记一次 .NET 某工控自动化控制系统 卡死分析
一：背景
1. 讲故事
前段时间遇到了好几起关于窗体程序的 进程加载锁 引发的 程序卡死 和 线程暴涨 问题，这种 dump 分析难度较大，主要涉及到 Windows操作系统 和 C++ 的基础知识，所以有必要简单整理和大家分享一下，上 windbg 说话。
二：WinDbg 分析
1. 主线程此时在做什么
窗体程序的卡死，入口分析点在 主线程 上，使用 ~0s; k 命令即可。
0:000> ~0s; k
ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14:
00007ffc`6010e614 c3 ret
# Child-SP RetAddr Call Site
00 0000008c`107fe5d8 00007ffc`5cda4313 ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14
01 0000008c`107fe5e0 00007ffc`257b2fe8 KERNELBASE!WaitForSingleObjectEx+0x93
02 0000008c`107fe680 00007ffc`257b2f9e clr!CLREventWaitHelper2+0x3c
03 0000008c`107fe6c0 00007ffc`257b2efc clr!CLREventWaitHelper+0x1f
04 0000008c`107fe720 00007ffc`256beed2 clr!CLREventBase::WaitEx+0x71
05 0000008c`107fe7b0 00007ffc`25687e44 clr!WKS::GCHeap::WaitUntilGCComplete+0x2e
06 0000008c`107fe7e0 00007ffc`25688092 clr!Thread::RareDisablePreemptiveGC+0x18f
07 0000008c`107fe880 00007ffc`255d44f4 clr!JIT_RareDisableHelperWorker+0x42
08 0000008c`107fe9d0 00007ffc`22544314 clr!JIT_RareDisableHelper+0x14
09 0000008c`107fea10 00007ffc`22525f32 WindowsBase_ni+0x184314
0a 0000008c`107fead0 00007ffc`22520298 WindowsBase_ni+0x165f32
0b 0000008c`107feb10 00007ffc`2251edaf WindowsBase_ni+0x160298
0c 0000008c`107feba0 00007ffc`202b6421 WindowsBase_ni+0x15edaf
...
从卦象中的 WaitUntilGCComplete 函数看，此时的主线程正在等待 GC完成，那到底谁触发了 GC 呢? 接下来用 !t 命令查看下 GC 标记。
0:000> !t
ThreadCount: 58
UnstartedThread: 9
BackgroundThread: 39
PendingThread: 9
DeadThread: 5
Hosted Runtime: no
42 41 cd8 000001ec5f7f7c90 202b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001ec3353c710 0 MTA
43 34 1160 000001ec5f7f4db0 21220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001ec3353c710 0 Ukn
44 33 218c 000001ec5f7f5580 2b220 Cooperative 0000000000000000:0000000000000000 000001ec3353c710 1 MTA (GC)
45 36 1110 000001ec5f7f8460 202b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001ec3353c710 0 MTA
48 32 26a8 000001ec545813e0 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001ec3353c710 0 MTA
49 31 4b4 000001ec54581bb0 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 000001ec3353c710 0 MTA
从卦中看，当前的 44 号线程触发了 GC，接下来看下它的线程栈情况。
0:000> ~~[218c]s
ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14:
00007ffc`6010e614 c3 ret
0:044> k
# Child-SP RetAddr Call Site
00 0000008c`0a0bd9b8 00007ffc`5cda4313 ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14
01 0000008c`0a0bd9c0 00007ffc`257b2fe8 KERNELBASE!WaitForSingleObjectEx+0x93
02 0000008c`0a0bda60 00007ffc`257b2f9e clr!CLREventWaitHelper2+0x3c
03 0000008c`0a0bdaa0 00007ffc`257b2efc clr!CLREventWaitHelper+0x1f
04 0000008c`0a0bdb00 00007ffc`256c821d clr!CLREventBase::WaitEx+0x71
05 0000008c`0a0bdb90 00007ffc`256c8120 clr!standalone::`anonymous namespace'::CreateSuspendableThread+0x10c
06 0000008c`0a0bdc50 00007ffc`257b9e4c clr!GCToEEInterface::CreateThread+0x170
07 0000008c`0a0bde40 00007ffc`257b8543 clr!WKS::gc_heap::prepare_bgc_thread+0x4c
08 0000008c`0a0bde70 00007ffc`256be9f7 clr!WKS::gc_heap::garbage_collect+0xfbb37
09 0000008c`0a0bdeb0 00007ffc`256c0c47 clr!WKS::GCHeap::GarbageCollectGeneration+0xef
0a 0000008c`0a0bdf00 00007ffc`255dc7b3 clr!WKS::GCHeap::Alloc+0x29c
0b 0000008c`0a0bdf50 00007ffb`c631853d clr!JIT_New+0x339
从线程栈看，GC 在触发的过程中准备使用 CreateThread 函数创建线程，可能有些朋友不太理解，GC触发还有创建线程的操作？？？ 哈哈，这就涉及到一点 CLR 的基础知识，workstation 的 bgc 模式会有一个专门的 后台线程, 而这个后台线程是在运行时的某个时刻创建和销毁的，所以从线程栈看，GC 正在等待 bgc 线程初始化完毕。
很奇怪的是，我从多个卡死状态下的 dump 看，发现 GC 都卡在这个 CreateThread 函数上，言外之意线程在这里无限期等待了。
2. CreateThread 为什么不能初始化完成？
如果大家玩过 C++ 的话，应该知道 C++ 的 dll 会有一个 DllMain 方法，它的意义和 Main 方法一致,代码骨架图如下：
// dllmain.cpp : Defines the entry point for the DLL application.
#include "pch.h"
BOOL APIENTRY DllMain( HMODULE hModule,
DWORD ul_reason_for_call,
LPVOID lpReserved
)
{
switch (ul_reason_for_call)
{
case DLL_PROCESS_ATTACH:
case DLL_THREAD_ATTACH:
case DLL_THREAD_DETACH:
case DLL_PROCESS_DETACH:
break;
}
return TRUE;
}
从 switch 中的枚举参数来看，就是 dll 加载和卸载，线程创建和销毁，有此 DllMain 方法的 dll 都会收到通知，在进入到这个 DllMain 之前会首先获取到一个全局的 进程加载锁（LdrpLoaderLock）。
既然 GC 过程中不能创建 CreateThread，那必然有人在持有这个 LdrpLoaderLock 锁，接下来的问题就是如何找到 哪个线程正在持有 LdrpLoaderLock ？ 这就涉及到 windows 操作系统的 基础知识了。
3. 谁在持有 LdrpLoaderLock 锁？
LdrpLoaderLock 变量是在 ntdll.dll 用户态网关dll中，可以用 x ntdll!LdrpLoaderLock 命令检索，然后看下是作为哪个临界区持有的。
0:044> x ntdll!LdrpLoaderLock
00007ffc`601cf4f8 ntdll!LdrpLoaderLock = <no type information>
0:044> dt _RTL_CRITICAL_SECTION 00007ffc`601cf4f8
atl100!_RTL_CRITICAL_SECTION
+0x000 DebugInfo : 0x00007ffc`601cf978 _RTL_CRITICAL_SECTION_DEBUG
+0x008 LockCount : 0n-2
+0x00c RecursionCount : 0n1
+0x010 OwningThread : 0x00000000`0000138c Void
+0x018 LockSemaphore : (null)
+0x020 SpinCount : 0x4000000
从卦中看，当前 138c 号线程持有了这个临界区，接下来切到这个线程看下它的线程栈即可。
0:044> ~~[138c]s
win32u!NtUserMessageCall+0x14:
00007ffc`5c891184 c3 ret
0:061> k
# Child-SP RetAddr Call Site
00 0000008c`00ffec68 00007ffc`5f21bfbe win32u!NtUserMessageCall+0x14
01 0000008c`00ffec70 00007ffc`5f21be38 user32!SendMessageWorker+0x11e
02 0000008c`00ffed10 00007ffc`124fd4af user32!SendMessageW+0xf8
03 0000008c`00ffed70 00007ffc`125e943b cogxImagingDevice!DllUnregisterServer+0x3029f
04 0000008c`00ffeda0 00007ffc`125e9685 cogxImagingDevice!DllUnregisterServer+0x11c22b
05 0000008c`00ffede0 00007ffc`600b50e7 cogxImagingDevice!DllUnregisterServer+0x11c475
06 0000008c`00ffee20 00007ffc`60093ccd ntdll!LdrpCallInitRoutine+0x6f
07 0000008c`00ffee90 00007ffc`60092eef ntdll!LdrpProcessDetachNode+0xf5
08 0000008c`00ffef60 00007ffc`600ae319 ntdll!LdrpUnloadNode+0x3f
09 0000008c`00ffefb0 00007ffc`600ae293 ntdll!LdrpDecrementModuleLoadCountEx+0x71
0a 0000008c`00ffefe0 00007ffc`5cd7c00e ntdll!LdrUnloadDll+0x93
0b 0000008c`00fff010 00007ffc`5d47cf78 KERNELBASE!FreeLibrary+0x1e
0c 0000008c`00fff040 00007ffc`5d447aa3 combase!CClassCache::CDllPathEntry::CFinishObject::Finish+0x28 [onecore\com\combase\objact\dllcache.cxx @ 3420]
0d 0000008c`00fff070 00007ffc`5d4471a9 combase!CClassCache::CFinishComposite::Finish+0x4b [onecore\com\combase\objact\dllcache.cxx @ 3530]
0e 0000008c`00fff0a0 00007ffc`5d3f1499 combase!CClassCache::FreeUnused+0xdd [onecore\com\combase\objact\dllcache.cxx @ 6547]
0f 0000008c`00fff650 00007ffc`5d3f13c7 combase!CoFreeUnusedLibrariesEx+0x89 [onecore\com\combase\objact\dllapi.cxx @ 117]
10 (Inline Function) --------`-------- combase!CoFreeUnusedLibraries+0xa [onecore\com\combase\objact\dllapi.cxx @ 74]
11 0000008c`00fff690 00007ffc`6008a019 combase!CDllHost::MTADllUnloadCallback+0x17 [onecore\com\combase\objact\dllhost.cxx @ 929]
12 0000008c`00fff6c0 00007ffc`6008bec4 ntdll!TppTimerpExecuteCallback+0xa9
13 0000008c`00fff710 00007ffc`5f167e94 ntdll!TppWorkerThread+0x644
14 0000008c`00fffa00 00007ffc`600d7ad1 kernel32!BaseThreadInitThunk+0x14
15 0000008c`00fffa30 00000000`00000000 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21
可以看到，cogxImagingDevice 发起了一个 user32!SendMessageW 同步方法，导致程序彻底死锁，可能有些朋友有点懵，我简单罗列下。
- 44 号线程使用 CreateThread 创建线程，但必须要先获取 加载锁，所以一直在等待 61 号线程释放加载锁。
- 61 号线程用同步的方式
user32!SendMessageW给 主线程的 WndProc 网关函数打同步消息，等待 主线程给予响应，而此时主线程正在等待 GC 完成。 - 主线程 在无限期的 等待 GC 结束。
综合来看，只要主线程不响应 44 号线程， 44号线程就不会释放 加载锁，这个 加载锁 不释放，就会导致很多的线程都无法初始化完毕，这个在它的 dump 中也反应出来了，代码如下：
70 Id: 300.4f0 Suspend: 0 Teb: 0000008c`102e1000 Unfrozen
# Child-SP RetAddr Call Site
00 0000008c`0ecff388 00007ffc`6008902d ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14
01 0000008c`0ecff390 00007ffc`600b29a7 ntdll!LdrpDrainWorkQueue+0x15d
02 0000008c`0ecff3d0 00007ffc`600e76d5 ntdll!LdrpInitializeThread+0x8b
03 0000008c`0ecff4b0 00007ffc`600e7633 ntdll!_LdrpInitialize+0x89
04 0000008c`0ecff550 00007ffc`600e75de ntdll!LdrpInitialize+0x3b
05 0000008c`0ecff580 00000000`00000000 ntdll!LdrInitializeThunk+0xe
71 Id: 300.1c88 Suspend: 0 Teb: 0000008c`102e5000 Unfrozen
# Child-SP RetAddr Call Site
00 0000008c`0f4ff268 00007ffc`6008902d ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14
01 0000008c`0f4ff270 00007ffc`600b29a7 ntdll!LdrpDrainWorkQueue+0x15d
02 0000008c`0f4ff2b0 00007ffc`600e76d5 ntdll!LdrpInitializeThread+0x8b
03 0000008c`0f4ff390 00007ffc`600e7633 ntdll!_LdrpInitialize+0x89
04 0000008c`0f4ff430 00007ffc`600e75de ntdll!LdrpInitialize+0x3b
05 0000008c`0f4ff460 00000000`00000000 ntdll!LdrInitializeThunk+0xe
72 Id: 300.15c0 Suspend: 0 Teb: 0000008c`102e7000 Unfrozen
# Child-SP RetAddr Call Site
00 0000008c`0f8ff278 00007ffc`6008902d ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14
01 0000008c`0f8ff280 00007ffc`600b29a7 ntdll!LdrpDrainWorkQueue+0x15d
02 0000008c`0f8ff2c0 00007ffc`600e76d5 ntdll!LdrpInitializeThread+0x8b
03 0000008c`0f8ff3a0 00007ffc`600e7633 ntdll!_LdrpInitialize+0x89
04 0000008c`0f8ff440 00007ffc`600e75de ntdll!LdrpInitialize+0x3b
05 0000008c`0f8ff470 00000000`00000000 ntdll!LdrInitializeThunk+0xe
73 Id: 300.764 Suspend: 0 Teb: 0000008c`102ef000 Unfrozen
# Child-SP RetAddr Call Site
00 0000008c`0fcff388 00007ffc`6008902d ntdll!NtWaitForSingleObject+0x14
01 0000008c`0fcff390 00007ffc`600b29a7 ntdll!LdrpDrainWorkQueue+0x15d
02 0000008c`0fcff3d0 00007ffc`600e76d5 ntdll!LdrpInitializeThread+0x8b
03 0000008c`0fcff4b0 00007ffc`600e7633 ntdll!_LdrpInitialize+0x89
04 0000008c`0fcff550 00007ffc`600e75de ntdll!LdrpInitialize+0x3b
05 0000008c`0fcff580 00000000`00000000 ntdll!LdrInitializeThunk+0xe
可以看到，有很多的线程都卡死在 ntdll!LdrpInitializeThread+0x8b 处无法进行下去，那这个方法到底在做什么呢？可以看下 反汇编代码 。
0:000> u ntdll!LdrpInitializeThread+0x8b
ntdll!LdrpInitializeThread+0x8b:
00007ffc`600b29a7 e874a50000 call ntdll!LdrpAcquireLoaderLock (00007ffc`600bcf20)
00007ffc`600b29ac 90 nop
00007ffc`600b29ad 488b1d1c2a1200 mov rbx,qword ptr [ntdll!PebLdr+0x10 (00007ffc`601d53d0)]
00007ffc`600b29b4 488d05152a1200 lea rax,[ntdll!PebLdr+0x10 (00007ffc`601d53d0)]
00007ffc`600b29bb 483bd8 cmp rbx,rax
00007ffc`600b29be 0f84c5000000 je ntdll!LdrpInitializeThread+0x16d (00007ffc`600b2a89)
....
从汇编中可以清晰的看到，都卡在获取加载锁 ntdll!LdrpAcquireLoaderLock 函数上。
三：总结
这是一个由 cogxImagingDevice.dll引发的程序死锁，查了下百度是一个商业版的 视觉图像库，对此我也无法解决，只能建议朋友。
熟悉下这个 dll 的配置，如果不是配置造成建议提交官方解决。
争取做到 C# 和 C++ 的进程级隔离，或者干脆替换掉
cogxImagingDevice.dll，虽然这个难度有点大。
这个 dump 给我们的教训是： 当 C# 和 C++ 混在一起，争取做到最大可能的隔离，一旦出现问题非常考验你对 windows 底层知识的理解，分析排错门槛很高。
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