記一次 .NET某機械臂上位系統 卡死分析

来源:https://www.cnblogs.com/huangxincheng/p/18253859
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一：背景 1. 講故事 前些天有位朋友找到我，說他們的程式會偶發性的卡死一段時間，然後又好了，讓我幫忙看下怎麼回事？窗體類的程式解決起來相對來說比較簡單，讓朋友用procdump自動抓一個卡死時的dump，拿到dump之後，上 windbg 說話。 二：WinDbg 分析 1. 主線程在做什麼 要想 ...


一：背景

1. 講故事

前些天有位朋友找到我，說他們的程式會偶發性的卡死一段時間，然後又好了，讓我幫忙看下怎麼回事？窗體類的程式解決起來相對來說比較簡單，讓朋友用procdump自動抓一個卡死時的dump，拿到dump之後，上 windbg 說話。

二：WinDbg 分析

1. 主線程在做什麼

要想看主線程在做什麼，很顯然用 k 命令觀察非托管棧即可。


0:000> k
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 000000ef`11d1cb70 00007ffc`e65ddc4a     ntdll!RtlSetLastWin32Error+0x38
01 000000ef`11d1cbc0 00007ffc`e660e1a4     clr!JIT_RareDisableHelperWorker+0xca
02 000000ef`11d1cd00 00007ffc`b5c4ea25     clr!JIT_RareDisableHelper+0x14
03 000000ef`11d1cd40 00007ffc`b5c41d35     System_Drawing_ni+0x6ea25
04 000000ef`11d1ce00 00007ffc`87948876     System_Drawing_ni!System.Drawing.StringFormat..ctor+0x15
....
10 000000ef`11d1d8b0 00007ffc`881fc86f     xxx!xxx.AutoResizeColumns+0x106
...

從卦中數據看，托管的棧頂上有一個 RtlSetLastWin32Error 函數，看樣子 JIT_RareDisableHelperWorker 方法中某一個函數返回錯誤碼了，那這個錯誤碼是多少呢？要知道這個答案，先要知道它的簽名是什麼樣的，參考鏈接： https://source.winehq.org/WineAPI/RtlSetLastWin32Error.html


void RtlSetLastWin32Error
(
    DWORD err
)

從簽名可以看到，這個 err 是一個 int ，接下來觀察 RtlSetLastWin32Error 方法的 rcx 寄存器，有沒有存到 線程棧上，如果有的話直接提取即可。


0:000> uf ntdll!RtlSetLastWin32Error
ntdll!RtlSetLastWin32Error:
00007ffd`01a00780 894c2408        mov     dword ptr [rsp+8],ecx
00007ffd`01a00784 4883ec48        sub     rsp,48h
00007ffd`01a00788 488b05813d1300  mov     rax,qword ptr [ntdll!_security_cookie (00007ffd`01b34510)]
00007ffd`01a0078f 4833c4          xor     rax,rsp
....

0:000> k
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 000000ef`11d1cb70 00007ffc`e65ddc4a     ntdll!RtlSetLastWin32Error+0x38
01 000000ef`11d1cbc0 00007ffc`e660e1a4     clr!JIT_RareDisableHelperWorker+0xca

0:000> dd 000000ef`11d1cbc0 L1
000000ef`11d1cbc0  00000006

從卦中看這個 err=6 ，那這個錯誤碼是什麼意思呢？繼續查 MSDN： https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/win32/debug/system-error-codes--0-499-

從卦中可以清晰的看到，原來是 無效的句柄 導致的，那這個錯誤會導致程式的卡死嗎？

2. 無效的句柄會卡程式嗎

按照我的過往經驗沒有這麼一說，其實 win32api 不像編程語言直接用 try catch 與 SEH 集成，返回錯誤碼的這種方式編碼起來雖然麻煩，但性能是最高的，所以這玩意導致程式卡死基本上是不可能的，那接下來的分析方向在哪裡呢？ 其實在這種場景下抓多dump就尤為重要了，畢竟多個dump之間可以相互參考來觀察程式的走勢，目前是沒有這個條件的，那就從其他的路子上探究吧。

接下來我們試探性的觀察所有的托管線程棧，看看他們此時都在做什麼。


0:000> ~*e !clrstack
OS Thread Id: 0x555c (98)
        Child SP               IP Call Site
000000ef180fd0b8 00007ffd01a4dc04 [HelperMethodFrame_1OBJ: 000000ef180fd0b8] System.Threading.WaitHandle.WaitOneNative(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, UInt32, Boolean, Boolean)
000000ef180fd1e0 00007ffce4e2ddfc System.Threading.WaitHandle.InternalWaitOne(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, Int64, Boolean, Boolean)
000000ef180fd210 00007ffce4e2ddcf System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32, Boolean)
000000ef180fd250 00007ffcb5573d74 System.Windows.Forms.Control.WaitForWaitHandle(System.Threading.WaitHandle)
000000ef180fd2c0 00007ffcb4dc0d54 System.Windows.Forms.Control.MarshaledInvoke(System.Windows.Forms.Control, System.Delegate, System.Object[], Boolean)
000000ef180fd400 00007ffcb5577674 System.Windows.Forms.Control.Invoke(System.Delegate, System.Object[])
000000ef180fd470 00007ffc882040d4 xxxx.backgroundWorker_ProgressChanged(System.Object, System.ComponentModel.ProgressChangedEventArgs)
000000ef180fe060 00007ffce4e1ae56 System.Threading.ThreadPoolWorkQueue.Dispatch() 

OS Thread Id: 0x4528 (101)
        Child SP               IP Call Site
000000ef183fe1d8 00007ffd01a4dc04 [HelperMethodFrame_1OBJ: 000000ef183fe1d8] System.Threading.WaitHandle.WaitOneNative(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, UInt32, Boolean, Boolean)
000000ef183fe300 00007ffce4e2ddfc System.Threading.WaitHandle.InternalWaitOne(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, Int64, Boolean, Boolean)
000000ef183fe330 00007ffce4e2ddcf System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32, Boolean)
000000ef183fe370 00007ffcb5573d74 System.Windows.Forms.Control.WaitForWaitHandle(System.Threading.WaitHandle)
000000ef183fe3e0 00007ffcb4dc0d54 System.Windows.Forms.Control.MarshaledInvoke(System.Windows.Forms.Control, System.Delegate, System.Object[], Boolean)
000000ef183fe520 00007ffcb5577674 System.Windows.Forms.Control.Invoke(System.Delegate, System.Object[])
000000ef183fe590 00007ffc882040d4 xxxx.backgroundWorker_ProgressChanged(System.Object, System.ComponentModel.
000000ef183ff180 00007ffce4e1ae56 System.Threading.ThreadPoolWorkQueue.Dispatch() 
000000ef183ff608 00007ffce66112c3 [DebuggerU2MCatchHandlerFrame: 000000ef183ff608] 
...

觀察上面的線程棧之後，發現有兩個線程在 MarshaledInvoke 上等待，而且都是 backgroundWorker_ProgressChanged 方法，看樣子有一個 backgroundWorker 控制項在這裡，其實這個信息還是值得警惕的，為什麼這麼說呢？ 因為它往往會預示著這個 Control 的 Queue 隊列可能有很多的數據積壓，那就往這個方向走。

3. Queue 隊列有積壓嗎

要找到這個答案，需要觀察主線程的線程棧上是否有 Queue 隊列。


0:000> !dso
OS Thread Id: 0x918 (0)
RSP/REG          Object           Name
r13              000002a70660a860 System.Drawing.StringFormat
...
000000EF11D1D9B0 000002a7008b5a18 System.ComponentModel.BackgroundWorker
...
000000EF11D1E328 000002a7004ea8b8 System.Collections.Queue
...
0:000> !do 000002a7004ea8b8
Name:        System.Collections.Queue
MethodTable: 00007ffce48cd9d0
EEClass:     00007ffce49f5fd0
Size:        56(0x38) bytes
File:        C:\WINDOWS\Microsoft.Net\assembly\GAC_64\mscorlib\v4.0_4.0.0.0__b77a5c561934e089\mscorlib.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffce48d0ba0  40018c3        8      System.Object[]  0 instance 000002a7039d3278 _array
00007ffce48d32c0  40018c4       18         System.Int32  1 instance              103 _head
00007ffce48d32c0  40018c5       1c         System.Int32  1 instance               74 _tail
00007ffce48d32c0  40018c6       20         System.Int32  1 instance              227 _size
00007ffce48d32c0  40018c7       24         System.Int32  1 instance              200 _growFactor
00007ffce48d32c0  40018c8       28         System.Int32  1 instance             1366 _version
00007ffce48d0b08  40018c9       10        System.Object  0 instance 0000000000000000 _syncRoot

從卦中數據看，這個 BackgroundWorker.Queue 當前有 227 個任務在隊列積壓，這說明主線程是沒有問題的，只不過是在忙碌的處理任務而已，再回答最後一個問題，為什麼會卡一陣子？

4. 為什麼會卡一陣子

這是朋友提到的一個疑問，要想找到這個問題的答案，我們再回頭看下主線程，看下它是如何從 Queue 中取數據的。


0:000> !clrstack
OS Thread Id: 0x918 (0)
        Child SP               IP Call Site
000000ef11d1cd70 00007ffd01a007b8 [InlinedCallFrame: 000000ef11d1cd70] System.Drawing.SafeNativeMethods+Gdip.GdipCreateStringFormat(System.Drawing.StringFormatFlags, Int32, IntPtr ByRef)
...
000000ef11d1d970 00007ffc87911aac xxx.backgroundWorker_ProgressChanged(System.Object, System.ComponentModel.ProgressChangedEventArgs)
000000ef11d1d9e0 00007ffcdeab652b System.ComponentModel.BackgroundWorker.OnProgressChanged(System.ComponentModel.ProgressChangedEventArgs)
000000ef11d1dc30 00007ffce66112c3 [DebuggerU2MCatchHandlerFrame: 000000ef11d1dc30] 
000000ef11d1dea8 00007ffce66112c3 [HelperMethodFrame_PROTECTOBJ: 000000ef11d1dea8] System.RuntimeMethodHandle.InvokeMethod(System.Object, System.Object[], System.Signature, Boolean)
000000ef11d1e020 00007ffce4dfcf58 System.Reflection.RuntimeMethodInfo.UnsafeInvokeInternal(System.Object, System.Object[], System.Object[])
000000ef11d1e080 00007ffce4dcbd20 System.Delegate.DynamicInvokeImpl(System.Object[])
000000ef11d1e0d0 00007ffcb4dc702d System.Windows.Forms.Control.InvokeMarshaledCallbackDo(ThreadMethodEntry)
000000ef11d1e110 00007ffcb4dc6f49 System.Windows.Forms.Control.InvokeMarshaledCallbackHelper(System.Object)
000000ef11d1e160 00007ffce4ddfbe8 System.Threading.ExecutionContext.RunInternal(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000ef11d1e230 00007ffce4ddfad5 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object, Boolean)
000000ef11d1e260 00007ffce4ddfaa5 System.Threading.ExecutionContext.Run(System.Threading.ExecutionContext, System.Threading.ContextCallback, System.Object)
000000ef11d1e2b0 00007ffcb4dc6ecc System.Windows.Forms.Control.InvokeMarshaledCallback(ThreadMethodEntry)
000000ef11d1e300 00007ffcb4dc6c36 System.Windows.Forms.Control.InvokeMarshaledCallbacks()
000000ef11d1e370 00007ffcb4db06fb System.Windows.Forms.Control.WndProc(System.Windows.Forms.Message ByRef)
000000ef11d1e430 00007ffcb4dafa72 System.Windows.Forms.NativeWindow.Callback(IntPtr, Int32, IntPtr, IntPtr)
000000ef11d1e4d0 00007ffcb553d682 DomainBoundILStubClass.IL_STUB_ReversePInvoke(Int64, Int32, Int64, Int64)
000000ef11d1e810 00007ffce660fc9e [InlinedCallFrame: 000000ef11d1e810] System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.DispatchMessageW(MSG ByRef)
...
000000ef11d1ea30 00007ffcb4dc5982 System.Windows.Forms.Application+ThreadContext.RunMessageLoop(Int32, System.Windows.Forms.ApplicationContext)
000000ef11d1ecd0 00007ffc86e308e0 xxx.Program.Main(System.String[])
000000ef11d1ef08 00007ffce66112c3 [GCFrame: 000000ef11d1ef08]

從卦中看，線程棧上的 InvokeMarshaledCallback 方法就是取數據的函數，接下來用 ILSpy 反編譯下這段代碼，簡化後如下：


private void InvokeMarshaledCallbacks()
{
	ThreadMethodEntry threadMethodEntry = null;
	lock(threadCallbackList)
	{
		if (threadCallbackList.Count > 0)
		{
			threadMethodEntry = (ThreadMethodEntry)threadCallbackList.Dequeue();
		}
	}
	while (threadMethodEntry != null)
	{
		try
		{
			InvokeMarshaledCallback(threadMethodEntry);
		}
		catch (Exception ex)
		{
			threadMethodEntry.exception = ex.GetBaseException();
		}

		lock(threadCallbackList)
		{
			threadMethodEntry = ((threadCallbackList.Count <= 0) ? null : ((ThreadMethodEntry)threadCallbackList.Dequeue()));
		}
	}
}

從代碼中的while true來看，這方法真的很軸，不懂得變通，要麼不取，要麼就是一次性的取完，當 Queue=threadCallbackList 中的數據較多時，主線程就會非常的忙碌，所以這就是卡死一陣子的真正底層原因。

有了前因後果之後，建議朋友做如下兩點修改：

  1. Invoke 的邏輯儘量簡單，讓 UI 可以秒殺。
  2. Invoke 的邏輯是否可以批量化，來減少 Queue 的積壓。

三：總結

這次朋友的生產事故，對我們做分析的人來說還是有很大的教訓意義，有時候主線程的一些拋錯或者阻塞假象會誘導我們陷入分析誤區，這就需要調試人員具有一雙慧眼識別，及時的浪子回頭。
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