WinDebug查找内存泄露
引言
对于C++的开发者来说，内存泄露是一类耗时的bug。检查内存泄露总是让人很抓狂，如果出问题的代码不是你写的，或者代码量很大的时候，事情就更糟糕了。
现在市场上有很多工具可以用于检查分析内存泄露的问题，但是一般都不是免费的。Windbg是一款功能强大又可免费使用的内存泄露检查工具，通过Windbg可以初步定位怀疑有内存泄露的代码位置。COM接口相关的问题在本文档中不涉及。
Windbg是微软提供的一款功能强大的用户内核空间调试器，可以从以下地址下载
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/hardware/ff551063(v=vs.85).aspx
使用Windbg
使用Windbg的准备：
-
在symbol file 中配置Microsoft Symbol Servers的 目录
在Windbg的File==>Symbol File Path中输入：
SRV*d:\symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols
d:\symbols表示从Microsoft Symbol Servers下载的符号文件存放目录，若从未下载过系 统的符号文件，Windbg会自动下载。
-
在Symbol File Path中输入自己程序的PDB文件目录（包括DLL的PDB），可添加 多个，以分号隔开如：
D:\myApp\pdb;SRV*d:\symbols*http://msdl.microsoft.com/download/symbols
自己程序的PDB目录放在前面，Windbg查找较快。
-
配置操作系统标记，开启可能有内存泄露程序的用户堆栈跟踪。利用gflags工具很 容易实现（gflags同样也是微软Windbg工具之一），安装Windbg时会同时安装该工 具。使用如下的命令行实现
gflags.exe /i MemoryLeak.exe +ust
MemoryLeak.exe是怀疑有内存泄露的程序，只需要exe名称，不用路径。
-
配置Source File Path，输入相关的程序代码目录，多个目录用分号隔开
-
配置Image File Path，输入相关程序的2进制文件目录，包括exe\dll，多个目录用分 号隔开
以下利用Test2.exe作为测试程序，相关代码如下：
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{ while(1)
{
AllocateMemory();
}
return 0;
}
void AllocateMemory()
{
int* a = new int[2000];
ZeroMemory(a, 8000);
Sleep(1);
}
下图是运行gflags的截图
配置好Windbg后，运行存在内存泄露的程序，在Windbg中加载该程序，File==>Attach to a Process，或者使用快捷键F6，如下图
加载Test2.exe后，Test2.exe会暂停运行，在Windbg中输入命令（有关heap的命令参考Windbg的帮助文档，有详细介绍）
!heap -s
会得到类似如下的输出内容
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
-----------------------------------------------------------------------------
继续运行Test2.exe一段时间后，在Windbg中暂停，再次运行命令
!heap -s
得到输出
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
-----------------------------------------------------------------------------
加粗字段部分显示了有增长的堆信息，上面的输出显示堆00330000 有增长。
执行命令
!heap -stat –h 00330000
该命令会显示有增长堆的统计信息，输出如下：
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)
加粗部分显示有0x76c6个1f64 （8036即代码中2000*4）大小的内存块被分配，如此大量同样大小的内存块分配，可以猜测这就可能是内存泄露的地方。
下一步是获取到这些被分配内存的地址，使用命令
!heap -flt s 1f64
该命令掉其它的内存块，只显示大小为1f64 的内存块信息
输出结果如下：
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)
任意找到一行UsrPtr 对应列的值，使用如下命令显示该UsrPtr 对应的调用堆栈
!heap -p -a UsrPtr
选择上述输出中加粗的一行，执行命令!heap -p -a 0143d8c8后可以得到如下的输出
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
加粗字体部分即为代码中出现内存泄露的位置。
PS：有时!heap -s命令并不能找出有明显增长的堆。这时可以先用 !heap -stat -h 命令将所有堆的block 和 size列出来，找到可能有增长的堆，再用命令 !heap -flt s SIZE (SIZE即为怀疑的堆大小)