分堆问题及解决方法（C托管堆）

年前遇到了好几例托管堆被损坏的案例，有些运气好一些，从被破坏的托管堆内存现场能观测出大概是什么问题，但更多的情况下是无法做出准确判断的,原因就在于生成的dump是第二现场，借用之前文章的一张图，大家可以理解一下。

为了帮助更多受此问题困扰的朋友，这篇来整理一下如何 快狠准 的抓取第一现场。

要想抓到第一现场，只需要让破坏托管堆的那个线程在修改完之后，回到 CLR Pinvoke 层的时候主动触发GC，因为这时候托管堆已经是损坏状态了，程序也就会立即崩溃，破坏线程也就被捉jian在床，画个图如下：

那如何让 CLR：PInvoke 主动触发GC呢？ 这就需要借助微软的 MDA 托管调试助手，它有一个 gcUnmanagedToManaged 配置项就是专门做这件事情的，参考网址：https://learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/framework/Debug-trace-profile/gcunmanagedtomanaged-mda

MDA 的配置非常简单，大体上分两步：

1. 提交注册表开启MDA

这里使用注册表的方式，需要注意的是，程序和操作系统位数一致的话采用如下方式。

Windows Registry Editor Version 5.00 [HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\.NETFramework] "MDA"="1"

如果不一致,采用如下配置，比如 32bit 程序跑在 64bit 系统上。

Windows Registry Editor Version 5.00 [HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Wow6432Node\Microsoft\.NETFramework] "MDA"="1"

这里我用的是第二段内容，按照官方文档描述，将内容保存到 MDAEnable.reg 中，然后在 注册表编辑器 上导入即可。

2. 开启应用程序级捕获

为了能够让 gcUnmanagedToManaged 生效，需要新建应用程序打头的配置文件，比如： Example_16_1_2.exe.mda.config，内容如下：

<mdaConfig> <assistants> <gcUnmanagedToManaged/> </assistants> </mdaConfig>

完整截图：

这样就算配置好了，当程序在 PInvoke 时，CLR 会读取注册表的 MDA 值，如果开启的话就会读取 config 中 gcUnmanagedToManaged 子节做相应的逻辑。

tips：如果配置不生效，保守一点的话，建议重启下机器。

为了演示托管堆损坏，我准备将一个 string 传给 C ，然后让 C 溢出它来实现托管堆破坏。

C# 代码如下：

namespace Example_16_1_2 { internal class Program { [DllImport("Example_16_1_3.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Unicode)] public extern static void Alloc(string str); static void Main(string[] args) { Test(); Task.Factory.StartNew(() => { Thread.Sleep(3000); GC.Collect(); }); Console.ReadLine(); } static void Test() { var str = "hello"; var str2 = "world!"; Alloc(str); } } }

C 代码如下：

extern "C" { _declspec(dllexport) void Alloc(wchar_t* c); } #include "iostream" #include <Windows.h> using namespace std; void Alloc(wchar_t* c) { for (size_t i = 0; i < 10; i ) { *c = 'a'; } wprintf(L"%s \n", c); }

从代码逻辑看，只要 Alloc(str) 的线程栈上触发了 GC 就是第一现场，Task 下的 GC.Collect(); 是第二现场，如果是前者目的就达到了。

激动人心的时刻到了，把程序跑起来后，由于程序崩溃，procdump 立即给我抓了一个 crash dump，截图如下：

接下来打开 windbg，从序幕信息看果然是 GC 清扫的时候出的问题，托管堆也是损坏状态，信息如下：

Debug session time: Sun Jan 29 10:14:21.000 2023 (UTC 8:00) System Uptime: 0 days 1:14:11.423 Process Uptime: not available ................................. Loading unloaded module list .. This dump file has an exception of interest stored in it. The stored exception information can be accessed via .ecxr. (4460.52ac): Access violation - code c0000005 (first/second chance not available) For analysis of this file, run !analyze -v eax=00610060 ebx=00000000 ecx=02da23a4 edx=00000001 esi=02da2370 edi=02da2388 eip=79a6f2d1 esp=00d3ef64 ebp=00d3f104 iopl=0 nv up ei pl nz na pe nc cs=0023 ss=002b ds=002b es=002b fs=0053 gs=002b efl=00010206 clr!WKS::gc_heap::plan_phase 0x79b: 79a6f2d1 f70000000080 test dword ptr [eax],80000000h ds:002b:00610060=???????? 0:000> !VerifyHeap Could not request method table data for object 02DA1228 (MethodTable: 0000000C). Last good object: 02DA121C. object 03da1020: bad member 02DA1228 at 03DA1098 Last good object: 03DA1010. object 03da2338: bad member 02DA1228 at 03DA2340 Last good object: 03DA2328. object 03da3568: bad member 02DA2364 at 03DA357C Last good object: 03DA3558. Failed to request SyncBlk at index 1.

那是不是主线程引发的GC呢？切过去便知。

0:000> ~0s eax=00610060 ebx=00000000 ecx=02da23a4 edx=00000001 esi=02da2370 edi=02da2388 eip=79a6f2d1 esp=00d3ef64 ebp=00d3f104 iopl=0 nv up ei pl nz na pe nc cs=0023 ss=002b ds=002b es=002b fs=0053 gs=002b efl=00010206 clr!WKS::gc_heap::plan_phase 0x79b: 79a6f2d1 f70000000080 test dword ptr [eax],80000000h ds:002b:00610060=???????? 0:000> !clrstack OS Thread Id: 0x52ac (0) Child SP IP Call Site 00d3f220 79a6f2d1 [HelperMethodFrame: 00d3f220] System.StubHelpers.StubHelpers.TriggerGCForMDA() 00d3f294 02bc0aa7 DomainBoundILStubClass.IL_STUB_PInvoke(System.String) 00d3f298 02bc09c9 [InlinedCallFrame: 00d3f298] Example_16_1_2.Program.Alloc(System.String) 00d3f2e0 02bc09c9 Example_16_1_2.Program.Test() [D:\testdump\Example\Example_16_1_2\Program.cs @ 35] 00d3f2f0 02bc0900 Example_16_1_2.Program.Main(System.String[]) [D:\testdump\Example\Example_16_1_2\Program.cs @ 19] 00d3f490 7996f036 [GCFrame: 00d3f490] 0:000> k 10 # ChildEBP RetAddr 00 00d3f104 79a68153 clr!WKS::gc_heap::plan_phase 0x79b 01 00d3f124 79a6847b clr!WKS::gc_heap::gc1 0xbc 02 00d3f13c 79a68585 clr!WKS::gc_heap::garbage_collect 0x367 03 00d3f15c 79b1ddbd clr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGeneration 0x1bd 04 00d3f16c 79b1de34 clr!WKS::GCHeap::GarbageCollectTry 0x71 05 00d3f198 79d20aed clr!WKS::GCHeap::GarbageCollect 0xac 06 00d3f204 79d066c0 clr!TriggerGCForMDAInternal 0x7d 07 00d3f28c 02bc0aa7 clr!StubHelpers::TriggerGCForMDA 0x61 WARNING: Frame IP not in any known module. Following frames may be wrong. 08 00d3f2d8 02bc09c9 0x2bc0aa7 09 00d3f2e8 02bc0900 Example_16_1_2!Example_16_1_2.Program.Test 0x39 [D:\testdump\Example\Example_16_1_2\Program.cs @ 35] 0a 00d3f318 7996f036 Example_16_1_2!Example_16_1_2.Program.Main 0x30 [D:\testdump\Example\Example_16_1_2\Program.cs @ 19] 0b 00d3f324 799722da clr!CallDescrWorkerInternal 0x34 0c 00d3f378 7997859b clr!CallDescrWorkerWithHandler 0x6b 0d 00d3f3ec 79b1b11b clr!MethodDescCallSite::CallTargetWorker 0x16a 0e 00d3f510 79b1b7fa clr!RunMain 0x1b3 0f 00d3f77c 79b1b727 clr!Assembly::ExecuteMainMethod 0xf7

从线程栈上的 clr!StubHelpers::TriggerGCForMDA 来看，在 Pinvoke 层果然主动触发了 GC，成功将 Program.Alloc 这个非托管方法捉jian在床。

在此之前很多朋友都会困惑于托管堆破坏导致的程序崩溃，希望这篇文章能够让后来者少走弯路。