內存對很多人來說感覺是個很熟悉的東西，因為我們在用VC調試程序時，很多時候都會察看內存中變量的值。但是，很多時候我們的思維也就因此局限在有源碼的模塊，當遇到一些跨模塊或是沒有源代碼的Bug，我們還是無從下手。因此，很有必要我們要對整個程序內存有個比較全局性的認識，這樣遇到任何問題，你都能從容面對。我這里以32位的程序為例，我們知道32位程序總共有4G內存空間，其中低2G是用戶地址空間，高2G是內核地址空間，下面我們借助WinDbg工具來分析低2G用戶地址空間的內存分布。因為所有程序的內存分布都大同小異，我這里用WinDbg分析任務管理器進程的內存分布。打開任務管理器，然后用WinDbg Attach到taskmgr.exe進程。輸入 !address -summary 察看內存的使用情況, 結果如下:
從上圖可以看到，程序內存根據使用情況大致分為:Free - 沒有被使用的Image - 加載到內存的模塊(dll,exe等)MappedFile - 內存映射文件unclassified - 實際上應該是堆(heap)Stack - 堆棧TEB - 線程環境塊(thread environment block)PEB - 進程環境塊(process environment block)內存根據使用類型又可以分為:MEM_IMAGE - 加載到內存的模塊(dll, exe等)MEM_MAPPED - 內存映射MEM_PRIVATE - 私有(stack, heap, teb, peb等)內存根據使用狀態又可分為:MEM_FREE - 空閑MEM_COMMIT - 已經提交MEM_RESERVE - 保留根據頁面屬性又可分為只讀，可讀寫，可執行，寫時拷貝等。實際上我們可以通過!address命令來查看更詳細的內存使用情況:
可以看到上面列出了所有2G用戶空間的頁面使用情況(截圖只是開始的一部分)，我們可以根據某個地址來分析該地址屬于那塊內存區域。當然也可以通過命令來分析某個地址所屬的內存區域, 比如輸入!address 7c554來分析地址7c554的情況，會顯示:
上面告訴我們7c554是某個堆棧(Stack)空間的地址.對我們程序來說最常接觸的內存應該是: Module, Heap, Stack，接下來依次分析.(1)ModuleModule在上面被叫住Image，實際上就是被加載到內存的Exe和DLL文件, 我們可以通過lm命令來查看所有的模塊分布情況:
上面可以看到每個模塊的內存起始地址，那么各個模塊具體內部又是如何分布，它和磁盤上的DLL(exe)文件又是什么關系呢?實際上內存的中DLL和磁盤上的DLL文件非常相似，系統在加載時只是根據頁面大小（一般4K）作了一些對齊，另外有些數據節如果運行時用不到(比如dll的重定位節)就不會被加載.我們在!address查看內存空間時，可以看到taskmgr.exe模塊的內存分布如下:
上面可以看到taskmgr.exe模塊在內存中分為4塊，第一塊是只讀的, 實際上是PE文件頭；第二塊是可執行的，實際上就是代碼節（.text）;第三塊是可讀寫的,實際上數據節(.Data)； 最后一塊也是只讀的,實際上資源節(.rsrc)。要詳細的了解taskmgr.exe模塊的文件頭屬性，可以通過!dh [module address]來查看, 輸入!dh 1000000,查看結果：
上面的運行結果可以驗證我們關于taskmgr.exe模塊內部分布的猜想.(2)HeapHeap實際上就是堆，我們所有new(malloc)出來的內存就是分布在堆里，每個程序會有若干個堆，有些是系統創建的，也有的是C/C++運行庫創建的,當然我們自己也可以創建私有堆.我們可以通過!heap命令來查看堆的使用情況.
可以看到taskmgr.exe一共有9個堆。!heap命令非常強大，通過開啟頁堆功能，可以很方便的讓我們跟蹤所有堆內存的分配和使用情況，以后有機會再細說heap相關的, 具體可參考我的這篇《基于WinDbg的內存泄漏分析》。(3)StackStack即我們通常所說的棧，我們的局部變量就是分配在棧上面。說到棧就要說到線程，我們的代碼都是通過線程跑起來的，每個線程包含2塊東西，一塊是線程內核對象，還有一塊就是堆棧，線程運行過程也是堆棧不斷壓棧和出棧的過程。我們可以通!address -f:stack 來查看堆棧的分布情況:
從上圖我們可以看到taskmgr.exe一共有4個線程, 對應著4個堆棧, 同時也可以看到每個堆棧內存的起始地址。如果有興趣，我們也可以看下每個線程的堆棧情況, 輸入~* kp
可以看到相應的4個線程堆棧，最后一個線程(debugBreakPoint)看起來有些奇怪，實際上它是調試器為調試而插入的，不是真正的屬于taskmgr.exe, 所以任務管理器實際上一共應該有3個線程.通過上面的介紹，相信大家對程序內存有了比較全局的理解，以后大家分析問題，遇到一個地址，首先要判斷這個地址分布在哪里:如果是Image上，那么是在哪個模塊中，這個地址是屬于該模塊的代碼段（.text）還是數據段(.data)，如果是代碼段，又是屬于哪個函數?如果是Heap上，那么究竟是在哪個堆里面，是我們new出來的嗎，是在什么時候new的(new時堆棧狀況)？如果是在Stack上，那么究竟是屬于哪個線程的堆棧，當時線程的堆棧是怎么樣？總之，程序在內存中運行，只有你真正理解了內存，你才能真正懂計算機。
posted on 2012-09-19 23:24
Richard Wei 閱讀(6898)
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