內(nèi)存對很多人來說感覺是個(gè)很熟悉的東西，因?yàn)槲覀冊谟肰C調(diào)試程序時(shí)，很多時(shí)候都會(huì)察看內(nèi)存中變量的值。但是，很多時(shí)候我們的思維也就因此局限在有源碼的模塊，當(dāng)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(gè)程序內(nèi)存有個(gè)比較全局性的認(rèn)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?yàn)槔覀冎?2位程序總共有4G內(nèi)存空間，其中低2G是用戶地址空間，高2G是內(nèi)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(nèi)存分布。因?yàn)樗谐绦虻膬?nèi)存分布都大同小異，我這里用WinDbg分析任務(wù)管理器進(jìn)程的內(nèi)存分布。打開任務(wù)管理器，然后用WinDbg Attach到taskmgr.exe進(jìn)程。輸入 !address -summary 察看內(nèi)存的使用情況, 結(jié)果如下:
從上圖可以看到，程序內(nèi)存根據(jù)使用情況大致分為:Free - 沒有被使用的Image - 加載到內(nèi)存的模塊(dll,exe等)MappedFile - 內(nèi)存映射文件unclassified - 實(shí)際上應(yīng)該是堆(heap)Stack - 堆棧TEB - 線程環(huán)境塊(thread environment block)PEB - 進(jìn)程環(huán)境塊(process environment block)內(nèi)存根據(jù)使用類型又可以分為:MEM_IMAGE - 加載到內(nèi)存的模塊(dll, exe等)MEM_MAPPED - 內(nèi)存映射MEM_PRIVATE - 私有(stack, heap, teb, peb等)內(nèi)存根據(jù)使用狀態(tài)又可分為:MEM_FREE - 空閑MEM_COMMIT - 已經(jīng)提交MEM_RESERVE - 保留根據(jù)頁面屬性又可分為只讀，可讀寫，可執(zhí)行，寫時(shí)拷貝等。實(shí)際上我們可以通過!address命令來查看更詳細(xì)的內(nèi)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(jù)某個(gè)地址來分析該地址屬于那塊內(nèi)存區(qū)域。當(dāng)然也可以通過命令來分析某個(gè)地址所屬的內(nèi)存區(qū)域, 比如輸入!address 7c554來分析地址7c554的情況，會(huì)顯示:
上面告訴我們7c554是某個(gè)堆棧(Stack)空間的地址.對我們程序來說最常接觸的內(nèi)存應(yīng)該是: Module, Heap, Stack，接下來依次分析.(1)ModuleModule在上面被叫住Image，實(shí)際上就是被加載到內(nèi)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(gè)模塊的內(nèi)存起始地址，那么各個(gè)模塊具體內(nèi)部又是如何分布，它和磁盤上的DLL(exe)文件又是什么關(guān)系呢?實(shí)際上內(nèi)存的中DLL和磁盤上的DLL文件非常相似，系統(tǒng)在加載時(shí)只是根據(jù)頁面大小（一般4K）作了一些對齊，另外有些數(shù)據(jù)節(jié)如果運(yùn)行時(shí)用不到(比如dll的重定位節(jié))就不會(huì)被加載.我們在!address查看內(nèi)存空間時(shí)，可以看到taskmgr.exe模塊的內(nèi)存分布如下:
上面可以看到taskmgr.exe模塊在內(nèi)存中分為4塊，第一塊是只讀的, 實(shí)際上是PE文件頭；第二塊是可執(zhí)行的，實(shí)際上就是代碼節(jié)（.text）;第三塊是可讀寫的,實(shí)際上數(shù)據(jù)節(jié)(.Data)； 最后一塊也是只讀的,實(shí)際上資源節(jié)(.rsrc)。要詳細(xì)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(jié)果：
上面的運(yùn)行結(jié)果可以驗(yàn)證我們關(guān)于taskmgr.exe模塊內(nèi)部分布的猜想.(2)HeapHeap實(shí)際上就是堆，我們所有new(malloc)出來的內(nèi)存就是分布在堆里，每個(gè)程序會(huì)有若干個(gè)堆，有些是系統(tǒng)創(chuàng)建的，也有的是C/C++運(yùn)行庫創(chuàng)建的,當(dāng)然我們自己也可以創(chuàng)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(gè)堆。!heap命令非常強(qiáng)大，通過開啟頁堆功能，可以很方便的讓我們跟蹤所有堆內(nèi)存的分配和使用情況，以后有機(jī)會(huì)再細(xì)說heap相關(guān)的, 具體可參考我的這篇《基于WinDbg的內(nèi)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(gè)線程包含2塊東西，一塊是線程內(nèi)核對象，還有一塊就是堆棧，線程運(yùn)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(gè)線程, 對應(yīng)著4個(gè)堆棧, 同時(shí)也可以看到每個(gè)堆棧內(nèi)存的起始地址。如果有興趣，我們也可以看下每個(gè)線程的堆棧情況, 輸入~* kp
可以看到相應(yīng)的4個(gè)線程堆棧，最后一個(gè)線程(debugBreakPoint)看起來有些奇怪，實(shí)際上它是調(diào)試器為調(diào)試而插入的，不是真正的屬于taskmgr.exe, 所以任務(wù)管理器實(shí)際上一共應(yīng)該有3個(gè)線程.通過上面的介紹，相信大家對程序內(nèi)存有了比較全局的理解，以后大家分析問題，遇到一個(gè)地址，首先要判斷這個(gè)地址分布在哪里:如果是Image上，那么是在哪個(gè)模塊中，這個(gè)地址是屬于該模塊的代碼段（.text）還是數(shù)據(jù)段(.data)，如果是代碼段，又是屬于哪個(gè)函數(shù)?如果是Heap上，那么究竟是在哪個(gè)堆里面，是我們new出來的嗎，是在什么時(shí)候new的(new時(shí)堆棧狀況)？如果是在Stack上，那么究竟是屬于哪個(gè)線程的堆棧，當(dāng)時(shí)線程的堆棧是怎么樣？總之，程序在內(nèi)存中運(yùn)行，只有你真正理解了內(nèi)存，你才能真正懂計(jì)算機(jī)。
posted on 2012-09-19 23:24
Richard Wei 閱讀(6905)
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