawings.AddPicture(Guid.NewGuid().ToString(), bitmap);AddImage((rowIndex + (ExcelExporterSettings.HeaderRowIndex > 1 ? ExcelExporterSettings.HeaderRowIndex : 0)),colIndex - ignoreCount, pic, ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.YOffset, ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.XOffset);CurrentExcelWorksheet.Row(rowIndex + 1).Height = ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Height;pic.SetSize(ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Width * 7, ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Height);}}
catch (Exception)
{cell.Value = ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Alt;
}

在ExcelPicture对象中去使用Bitmap对象，对于在线图片源来说，我们会读取并存储到Bitmap中，但是我们发现并没有对该对象进行释放操作，所以导致大量的Bitmap一直没有释放，我们通过using来处理一下。

using (ExcelPicture pic = CurrentExcelWorksheet.Drawings.AddPicture(Guid.NewGuid().ToString(), bitmap))
{AddImage((rowIndex + (ExcelExporterSettings.HeaderRowIndex > 1 ? ExcelExporterSettings.HeaderRowIndex : 0)),colIndex - ignoreCount, pic, ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.YOffset, ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.XOffset);CurrentExcelWorksheet.Row(rowIndex + 1).Height = ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Height;pic.SetSize(ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Width * 7, ExporterHeaderList[colIndex].ExportImageFieldAttribute.Height);
}

一个带有终结器的新对象是必须要被添加进finalization queue中的，这个行为也被称为“终结注册（registering for finalization）”。当然我也建议你选择使用SOSEX扩展插件，它提供了finalization类似的内容，似乎看起来更直观一些，如下所示。

下载地址：http://www.stevestechspot.com/default.aspx

:000> .load D:\sosex_64\sosex.dll
This dump has no SOSEX heap index.
The heap index makes searching for references and roots much faster.
To create a heap index, run !bhi
0:000> !finq -stat
Generation 0:Count      Total Size   Type
---------------------------------------------------------54            2160   System.Drawing.Bitmap54 objects, 2,160 bytesGeneration 1:Count      Total Size   Type
---------------------------------------------------------1             184   Microsoft.AspNetCore.Certificates.Generation.CertificateManager+CertificateManagerEventSource1             336   Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core.Internal.Infrastructure.KestrelEventSource4            1536   System.Net.Sockets.Socket+AwaitableSocketAsyncEventArgs1              32   Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeCertStoreHandle1             280   System.Net.Sockets.SocketsTelemetry1             192   System.Threading.Tasks.TplEventSource1              40   Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeCertContextHandle2              64   Internal.Win32.SafeHandles.SafeRegistryHandle2              64   Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeChainEngineHandle1              32   Internal.Cryptography.Pal.Native.SafeLocalAllocHandle1              80   System.Runtime.Loader.DefaultAssemblyLoadContext1              24   System.WeakReference`1[[System.Runtime.Loader.AssemblyLoadContext, System.Private.CoreLib]]1              24   System.WeakReference`1[[Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core.KestrelServerOptions, Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core]]2             704   Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Transport.Sockets.Internal.SocketReceiver2              48   System.WeakReference`1[[Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core.Internal.Infrastructure.KestrelConnection, Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core]]1             184   Microsoft.IO.RecyclableMemoryStreamManager+Events6             960   Microsoft.IO.RecyclableMemoryStream2              48   System.WeakReference`1[[System.Text.RegularExpressions.RegexReplacement, System.Text.RegularExpressions]]1              64   CellStore`1[[OfficeOpenXml.ExcelCoreValue, Magicodes.IE.EPPlus]]1              64   CellStore`1[[System.Object, System.Private.CoreLib]]1              64   FlagCellStore2             128   CellStore`1[[System.Int32, System.Private.CoreLib]]1              64   CellStore`1[[System.Uri, System.Private.Uri]]2              96   ColumnIndex2             144   System.Reflection.Emit.DynamicResolver1              24   System.WeakReference2              96   PageIndex302           12080   System.Drawing.Bitmap1             184   System.Net.NetEventSource1              40   Interop+WinHttp+SafeWinHttpHandle8             256   System.Threading.TimerQueue+AppDomainTimerSafeHandle1             296   System.Net.Http.HttpTelemetry1             224   System.Net.NameResolutionTelemetry1             184   System.Net.NetEventSource1             184   System.Net.NetEventSource1             360   System.Net.Security.NetSecurityTelemetry1              24   System.Net.Security.SafeCredentialReference1             184   System.Collections.Concurrent.CDSCollectionETWBCLProvider1              48   System.Net.Security.SafeFreeCredential_SECURITY1              32   Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeBCryptAlgorithmHandle499 objects, 30,736 bytesGeneration 2:
0 objects, 0 bytesTOTAL: 553 objects, 32,896 bytes

可能大家都会像我一开始有个疑问，你这个图片我看了...没有那么大，并且在Windbg中也没有表现大小呀。首先我们先来看一下这个图片的质量。图片的像素为2560x1440，位深为24目前已知这些信息，我们计算一下未压缩的图片大小。

2560x1440x24/8

10M左右一张图，已知图片数x10M=3G，其实对于这个问题来说，这并不属于内存泄漏。

总结

这篇文章主要介绍如何利用Windbg分析应用进程中的内存问题，从托管堆到非托管堆的探索以及到内存的分配，最终根据内存的表现和理论确认内存的问题，当然对于内存分析建议大家不一定非要钟情一个工具，当然可以结合着PerfView一起做也许效果更佳。

微软最有价值专家（MVP）

微软最有价值专家是微软公司授予第三方技术专业人士的一个全球奖项。28年来，世界各地的技术社区领导者，因其在线上和线下的技术社区中分享专业知识和经验而获得此奖项。

MVP是经过严格挑选的专家团队，他们代表着技术最精湛且最具智慧的人，是对社区投入极大的热情并乐于助人的专家。MVP致力于通过演讲、论坛问答、创建网站、撰写博客、分享视频、开源项目、组织会议等方式来帮助他人，并最大程度地帮助微软技术社区用户使用Microsoft技术。
更多详情请登录官方网站：
https://mvp.microsoft.com/zh-cn

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