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使用 Windbg 检测内存泄漏

Mayank Rai
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2008年12月1日

CPOL

3分钟阅读

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使用 Windbg 检测内存泄漏。

引言

内存泄漏是 C++ 开发者经常遇到的耗时 bug。检测内存泄漏通常很繁琐。如果代码不是你写的，或者代码库非常庞大，情况会变得更糟。

虽然市面上有一些工具可以帮助你检测内存泄漏，但大多数工具都不是免费的。我发现 Windbg 是一款免费且功能强大的工具，可以解决内存泄漏的 bug。至少，我们可以了解可能导致内存泄漏的代码位置。COM 接口泄漏不在本文的讨论范围之内。

Windbg 是微软提供的一款强大的用户/内核空间调试器，可以从这里下载和安装。

使用 Windbg

开始使用 Windbg

  1. 将符号文件路径配置到 Microsoft 符号服务器“SRV*d:\symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols”。
  2. 将你的程序 EXE/DLL PDB（程序数据库）路径添加到符号文件路径。
  3. 你还需要配置操作系统的标志，以启用出现内存泄漏进程的用户堆栈跟踪。这很简单，可以使用 gflags.exe 完成。Gflags.exe 在 Windbg 的安装过程中安装。也可以通过命令行使用命令“gflags.exe /i MemoryLeak.exe +ust”来完成。我的程序名称是 Test2.exe；因此，为了演示，我将使用 Test2.exe 而不是 MemoryLeak.exe。下面的快照显示了应用程序 Test2.exe 的操作系统标志设置。

cmd.JPG

为符号文件路径配置 Windbg 后，启动正在泄漏内存的进程，并将 Windbg 附加到它。 Windbg 中的“附加”选项位于“文件”菜单下，或者可以使用 F6 快捷键启动。下面的快照显示了相同的内容。

attach.JPG

Windbg 的 !heap 命令用于显示堆。 Windbg 的帮助文档中对 !heap 进行了详细说明。

我开发了一个小的程序，该程序会泄漏内存，并将使用该程序进一步演示。

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{   while(1) 
     { 
        AllocateMemory(); 
     } 
     return 0; 
} 
void AllocateMemory() 
{ 
     int* a = new int[2000]; 
     ZeroMemory(a, 8000); 
     Sleep(1); 
}

上面的程序泄漏了一个大小为 2000*4 字节的整数数组。

将 Windbg 附加到进程后，执行 !heap –s 命令。 -s 代表 summary（摘要）。下面是泄漏进程的 !heap -s 的输出。

0:001> !heap -s
NtGlobalFlag enables following debugging aids for new heaps:
    validate parameters
    stack back traces
  Heap     Flags   Reserv  Commit  Virt   Free  List   UCR  Virt  Lock  Fast 
                    (k)     (k)    (k)     (k) length      blocks cont. heap 
-----------------------------------------------------------------------------
   00150000 58000062    1024     12     12      1     1     1    0      0   L  
   00250000 58001062      64     24     24     15     1     1    0      0   L  
   00260000 58008060      64     12     12     10     1     1    0      0      
   00330000 58001062   64576  47404  47404     13     4     1    0      0  
-----------------------------------------------------------------------------

让进程执行一段时间，然后重新中断到进程中，再次执行 !heap -s。下面显示的是该命令的输出。

0:001> !heap -s
NtGlobalFlag enables following debugging aids for new heaps:
   validate parameters
   stack back traces
   Heap     Flags   Reserv  Commit  Virt   Free  List   UCR  Virt  Lock  Fast 
                     (k)     (k)    (k)     (k) length      blocks cont. heap 
   -----------------------------------------------------------------------------
    00150000 58000062    1024     12     12      1     1     1    0      0   L  
    00250000 58001062      64     24     24     15     1     1    0      0   L  
    00260000 58008060      64     12     12     10     1     1    0      0      
    00330000 58001062  261184 239484 239484     14     4     1    0      0      
   -----------------------------------------------------------------------------

以粗体标记的行显示了增长的堆。上面的快照显示了句柄为 00330000 的堆在增长。

对增长的堆执行 “!heap -stat –h 00330000”。此命令显示增长的堆的堆统计信息。下面显示的是该命令的输出。

0:001> !heap -stat -h 00330000
heap @ 00330000
group-by: TOTSIZE max-display: 20
    size     #blocks     total     ( %) (percent of total busy bytes)
    1f64 76c6 - e905f58  (99.99)
    1800 1 - 1800  (0.00)
    824 2 - 1048  (0.00)
    238 2 - 470  (0.00)
    244 1 - 244  (0.00)
    4c 5 - 17c  (0.00)
    b0 2 - 160  (0.00)
    86 2 - 10c  (0.00)
    50 3 - f0  (0.00)
    74 2 - e8  (0.00)
    38 4 - e0  (0.00)
    48 3 - d8  (0.00)
    c4 1 - c4  (0.00)
    62 2 - c4  (0.00)
    be 1 - be  (0.00)
    b8 1 - b8  (0.00)
    ae 1 - ae  (0.00)
    ac 1 - ac  (0.00)
    55 2 - aa  (0.00)
    a4 1 - a4  (0.00)

上面的快照显示了 0x76c6 个大小为 1f64 的块正在被分配（以粗体标记）。如此大量的相同大小的块使我们怀疑这些可能是泄漏的块。其余的块分配没有增长的块数。

下一步是获取这些块的地址。使用命令 !heap -flt s 1f64。此命令过滤掉堆的所有其他块，并显示大小为 1f64 的块的详细信息。

下面显示的是该命令的输出。

0:001> !heap -flt s 1f64
    _HEAP @ 150000
    _HEAP @ 250000
    _HEAP @ 260000
    _HEAP @ 330000
      HEAP_ENTRY Size Prev Flags    UserPtr UserSize - state
        003360e0 03f0 0000  [07]   003360e8    01f64 - (busy)
        00338060 03f0 03f0  [07]   00338068    01f64 - (busy)
        00339fe0 03f0 03f0  [07]   00339fe8    01f64 - (busy)
        0033bf60 03f0 03f0  [07]   0033bf68    01f64 - (busy)
        0033dee0 03f0 03f0  [07]   0033dee8    01f64 - (busy)
        01420040 03f0 03f0  [07]   01420048    01f64 - (busy)
        01421fc0 03f0 03f0  [07]   01421fc8    01f64 - (busy)
        01423f40 03f0 03f0  [07]   01423f48    01f64 - (busy)
        01425ec0 03f0 03f0  [07]   01425ec8    01f64 - (busy)
        01427e40 03f0 03f0  [07]   01427e48    01f64 - (busy)
        01429dc0 03f0 03f0  [07]   01429dc8    01f64 - (busy)
        0142bd40 03f0 03f0  [07]   0142bd48    01f64 - (busy)
        0142dcc0 03f0 03f0  [07]   0142dcc8    01f64 - (busy)
        0142fc40 03f0 03f0  [07]   0142fc48    01f64 - (busy)
        01431bc0 03f0 03f0  [07]   01431bc8    01f64 - (busy)
        01433b40 03f0 03f0  [07]   01433b48    01f64 - (busy)
        01435ac0 03f0 03f0  [07]   01435ac8    01f64 - (busy)
        01437a40 03f0 03f0  [07]   01437a48    01f64 - (busy)
        014399c0 03f0 03f0  [07]   014399c8    01f64 - (busy)
        0143b940 03f0 03f0  [07]   0143b948    01f64 - (busy)
        0143d8c0 03f0 03f0  [07]   0143d8c8    01f64 - (busy)
        0143f840 03f0 03f0  [07]   0143f848    01f64 - (busy)
        014417c0 03f0 03f0  [07]   014417c8    01f64 - (busy)
        01443740 03f0 03f0  [07]   01443748    01f64 - (busy)
        014456c0 03f0 03f0  [07]   014456c8    01f64 - (busy)
        01447640 03f0 03f0  [07]   01447648    01f64 - (busy)
        014495c0 03f0 03f0  [07]   014495c8    01f64 - (busy)
        0144b540 03f0 03f0  [07]   0144b548    01f64 - (busy)
        0144d4c0 03f0 03f0  [07]   0144d4c8    01f64 - (busy)
        0144f440 03f0 03f0  [07]   0144f448    01f64 - (busy)
        014513c0 03f0 03f0  [07]   014513c8    01f64 - (busy)
        01453340 03f0 03f0  [07]   01453348    01f64 - (busy)
        014552c0 03f0 03f0  [07]   014552c8    01f64 - (busy)
        01457240 03f0 03f0  [07]   01457248    01f64 - (busy)
        014591c0 03f0 03f0  [07]   014591c8    01f64 - (busy)
        0145b140 03f0 03f0  [07]   0145b148    01f64 - (busy)
        0145d0c0 03f0 03f0  [07]   0145d0c8    01f64 - (busy)
        0145f040 03f0 03f0  [07]   0145f048    01f64 - (busy)
        01460fc0 03f0 03f0  [07]   01460fc8    01f64 - (busy)
        01462f40 03f0 03f0  [07]   01462f48    01f64 - (busy)
        01464ec0 03f0 03f0  [07]   01464ec8    01f64 - (busy)
        01466e40 03f0 03f0  [07]   01466e48    01f64 - (busy)
        01468dc0 03f0 03f0  [07]   01468dc8    01f64 - (busy)

从列出的输出中使用任何 UsrPtr 列值，然后使用命令 !heap -p -a UsrPtr 显示 UsrPtr 的调用堆栈。我选择了以粗体标记的 0143d8c8。

执行 !heap -p -a 0143d8c8 后，我们得到如下所示的调用堆栈。

0:001> !heap -p -a 0143d8c8 
    address 0143d8c8 found in
    _HEAP @ 330000
      HEAP_ENTRY Size Prev Flags    UserPtr UserSize - state
        0143d8c0 03f0 0000  [07]   0143d8c8    01f64 - (busy)
        Trace: 0025
        7c96d6dc ntdll!RtlDebugAllocateHeap+0x000000e1
        7c949d18 ntdll!RtlAllocateHeapSlowly+0x00000044
        7c91b298 ntdll!RtlAllocateHeap+0x00000e64
        102c103e MSVCR90D!_heap_alloc_base+0x0000005e
        102cfd76 MSVCR90D!_heap_alloc_dbg_impl+0x000001f6
        102cfb2f MSVCR90D!_nh_malloc_dbg_impl+0x0000001f
        102cfadc MSVCR90D!_nh_malloc_dbg+0x0000002c
        102db25b MSVCR90D!malloc+0x0000001b
        102bd691 MSVCR90D!operator new+0x00000011
        102bd71f MSVCR90D!operator new[]+0x0000000f
        4113d8 Test2!AllocateMemory+0x00000028
        41145c Test2!wmain+0x0000002c
        411a08 Test2!__tmainCRTStartup+0x000001a8
        41184f Test2!wmainCRTStartup+0x0000000f
        7c816fd7 kernel32!BaseProcessStart+0x00000023

以粗体标记的行显示了我们代码中的函数。

注意：有时，可能会出现 “!heap -s” 命令不显示增长的堆的情况。在这种情况下，请使用 “!heap -stat -h” 命令列出所有堆及其大小和块数。找到增长的块数，然后使用 “!heap –flt s SIZE” (SIZE = 可疑块的大小) 命令。

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