基于WinDbg的内存泄漏分析

在前面C++中基于Crt的内存泄漏检测一文中提到的方法已经可以解决我们的大部分内存泄露问题了，但是该方法是有前提的，那就是一定要有源代码，而且还只能是Debug版本调试模式下。实际上很多时候我们的程序会用到第三方没有源代码的模块，有些情况下我们甚至怀疑系统模块有内存泄露，但是有没有证据，我们该怎么办？ 这时我们就要依靠无所不能的WinDbg了。

WinDbg的!heap命令非常强大，结合AppVerifier可以对堆(heap)内存进行详细的跟踪和分析， 我们接下来对下面的代码进行内存泄漏的分析：

首先下载安装AppVerifier， 可到这里下载， 把我们需要测试的程序添加到AppVerifier的检测列表中， 然后保存。

注: 我们这里用AppVerifier主要是为了打开页堆(page heap)调试功能，你也可以用系统工具 gflags.exe 来做同样的事。 

双击运行我们要调试的MemLeakTest.exe, 效果如下：


然后将WinDbg Attach上去， 输入命令 !heap -p -a 0x02FC1FF8，结果如下：

怎么样， 神奇吧？我们当分配该地址内存时的堆栈(stack)被完整地打印了出来。

当然有人很快会说：这是你知道内存地址的情况， 很多情况下我们是不知道该地址的，该如何分析？

对于这种情况， 我们首先需要明确一些概念， 我们new出来的内存是分配在堆上， 那一个进程里究竟有多少个堆， 每个模块都有自己单独的堆吗？实际上一个进程可以有任意多个堆，我们可以通过CreateHeap创建自己单独的堆， 然后通过HeapAlloc分配内存。 我们new出来的内存是crt(C运行库)分配的， 那就涉及到crt究竟有多少个堆了？ crt有多少个堆由你编译每个模块(Dll/Exe)时的编译选项决定， 如果你运行库选项用的是/MD, 那就和其他模块共享一个堆; 如果用/MT， 那就是自己单独的堆。大部分情况下我们会用/MD，这样我们在一个模块里new内存, 另一个模块里delete不会有问题， 因为大家共享一个堆。

明确这些概念之后， 我们看看我们的测试程序有多少个堆， 输入!heap -p

可以看到我们的测试程序一共有4 个堆。

接下来我们的问题就是确定哪个是我们的crt堆， 也就是我们需要分析每个堆创建时的堆栈(stack)情况.

我们接下来分析最后一个堆， handle是2f00000， 输入!heap -p -h 02f00000 分析该堆的内存分配情况

可以看到该堆 _DPH_HEAP_ROOT 结构的地址是 2f01000，通过dt命令打印该结构地址

可以看到StackTrace的地址是 0x0017cbe4， 通过dds命令打印该地址内的符号

现在我们可以看到该堆被Create时的完整堆栈了， 通过堆栈，我们可以看到该堆正是由crt创建的， 也就是说我们new的内存都分配在该堆内。

如果你觉得上面跟踪堆创建的过程太复杂，可以先忽略， 下面我们分析堆状态， 输入!heap -stat -h 0，它会分析所有堆的当前使用状态， 我们着重关注我们的crt堆02f00000：

我们可以看到排在第一位的是大小为0x9c40 (0n40000)的内存，分配了1次， 第二位的是大小为 0x14 (0n20) 的内存，分配了3ea (0n1002)次.
 回头再看我们的测试程序，怎么样？ 是不是感觉很熟悉了。

输入!heap -flt s 0x9c40， 让WinDbg列出所有大小为0x9c40的内存：

可以看到， WinDbg帮我们找到了一个符合要求的分配， 它的UserAddr是02fc63c0， 该地址实际上就是代码char* pLargeMem = new char[40000]分配的地址， 按照开头的方法， 输入!heap -p -a 02fc63c0 

可以看到该堆栈就是我们new char[40000]的堆栈， 用同样的方法， 我们可以分析出上面代码for循环中的1000次内存泄漏。

最后， 总结一下， 通过WinDbg结合AppVerifier， 我们可以详细的跟踪堆中new出来的每一块内存。 很多时候在没有源代码的Release版本中，在程序运行一段时间后，如果我们发现有大块内存或是大量同样大小的小内存一直没有释放，  我们就可以用上面的方法进行分析。有些情况下，我们甚至可以将 _CrtDumpMemoryLeaks()和WinDbg的!heap -p -a [address]命令结合起来使用， 由前者打印泄漏地址，后者分析调用堆栈，以便快速的定位问题。