Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
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windbg - 닷넷 응용 프로그램의 메모리 누수 분석

덤프를 받았는데, 문제 현상은 메모리 누수였습니다. 메모리 누수를 분석하기 위한 전형적인 방식으로, 우선 확실한 분석을 위해 일정 시간 간격을 두고 메모리 덤프를 받아야 합니다. (문제가 단순한 경우 하나만 받아도 충분합니다.)

그다음 GC heap 상태를 보면,

0:000> !dumpheap -stat
Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
00007ff90f456748        1           24 Elasticsearch.Net.ElasticsearchDefaultSerializer
00007ff90f192f78        1           24 System.Collections.Generic.ObjectEqualityComparer`1[[System.Runtime.Caching.MemoryCache, System.Runtime.Caching]]
00007ff90f143038        1           24 System.Collections.Generic.Dictionary`2+ValueCollection[[System.String, mscorlib],[OracleInternal.SelfTuning.OracleTuner+OracleTunerInput, Oracle.ManagedDataAccess]]
00007ff90f0120b8        1           24 System.Net.SSPISecureChannelType
00007ff90f011e78        1           24 System.Net.SSPIAuthType
...[생략]...                
00007ff90d3869b8    12753      5127112 System.Int32[]
00007ff90d4ba6e0      159     14555944 System.Int64[]
00007ff90d1aba28   148673     16952928 System.Object[]
00007ff90d1fe828    75889     20114243 System.Byte[]
00007ff90ebd41e0   376168     36112128 TestApi.Data.AddrInfo
00007ff90d1f46f0  2726523    208786640 System.String
000000b69ba94870    33952    274313352      Free
Total 4063087 objects
Fragmented blocks larger than 0.5 MB:
            Addr     Size      Followed by
000000b6a40f38b0   11.4MB 000000b6a4c4d630 System.Byte[]

위의 경우 문자열(System.String)이 유독 많이 생성된 것을 볼 수 있습니다. 2개의 메모리 덤프에 대해 GC heap을 비교하면 실제로 System.String이 메모리 누수의 원인임을 더 확실하게 인지할 수 있습니다.

System.String이 누수인 것은, 당연히 그것을 참조하는 객체가 살아 있기 때문입니다. 다행히 위의 결과에서는 TestApi.Data.AddrInfo 사용자 타입이 유독 많은 걸로 봐서 쉽게 짐작할 수 있는데요, 저 타입의 정의를 찾아서 클래스 구조를 확인하면,

0:000> !name2ee *!TestApi.Data.AddrInfo
...[생략]...
------------------------------
Module:      00007ff90dc99148
Assembly:    TestApi.Repo.dll
Token:       0000000002000002
MethodTable: 00007ff90ebd41e0
EEClass:     00007ff90ec714d0
Name:        TestApi.Data.AddrInfo
--------------------------------------
...[생략]...

0:000> !DumpClass /d 00007ff90ec714d0
Class Name:      TestApi.Data.AddrInfo
mdToken:         0000000002000002
File:            C:\Windows\Microsoft.NET\Framework64\v4.0.30319\Temporary ASP.NET Files\root\21a9bed8\2f9be145\assembly\dl3\c9594379\8650e087_aa7fd401\TestApi.Repo.dll
Parent Class:    00007ff90d1d3760
Module:          00007ff90dc99148
Method Table:    00007ff90ebd41e0
Vtable Slots:    4
Total Method Slots:  5
Class Attributes:    100001  
Transparency:        Critical
NumInstanceFields:   a
NumStaticFields:     0
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ff90d1f46f0  4000001        8        System.String  0 instance           <Code>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  4000002       10        System.String  0 instance           <RoadAddr>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  4000003       18        System.String  0 instance           <RoadAddr2>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  4000004       20        System.String  0 instance           <RoadAddr3>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  4000005       28        System.String  0 instance           <CodeRoadAddr>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  4000006       30        System.String  0 instance           <CodeRoadAddr2>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  4000007       38        System.String  0 instance           <CodeRoadAddr3>k__BackingField
00007ff90d1af6f0  4000008       50         System.Int32  1 instance           <CodeHash>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  4000009       40        System.String  0 instance           <Reserved1>k__BackingField
00007ff90d1f46f0  400000a       48        System.String  0 instance           <Reserved2>k__BackingField

해당 타입에 9개의 string 멤버가 있습니다. TestApi.Data.AddrInfo 인스턴스 수가 376,168개였으니,

376,168 * 9 = 3,385,512 (System.String의 인스턴스 수 2,726,523)

결과가 맞지 않습니다. 하지만, 혹시나 싶어 TestApi.Data.AddrInfo 인스턴스 몇 개를 덤프해 보니 2개의 필드 값이 null인 것을 볼 수 있습니다. 따라서 이제는 대충 계산이 맞아 들어갑니다.

376,168 * 7 = 2,633,176 (System.String의 인스턴스 수 2,726,523)

이제 문제는 다시 반복해서, TestApi.Data.AddrInfo 인스턴스들이 어떤 다른 객체에 의해 참조가 안 풀리는지 알아내야 합니다. 이를 위해 376,168개 중의 인스턴스 중에 일부를 조사해 보면 답이 나옵니다. 따라서 GC heap에 있는 TestApi.Data.AddrInfo 인스턴스를 나열하고,

0:000> !DumpHeap -mt 00007ff90ebd41e0
...[생략]... // 376,168개의 출력 결과
000000b99d5e7920 00007ff90ebd41e0       96     
000000b9a5c1b098 00007ff90ebd41e0       96     
000000b9a5c572b8 00007ff90ebd41e0       96     
000000b9a60f1420 00007ff90ebd41e0       96     

Statistics:
              MT    Count    TotalSize Class Name
00007ff90ebd41e0   376168     36112128 TestApi.Data.AddrInfo
Total 376168 objects
Fragmented blocks larger than 0.5 MB:
            Addr     Size      Followed by
000000b6a40f38b0   11.4MB 000000b6a4c4d630 System.Byte[]
...[생략]...

그중에서 대충 몇 개를 골라 참조 관계를 뽑아 봅니다.

0:000> !gcroot 000000b99d5e7920
Thread 1a70:
*** WARNING: Unable to verify checksum for NetworkQueue.Logger.dll
*** ERROR: Module load completed but symbols could not be loaded for NetworkQueue.Logger.dll
    000000baf279ebe0 00007ff90d96c087 NetworkQueue.NetManager.Loop()
        rbp+c0: 000000baf279ecc0
            ->  000000b79bd5ad48 NetworkQueue.NetManager
            ->  000000b79bd5afb8 System.Collections.Generic.List`1[[NetworkQueue.NetManager+EntitySet, NetworkQueue.Logger]]
            ->  000000b99bcc2ec8 System.Object[]
            ->  000000b79bd5b650 NetworkQueue.NetManager+EntitySet
            ->  000000b79bd58bb8 System.Collections.Generic.List`1[[NetworkQueue.SocketInstance, NetworkQueue.Logger]]
            ->  000000b79bd5e800 System.Object[]
            ->  000000b79bd5d490 NetworkQueue.Insert
            ->  000000b79bd5d560 System.Collections.Generic.HashSet`1[[NetworkQueue.Container, NetworkQueue.Logger]]
            ->  000000b79be41b00 System.Collections.Generic.HashSet`1+Slot[[NetworkQueue.Container, NetworkQueue.Logger]][]
            ->  000000b79bd5f118 NetworkQueue.Insert+ItemContext
            ->  000000b79bd5c368 System.Threading.Thread
            ->  000000b79bce3168 System.Runtime.Remoting.Contexts.Context
            ->  000000b79bce2e68 System.AppDomain
            ->  000000b69bd44600 System.AssemblyLoadEventHandler
            ->  000000b69bd44528 System.Web.Compilation.MemoryBuildResultCache
            ->  000000b69bccd530 System.Web.Caching.CacheMultiple
            ->  000000b69bccd1f0 System.Web.Caching.CacheCommon
            ->  000000b69bcd2998 System.Threading.Timer
            ->  000000b69bcd2a10 System.Threading.TimerHolder
            ->  000000b69bcd29b8 System.Threading.TimerQueueTimer
            ->  000000b89be46228 System.Threading.TimerQueueTimer
            ->  000000b89be461c8 System.Threading.TimerCallback
            ->  000000b89be45478 System.Runtime.Caching.MemoryCacheStatistics
            ->  000000b89be46088 System.Runtime.Caching.CacheMemoryMonitor
            ->  000000b89be3e968 System.Runtime.Caching.MemoryCache
            ->  000000b89be3e9b8 System.Object[]
            ->  000000b89be42b78 System.Runtime.Caching.MemoryCacheStore
            ->  000000b89be42be0 System.Collections.Hashtable
            ->  000000baabdc1e70 System.Collections.Hashtable+bucket[]
            ->  000000b99d5ea280 System.Runtime.Caching.MemoryCacheEntry
            ->  000000b99d5ea1f0 CacheManager.Entity
            ->  000000b99d5e7688 System.Collections.Generic.List`1[[TestApi.Data.AddrInfo, TestApi.Repo]]
            ->  000000b99d5e9178 System.Object[]
            ->  000000b99d5e7920 TestApi.Data.AddrInfo

굉장히 복잡하군요. 그래도 대충 보면, Cache 한 것들이 지속적으로 늘어나고 있는 중임을 짐작게 합니다.




이번 분석을 하면서 써 본 도구가 있는데 우선 HeapStringAnalyser를 소개합니다.

mattwarren/HeapStringAnalyser
; https://github.com/mattwarren/HeapStringAnalyser

빌드 배포본이 없으므로 git clone을 통해,

c:\git_clone> git clone https://github.com/mattwarren/HeapStringAnalyser.git
Cloning into 'HeapStringAnalyser'...
remote: Enumerating objects: 72, done.
remote: Total 72 (delta 0), reused 0 (delta 0), pack-reused 72
Unpacking objects: 100% (72/72), done.

소스 코드로부터 (Visual Studio 등을 이용해) 직접 빌드해야 합니다. 빌드 후, 덤프 파일을 인자로 지정해 실행하는데,

c:\git_clone\HeapStringAnalyser\HeapStringAnalyser\HeapStringAnalyser\bin\x64\Debug>HeapStringAnalyser.exe c:\temp\w3wp.dmp
.NET Memory Dump Heap Analyser - created by Matt Warren - github.com/mattwarren

Found CLR Version: v4.0.30319.34014

Unable to find copy of the dac (mscordacwks_Amd64_Amd64_4.0.30319.34014.dll) on the local machine.
Expected location:
%TEMP%\symbols\mscordacwks_Amd64_Amd64_4.0.30319.34014.dll\52e0b86c97c000\mscordacwks_Amd64_Amd64_4.0.30319.34014.dll

It will now be dContainerloaded from the Microsoft Symbol Server.
Press <ENTER> if you are okay with this, if not you can just type Ctrl-C to exit

위와 같이 dac 구성 요소를 찾을 수 없다고 나올 수 있습니다. 이건 예전에도 설명했습니다. ^^

windbg 의 mscordacwks DLL 로드 문제 - 세 번째 이야기
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11231

따라서 덤프 파일을 생성한 바로 그 컴퓨터의 mscordacwks.dll을 복사해 정확히 "%TEMP%\symbols\mscordacwks_Amd64_Amd64_4.0.30319.34014.dll\52e0b86c97c000\mscordacwks_Amd64_Amd64_4.0.30319.34014.dll" 경로에 해당 DLL 이름으로 복사하면 됩니다. 이제 다시 실행하면 다음과 같은 식의 출력을 볼 수 있습니다.

GC Heap Information - Server
-----------------------------------------------------------
Heap  0:   40,286,552 bytes (38.42 MB) in use
-----------------------------------------------------------
        Type    Size (MB) Committed (MB)  Reserved (MB)
-----------------------------------------------------------
   Ephemeral        36.28          63.63       4,096.00
       Large         2.14           2.52         256.00
-----------------------------------------------------------
Heap  1:   29,069,336 bytes (27.72 MB) in use
-----------------------------------------------------------
        Type    Size (MB) Committed (MB)  Reserved (MB)
-----------------------------------------------------------
   Ephemeral        26.40          58.00       4,096.00
       Large         1.32           1.32         256.00
-----------------------------------------------------------
Heap  2:   38,809,896 bytes (37.01 MB) in use
-----------------------------------------------------------
        Type    Size (MB) Committed (MB)  Reserved (MB)
-----------------------------------------------------------
   Ephemeral        31.17          77.20       4,096.00
       Large         5.84           5.85         256.00
-----------------------------------------------------------
Heap  3:   32,697,496 bytes (31.18 MB) in use
-----------------------------------------------------------
        Type    Size (MB) Committed (MB)  Reserved (MB)
-----------------------------------------------------------
   Ephemeral        30.61          75.33       4,096.00
       Large         0.57           0.70         256.00
-----------------------------------------------------------
Total (across all heaps): 140,863,280 bytes (134.34 MB)
-----------------------------------------------------------

"System.String" memory usage info
Overall 995,171 "System.String" objects take up 76,240,374 bytes (72.71 MB)
Of this underlying byte arrays (as Unicode) take up 50,365,928 bytes (48.03 MB)
Remaining data (object headers, other fields, etc) are 25,874,446 bytes (24.68 MB), at 26 bytes per object

Actual Encoding that the "System.String" could be stored as (with corresponding data size)
       35,926,222 bytes ( 706,112 strings) as ASCII
            3,338 bytes (      29 strings) as ISO-8859-1 (Latin-1)
       14,436,368 bytes ( 289,030 strings) as Unicode
Total: 50,365,928 bytes (expected: 50,365,928)

Compression Summary:
       17,964,780 bytes Compressed (to ISO-8859-1 (Latin-1))
       14,436,368 bytes Uncompressed (as Unicode)
          995,171 bytes EXTRA to enable compression (1-byte field, per "System.String" object)

Total Usage:  33,396,319 bytes (31.85 MB), compared to 50,365,928 (48.03 MB) before compression
Total Saving: 16,969,609 bytes (16.18 MB)

보는 바와 같이, 문자열 인스턴스가 GC heap에 어느 정도의 용량을 차지하고 있는지 정도만 알 수 있습니다. (그렇군요, 원인 분석에 그다지 도움이 되는 툴은 아닙니다.)




또 다른 도구로 MemoScope가 있습니다.

fremag/MemoScope.Net
; https://github.com/fremag/MemoScope.Net

사실 이걸 더 추천하고 싶습니다. ^^

memoscope_typestats.png

보는 바와 같이, windbg로 "!dumpheap", "!dumpclass", "!do" 명령 등을 그냥 UI로 간편하게 처리할 수 있습니다.




마지막으로 메모리 누수의 또 다른 지표인 finalizer 상황도 함께 보면 좋습니다.

windbg - 닷넷 Finalizer 스레드가 멈춰있는 현상
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11803

아래는 실행 결과의 예인데,

0:000> !finalizequeue
SyncBlocks to be cleaned up: 0
Free-Threaded Interfaces to be released: 0
MTA Interfaces to be released: 0
STA Interfaces to be released: 0
----------------------------------
------------------------------
Heap 0
generation 0 has 169 finalizable objects (000000baf48f7b00->000000baf48f8048)
generation 1 has 3 finalizable objects (000000baf48f7ae8->000000baf48f7b00)
generation 2 has 347 finalizable objects (000000baf48f7010->000000baf48f7ae8)
Ready for finalization 0 objects (000000baf48f8048->000000baf48f8048)
------------------------------
Heap 1
generation 0 has 83 finalizable objects (000000baf4dd8078->000000baf4dd8310)
generation 1 has 2 finalizable objects (000000baf4dd8068->000000baf4dd8078)
generation 2 has 7685 finalizable objects (000000baf4dc9040->000000baf4dd8068)
Ready for finalization 0 objects (000000baf4dd8310->000000baf4dd8310)
------------------------------
Heap 2
generation 0 has 1604 finalizable objects (000000baf1cd7020->000000baf1cda240)
generation 1 has 1 finalizable objects (000000baf1cd7018->000000baf1cd7020)
generation 2 has 1139 finalizable objects (000000baf1cd4c80->000000baf1cd7018)
Ready for finalization 0 objects (000000baf1cda240->000000baf1cda240)
------------------------------
Heap 3
generation 0 has 368 finalizable objects (000000baf4c71020->000000baf4c71ba0)
generation 1 has 6 finalizable objects (000000baf4c70ff0->000000baf4c71020)
generation 2 has 1018 finalizable objects (000000baf4c6f020->000000baf4c70ff0)
Ready for finalization 0 objects (000000baf4c71ba0->000000baf4c71ba0)
Statistics for all finalizable objects (including all objects ready for finalization):
...[생략]...
00007ff90e0d9ff8      195        14040 TestFx.Diagnostics.TraceEntry
00007ff90df4aad8      588        42336 System.Reflection.Emit.DynamicResolver
00007ff90e97e7c8    10402       249648 System.Reflection.Emit.DynamicResolver+DestroyScout
Total 12425 objects

"windbg - 닷넷 Finalizer 스레드가 멈춰있는 현상" 글에 쓴 것처럼 Finalizer 스레드가 hang 상태라면 위의 출력 결과에서 "Ready for finalization" 의 수치가 증가하는 것이 확인됩니다.

반면 Finalizer는 문제없지만 종료자를 구현한 객체들이 누수되고 있는 경우 위에서와 같이 "generation 2 has xxxx finalizable objects" 항목을 통해 (2개의 덤프 파일 간에) 그 수가 점점 늘어나고 있는 것을 보게 됩니다.




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 2/8/2019 ]

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11804정성태1/24/20192497Windows: 155. diskpart - remove letter 이후 재부팅 시 다시 드라이브 문자가 할당되는 경우
11803정성태1/10/20192371디버깅 기술: 121. windbg - 닷넷 Finalizer 스레드가 멈춰있는 현상
11802정성태1/7/20192564.NET Framework: 805. 두 개의 윈도우를 각각 실행하는 방법(Windows Forms, WPF)파일 다운로드1
11801정성태1/1/20192818개발 환경 구성: 427. Netsh의 네트워크 모니터링 기능 [3]
11800정성태12/28/20183544오류 유형: 509. WCF 호출 오류 메시지 - System.ServiceModel.CommunicationException: Internal Server Error
11799정성태12/19/20183569.NET Framework: 804. WPF(또는 WinForm)에서 UWP UI 구성 요소 사용하는 방법 [3]파일 다운로드1
11798정성태12/19/20183306개발 환경 구성: 426. vcpkg - "Building vcpkg.exe failed. Please ensure you have installed Visual Studio with the Desktop C++ workload and the Windows SDK for Desktop C++"
11797정성태3/7/20202262개발 환경 구성: 425. vcpkg - CMake Error: Problem with archive_write_header(): Can't create '' 빌드 오류
11796정성태12/19/20182045개발 환경 구성: 424. vcpkg - "File does not have expected hash" 오류를 무시하는 방법
11795정성태12/19/20183518Windows: 154. PowerShell - Zone 별로 DNS 레코드 유형 정보 조회 [1]
11794정성태12/17/20181949오류 유형: 508. Get-AzureWebsite : Request to a downlevel service failed.
11793정성태12/16/20182275개발 환경 구성: 423. NuGet 패키지 제작 - Native와 Managed DLL을 분리하는 방법
11792정성태12/11/20182643Graphics: 34. .NET으로 구현하는 OpenGL (11) - Per-Pixel Lighting파일 다운로드1
11791정성태6/23/20202761VS.NET IDE: 130. C/C++ 프로젝트의 시작 프로그램으로 .NET Core EXE를 지정하는 경우 닷넷 디버깅이 안 되는 문제 [1]
11790정성태12/11/20182444오류 유형: 507. Could not save daemon configuration to C:\ProgramData\Docker\config\daemon.json: Access to the path 'C:\ProgramData\Docker\config' is denied.
11789정성태12/10/20185402Windows: 153. C# - USB 장치의 연결 및 해제 알림을 위한 WM_DEVICECHANGE 메시지 처리파일 다운로드1
11788정성태12/4/20181953오류 유형: 506. SqlClient - Value was either too large or too small for an Int32.Couldn't store <2151292191> in ... Column
11787정성태11/29/20183543Graphics: 33. .NET으로 구현하는 OpenGL (9), (10) - OBJ File Format, Loading 3D Models파일 다운로드1
11786정성태11/29/20182084오류 유형: 505. OpenGL.NET 예제 실행 시 "Managed Debugging Assistant 'CallbackOnCollectedDelegate'" 예외 발생
11785정성태12/23/20193070디버깅 기술: 120. windbg 분석 사례 - ODP.NET 사용 시 Finalizer에서 System.AccessViolationException 예외 발생으로 인한 비정상 종료
11784정성태11/18/20182745Graphics: 32. .NET으로 구현하는 OpenGL (7), (8) - Matrices and Uniform Variables, Model, View & Projection Matrices파일 다운로드1
11783정성태11/18/20182613오류 유형: 504. 윈도우 환경에서 docker가 설치된 컴퓨터 간의 ping IP 주소 풀이 오류
11782정성태2/20/20192604Windows: 152. 윈도우 10에서 사라진 "Adapters and Bindings" 네트워크 우선순위 조정 기능 - 두 번째 이야기
11781정성태11/17/20183531개발 환경 구성: 422. SFML.NET 라이브러리 설정 방법파일 다운로드1
11780정성태11/17/20183619오류 유형: 503. vcpkg install bzip2 빌드 에러 - "Error: Building package bzip2:x86-windows failed with: BUILD_FAILED"
11779정성태11/17/20184197개발 환경 구성: 421. vcpkg 업데이트 [1]
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