聊一聊 .NET超高内存故障分析方法的反思

轮达 · 2025-10-1 17:57:21

一：背景

1. 讲故事

前几周分析了一个 40G+ 大内存的dump，这个程序平时最多不到30G，但不知道为啥最近会涨到40G，所以让我帮忙分析下怎么回事，像这种大内存dump，如果用传统的方式分析将会是一场灾难，这篇就来详细的说一说，从 windbg 的最佳分析实践来看，一个dump最好不要超过10G，否则就会遇到

dump跨机器分发慢。
dump命令处理反馈慢，一个sos命令可能需要数小时，这个是常人无法承受的。
分析过程中容易引发机器内存不足告警，毕竟这种dump远大于开发者的机器内存。

对于80%的场景都适合本条建议，但也有一些例外，比如有一些程序会使用大量缓存，所以内存常常维持在40G的高位，一旦此体量下的程序又出现了内存意外泄露，这种污水混在净水里，很难将其精准的摘出来。
二：超高内存分析方法

1. 一个简单的案例

由于电脑内存有限，我就以常规的 4G 到 6G 来给大家做个演示，代码的意思非常简单，平时4G是因为有3个缓存实例 MemoryCache，后来不知道什么原因在 _staticCache 中灌入了2G数据，导致了非人意的场景发生，完整的参考代码如下：

public class MemorySpikeSimulator
{
private static readonly MemoryCache _memoryCache1 = new MemoryCache("Cache1");
private static readonly MemoryCache _memoryCache2 = new MemoryCache("Cache2");
private static readonly MemoryCache _memoryCache3 = new MemoryCache("Cache3");
private static readonly List<byte[]> _staticCache = new List<byte[]>();
public static void Main()
{
Console.WriteLine("模拟内存增长测试...");
Console.WriteLine("初始内存: " + FormatBytes(GC.GetTotalMemory(false)));
// 模拟正常业务操作 - 三个MemoryCache共4GB
SimulateNormalOperations();
Console.WriteLine("正常操作后内存: " + FormatBytes(GC.GetTotalMemory(false)));
Console.WriteLine("按Enter进行意外内存分配阶段... ");
Console.ReadLine();
// 模拟意外的大内存分配 - _staticCache增加2GB
SimulateUnexpectedAllocation();
Console.WriteLine("意外分配后内存: " + FormatBytes(GC.GetTotalMemory(false)));
GC.Collect();
GC.WaitForPendingFinalizers();
Console.WriteLine("GC后内存: " + FormatBytes(GC.GetTotalMemory(true)));
Console.WriteLine("按任意键退出...");
Console.ReadKey();
}
private static void SimulateNormalOperations()
{
Console.WriteLine("开始正常内存分配 (三个MemoryCache共4GB)...");
// 三个MemoryCache实例共同分配约4GB
for (int i = 0; i < 350; i++) // 增加循环次数以达到4GB
{
var buffer1 = new byte[4 * 1024 * 1024]; // 4MB
_memoryCache1.Add($"cache1_key_{i}", buffer1, DateTimeOffset.Now.AddHours(1));
var buffer2 = new byte[4 * 1024 * 1024]; // 4MB
_memoryCache2.Add($"cache2_key_{i}", buffer2, DateTimeOffset.Now.AddHours(1));
var buffer3 = new byte[4 * 1024 * 1024]; // 4MB
_memoryCache3.Add($"cache3_key_{i}", buffer3, DateTimeOffset.Now.AddHours(1));
if (i % 50 == 0)
{
Console.WriteLine($"已分配: {(i + 1) * 12}MB");
}
Thread.Sleep(10); // 稍微减慢速度
}
}
private static void SimulateUnexpectedAllocation()
{
Console.WriteLine("开始意外内存分配 (_staticCache增加2GB)...");
// _staticCache意外增加约2GB
for (int i = 0; i < 200; i++)
{
var unexpectedData = new byte[10 * 1024 * 1024]; // 10MB
_staticCache.Add(unexpectedData);
if (i % 20 == 0)
{
Console.WriteLine($"已分配: {(i + 1) * 10}MB");
}
Thread.Sleep(1);
}
}
private static string FormatBytes(long bytes)
{
string[] suffixes = { "B", "KB", "MB", "GB", "TB" };
int counter = 0;
decimal number = bytes;
while (Math.Round(number / 1024) >= 1)
{
number /= 1024;
counter++;
}
return $"{number:n2} {suffixes[counter]}";
}
}

复制代码

2. 分析方法简述

对于一个超大内存的dump，使用常规直接抓dump的方式不是最优方案，所以先需要用微软提供的 vmmap 观察进程的内存地址段布局，看下是托管内存，NTHeap 还是 VirtualAlloc 的泄露，不同的泄露有不同的应灾方案，截图如下：

从卦中可以清晰的看到，总计 6.6G 的内存，托管堆就吃了 6.3G，所以这个问题就被定性为托管内存泄露。
问题被定性之后，接下来在生产环境上正常内存时段和异常内存时段场景下各采1个dump，即 4G 和 6G 场景，这里稍微提醒下，采dump的方式相比dotmemory，perfview 附加进程方式的开销是最小的，dump采到之后，使用 perfview 的 Collect -> Take Heap Snapshot From Dump 或者将 dump 拖到 perfview 里，最终会构建出二个不到1M的 xxx.gcdump 文件，完整的截图如下：

文件有了之后接下来就是借助 perfview 的gcdump对比功能了，分别打开 xxx.dmp.gcdump 下的 Heap Stacks 子窗口，删除 GroupPats 框中的默认分组，接下来准备用 snapshot2 去对比 snapshot1，选择 Diff -> With Baseline xxx，截图如下：

在自动打开的新窗口中，可以很明显的看到增长的2G内存都是被 _staticCache 静态变量给吃掉了，截图如下：

到此真相大白，最后稍微提醒一下，如果发现是 ntheap 泄露，那就可以提前开启 ust 了。
三：总结

分析生产环境下的超大内存程序的故障，还是有一定的挑战的，大家也看到了这需要多工具的灵活运用，才能将不利影响降到最低。

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