记一次 .NET 某机械臂智能机器人控制系统MRS CPU爆高分析
一:背景
1. 讲故事
这是6月中旬一位朋友加wx求助dump的故事,他的程序 cpu爆高UI卡死
,问如何解决,截图如下:
在拿到这个dump后,我发现这是一个关于机械臂的MRS程序,哈哈,在机械臂
这种智能机器人领域居然还有 .NET 的用武之地,有点超出我的认知哈,不知道把员工当兄弟的大强子仓库里可有 .NET 控制的几台机械臂 。
关于界面卡死的问题我这里就不讨论了,只讨论这个cpu爆高的问题如何解决,毕竟追这个系列的朋友都被前面那些各种 内存泄漏,内存爆涨
弄倦了,换个口味也挺好。
二: Windbg 分析
1. 现象验证
别人说cpu高,我得先用数据证明一下是否真的如此,方法很简单,用 !tp
命令即可。
0:000> !tp
CPU utilization: 100%
Worker Thread: Total: 151 Running: 151 Idle: 0 MaxLimit: 32767 MinLimit: 4
Work Request in Queue: 1
AsyncTimerCallbackCompletion TimerInfo@000000001dc25bb0
--------------------------------------
Number of Timers: 0
--------------------------------------
Completion Port Thread:Total: 2 Free: 1 MaxFree: 8 CurrentLimit: 2 MaxLimit: 1000 MinLimit: 4
从卦象上看,有两个值得关注的指标:
- CPU utilization: 100%
这表明当时抓dump的那个时刻,机器的cpu确实为100%,确实比较糟糕,说点题外话,有几位朋友说他想抓这种100%的dump,发现阿里云的远程桌面连不上,太尴尬了。。。
- Total: 151 Running: 151
当前线程池的work线程有151个,正在运行的也是151个,这说明什么呢? 说明每一个线程都在忙碌着,同时也预示着当前的线程不够用,急需招人,当前系统绝对有一股力在推着它。
2. 查看线程列表
接下来再看一下当前的线程列表,使用 !t
命令。
0:000> !t
ThreadCount: 171
UnstartedThread: 1
BackgroundThread: 167
PendingThread: 1
DeadThread: 2
Hosted Runtime: no
Lock
ID OSID ThreadOBJ State GC Mode GC Alloc Context Domain Count Apt Exception
0 1 7e0 00000000028901c0 26020 Preemptive 00000000049C9360:00000000049C98A8 0000000000602420 1 STA (GC)
9 2 df8 00000000028bc850 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA (Finalizer)
11 3 144 000000001fdef570 102a220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA (Threadpool Worker)
14 9 dbc 0000000020703650 202b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA
15 10 5a4 00000000206d5860 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA
16 11 17c 00000000206df220 2b220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA
17 12 dd4 00000000205e49a0 2b220 Preemptive 00000000049A7A20:00000000049A98A8 0000000000602420 0 MTA
18 14 8fc 0000000020495000 2b220 Preemptive 00000000049A5A40:00000000049A78A8 0000000000602420 0 MTA
19 17 a84 0000000020817490 202b220 Preemptive 00000000049ADBB0:00000000049AF8A8 0000000000602420 0 MTA
...
180 167 12b8 0000000026436d70 1021220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA (Threadpool Worker)
181 168 11a4 0000000026437540 1021220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA (Threadpool Worker)
182 169 880 0000000026437d10 1021220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA (Threadpool Worker)
183 170 1334 00000000264384e0 1021220 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 MTA (Threadpool Worker)
184 171 278 0000000026438cb0 1400 Preemptive 0000000000000000:0000000000000000 0000000000602420 0 Ukn
从卦象看:ID=1
的线程有一个 GC
标记,我去,看样子是触发GC了,这里要提醒一下,工作线程在 GC=Workstation
模式下,是可以充当GC回收线程的,这和 GC=Server
模式下是不同的。
3. 查看线程栈
既然是 GC 触发了,那就 死马当活马医
,按照GC触发的套路查,基本流程如下:
- 调出所有线程栈,使用
!EEStack
命令。
0:000> !EEStack
---------------------------------------------
Thread 0
Current frame: ntdll!NtGetContextThread+0xa
Child-SP RetAddr Caller, Callee
...
- 查找
WaitUntilGCComplete
关键词看有多少线程在等待 GC 回收
使用 Ctrl+F
检索即可,截图如下:
从图中看:有96个线程在等待GC完成,到这里,我的嘴角已经上扬了,。。。
- 查找
try_allocate_more_space
关键词判断是什么业务逻辑触发了GC
我去,咋回事? 这有头没尾的,既然没有 try_allocate_more_space
关键词也就说明当前的GC大概率不是自动触发的, 那又是谁触发的呢?有点奇葩哈?
4. GC到底是怎么触发的
要想找出答案,最简单粗暴的做法就是看下那个标记为 GC
的线程到底做了什么? 这里使用 !clrstack
即可。
0:000> !clrstack
OS Thread Id: 0x7e0 (0)
Child SP IP Call Site
000000000043e470 00000000778c1fea [InlinedCallFrame: 000000000043e470] System.GC._Collect(Int32, Int32)
000000000043e470 000007feea38ce2a [InlinedCallFrame: 000000000043e470] System.GC._Collect(Int32, Int32)
000000000043e440 000007feea38ce2a System.GC.Collect()
000000000043e4f0 000007fe8bcd29ca xxx.xxx.T_Tick(System.Object, System.EventArgs)
000000000043e520 000007fee3d0ef6f System.Windows.Forms.Timer.OnTick(System.EventArgs)
000000000043e550 000007fee3d076fe System.Windows.Forms.Timer+TimerNativeWindow.WndProc(System.Windows.Forms.Message ByRef)
000000000043e580 000007fee3cea3c3 System.Windows.Forms.NativeWindow.Callback(IntPtr, Int32, IntPtr, IntPtr)
000000000043e620 000007fee43611f1 DomainBoundILStubClass.IL_STUB_ReversePInvoke(Int64, Int32, Int64, Int64)
000000000043e890 000007feeac1221e [InlinedCallFrame: 000000000043e890] System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.DispatchMessageW(MSG ByRef)
000000000043e890 000007fee3d6a378 [InlinedCallFrame: 000000000043e890] System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.DispatchMessageW(MSG ByRef)
000000000043e860 000007fee3d6a378 DomainBoundILStubClass.IL_STUB_PInvoke(MSG ByRef)
000000000043e920 000007fee3cff23e System.Windows.Forms.Application+ComponentManager.System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.IMsoComponentManager.FPushMessageLoop(IntPtr, Int32, Int32)
000000000043ea10 000007fee3cfebd2 System.Windows.Forms.Application+ThreadContext.RunMessageLoopInner(Int32, System.Windows.Forms.ApplicationContext)
000000000043eab0 000007fee3cfe9df System.Windows.Forms.Application+ThreadContext.RunMessageLoop(Int32, System.Windows.Forms.ApplicationContext)
000000000043eb10 000007fe8b6208a6 xxx.Program.Main()
000000000043ede0 000007feeac16bb3 [GCFrame: 000000000043ede0]
我去,从线程栈上看,居然是一个 Timer 在手工调用 GC.Collect()
,这是什么业务,接下来用 ip2md + savemodule
把 xxx.xxx.T_Tick
源码导出来看一看。
0:000> !ip2md 000007fe8bcd29ca
MethodDesc: 000007fe8b50ae90
Method Name: xxx.xxx.T_Tick(System.Object, System.EventArgs)
Class: 000007fe8b6ac628
MethodTable: 000007fe8b50b080
mdToken: 00000000060002b5
Module: 000007fe8b504118
IsJitted: yes
CodeAddr: 000007fe8bcd29a0
Transparency: Critical
0:000> !savemodule 000007fe8b504118 D:\dumps\MRS-CPU\T_Tick.dll
3 sections in file
section 0 - VA=2000, VASize=1a85fc, FileAddr=200, FileSize=1a8600
section 1 - VA=1ac000, VASize=5088, FileAddr=1a8800, FileSize=5200
section 2 - VA=1b2000, VASize=c, FileAddr=1ada00, FileSize=200
用 ILSpy 打开 T_Tick.dll,截图如下:
从代码逻辑看,朋友做了 3min 触发一个 GC 的业务逻辑,我不知道这么做是想干嘛,所以就和朋友在wx上交流了下。
5. 真的全是GC背锅吗
其实在我分享过的很多cpu爆高的dump中,有相当一部分是由于频繁触发GC所致,比如大字符串拼接,误用正则表达式 等等,但3min一次的gc就能把cpu搞挂,这要是小白还能忽悠过去,在懂一点的朋友眼里是经不住推敲的,言外之意就是真正的祸首还没找到。。。 要寻找可疑祸首,最好的方法就是对所有线程栈进行地毯式搜索,截图如下:
从上图中可以看到,当前有112个线程卡在 System.Collections.Generic.Dictionary2[[System.Int32, mscorlib],[System.__Canon, mscorlib]].FindEntry(Int32)
处,你肯定会说了,卡住是因为GC触发冻住了所有线程所致,当然这个理论无需反驳,确实是这样。
我相信有经验的朋友肯定会发现一个问题,那就是多线程环境下出现了一个线程不安全的 Dictionary,我在之前的一篇车联网CPU爆高分析中也提到了这个问题,它会导致 在 FindEntry
操作时出现死循环的怪异现象。
到这里为止,CPU爆高的问题基本也就全找到了。
三:总结
本次cpu爆高事故主要是由于:
多线程环境下使用了非线程安全的 Dictionary 导致了死循环。
周期性的调用 GC.Collection() 让其雪上加霜。
找出问题后,解决办法也就简单了,建议将 Dictioanry 改成 ConcurrentDictionary,同时去掉手工对 GC.Collection()
的调用。
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