Linux系列：如何用C#調用C方法造成內存泄露
一、背景
1. 講故事
今年準備多寫一點 Linux平臺上的東西，這篇從 C# 調用 C 這個例子開始。在 windows 平臺上，我們常常在 C++ 代碼中用 extern "C" 導出 C風格 的函數，然后在 C# 中用 DllImport 的方式引入，那在 Linux 上怎么玩的？畢竟這對研究 Linux 上的 C# 程序非托管內存泄露有非常大的價值，接下來我們就來看下。
二、一個簡單的非托管內存泄露
1. 構建 so 文件
在 Windows 平臺上我們會通過 MSVC 編譯器將 C代碼編譯出一個成品 .dll，在 Linux 上通常會借助 gcc 將 c 編譯成 .so 文件，這個.so 全稱 Shared Object，為了方便講解，先上一段簡單的代碼：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#define BLOCK_SIZE (10 * 1024) // 每個塊 10K
#define TOTAL_SIZE (1 * 1024 * 1024 * 1024) // 總計 1GB
#define BLOCKS (TOTAL_SIZE / BLOCK_SIZE) // 計算需要的塊數
void heapmalloc()
{
uint8_t *blocks[BLOCKS]; // 存儲每個塊的指針
// 分配 1GB 內存，分成多個小塊
for (size_t i = 0; i < BLOCKS; i++)
{
blocks[i] = (uint8_t *)malloc(BLOCK_SIZE);
if (blocks[i] == NULL)
{
printf("內存分配失敗！\n");
return;
}
// 確保每個塊都被實際占用
memset(blocks[i], 20, BLOCK_SIZE);
}
printf("已經分配 1GB 內存在堆上！\n");
}接下來使用 gcc 編譯，參考如下：
gcc -shared -o libmyleak.so -fPIC myleak.c- -shared: 編譯成共享庫
- -fPIC: 指定共享庫可以在內存任意位置被加載（地址無關性）
命令執行完之后，就可以看到一個 .so 文件了，截圖如下：
圖片
最后可以用 nm 命令驗證下 libmyleak.so 中是否有 Text 段下的 heapmalloc 導出函數。
root@ubuntu2404:/data2/c# nm libmyleak.so
0000000000004028 b completed.0
w __cxa_finalize@GLIBC_2.2.5
00000000000010c0 t deregister_tm_clones
0000000000001130 t __do_global_dtors_aux
0000000000003e00 d __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0000000000004020 d __dso_handle
0000000000003e08 d _DYNAMIC
000000000000125c t _fini
0000000000001170 t frame_dummy
0000000000003df8 d __frame_dummy_init_array_entry
00000000000020f8 r __FRAME_END__
0000000000003fe8 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
w __gmon_start__
000000000000203c r __GNU_EH_FRAME_HDR
0000000000001179 T heapmalloc
0000000000001000 t _init
w _ITM_deregisterTMCloneTable
w _ITM_registerTMCloneTable
U malloc@GLIBC_2.2.5
U memset@GLIBC_2.2.5
U puts@GLIBC_2.2.5
00000000000010f0 t register_tm_clones
U __stack_chk_fail@GLIBC_2.4
0000000000004028 d __TMC_END__2. C# 代碼調用
so構建好了之后，后面就比較好說了，使用 dotnet new console -n CSharpApplication --use-program-main true 新建一個CS項目。
root@ubuntu2404:/data2/csharp# dotnet new console -n CSharpApplication --use-program-main true
The template "Console App" was created successfully.
Processing post-creation actions...
Restoring /data2/csharp/CSharpApplication/CSharpApplication.csproj:
Determining projects to restore...
Restored /data2/csharp/CSharpApplication/CSharpApplication.csproj (in 1.7 sec).
Restore succeeded.編譯下 C# 項目，然后將 libmyleak.so 放到 C#項目的 bin目錄，修改 C# 代碼如下：
using System.Runtime.InteropServices;
namespaceCSharpApplication;
classProgram
{
[DllImport("libmylib.so", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
public static extern void hello();
static void Main(string[] args)
{
hello();
Console.ReadLine();
}
}最后用 dotnet CSharpApplication.dll 運行：
root@ubuntu2404:/data2/csharp/CSharpApplication/bin/Debug/net8.0# dotnet CSharpApplication.dll
已經分配 1GB 內存在堆上！程序是跑起來了，那真的是吃了1G呢？ 可以先用 htop 觀察程序，從截圖看沒毛病。
圖片
那這 1G 真的在 heap 上嗎？ 可以用 maps 觀察。
root@ubuntu2404:~# ps -ef | grep CSharp
root 10764 10730013:35 pts/21 00:00:00 dotnet CSharpApplication.dll
root 11049 11027013:41 pts/22 00:00:00 grep --color=auto CSharp
root@ubuntu2404:~# cat /proc/10764/maps
614e1f592000-614e1f598000 r--p 0000000008:021479867 /usr/lib/dotnet/dotnet
614e1f598000-614e1f5a4000 r-xp 0000500008:021479867 /usr/lib/dotnet/dotnet
614e1f5a4000-614e1f5a5000 r--p 0001000008:021479867 /usr/lib/dotnet/dotnet
614e1f5a5000-614e1f5a6000 rw-p 0001000008:021479867 /usr/lib/dotnet/dotnet
614e5b5d9000-614e9b8a8000 rw-p 0000000000:000 [heap]
...
root@ubuntu2404:~# pmap 10764
10764: dotnet CSharpApplication.dll
0000614e1f592000 24K r---- dotnet
0000614e1f598000 48K r-x-- dotnet
0000614e1f5a4000 4K r---- dotnet
0000614e1f5a5000 4K rw--- dotnet
0000614e5b5d9000 1051452K rw--- [ anon ]
...根據 linux 進程的內存布局，可執行image之后是 heap 堆，可以看到 [heap] 約等于1G (614e9b8a8000 - 614e5b5d9000)，即 pmap 中的 1051452K。
三、總結
部署在 Linux上的.NET程序同樣存在 非托管內存泄露的問題，這篇文章的例子雖然很簡單，希望能給大家帶來一些思考和觀測途徑吧。
