记一次 .NET 某传感器采集系统 线程爆高分析

1. 讲故事

前段时间有位朋友微信找到我，说他的程序使用 hsl 库之后，采集 plc 时内存溢出，让我帮忙看一下怎么回事，哈哈，貌似是分析之旅中的第二次和 hsl 打交道，既然找到我，那就上 windbg 说话吧。

二：WinDbg 分析

1. 为什么会内存溢出

简单观察程序的提交内存之后，发现内存的 Stack 区非常大，随用 !t 看了下到底有多少个线程，截图如下：

不看不知道，一看吓一跳，这个程序居然有近 1.5w 的线程，虽然我见过大世面(3w+线程)，但还是心有余悸，随用 ~*e !clrstack 看了下各个线程都在做什么，经过一顿观察，发现线程都卡在 Interactivelock.Enter 锁上，截图如下：

从代码中看，理论上存在 Interactivelock.Enter() 和 Interactivelock.Leave() 因为各种异常导致锁的不成对进而造成锁污染的情况，看起来是 hsl 代码不严谨造成的什么 bug，观察了下版本也不是最新的，而且最新版的锁这块也修改了逻辑，就让朋友升级下 hsl 再观察看看，看样子这个问题应该轻松搞定了，不过我保守的说了下，如果还是遇到大量的线程，可以随时联系我。

2. 真的搞定的吗

过了一天这位朋友又找到我，说把 hsl 升级到最新版本之后还是出现了大量线程，让我再看一下，继续用 ~*e !clrstack 观察各个线程栈，发现还是卡在 pipeSocket.PipeLockEnter() 这里，这就很迷了，代码如下：

OS Thread Id: 0x1144 (21)
        Child SP               IP Call Site
...
000000A1AFF3DE90 00007ffa9cac6e05 System.Net.Sockets.SocketPal.Connect(System.Net.Sockets.SafeSocketHandle, Byte[], Int32) [/_/src/System.Net.Sockets/src/System/Net/Sockets/SocketPal.Windows.cs @ 118]
000000A1AFF3DEE0 00007ffa9cac6c52 System.Net.Sockets.Socket.DoConnect(System.Net.EndPoint, System.Net.Internals.SocketAddress) [/_/src/System.Net.Sockets/src/System/Net/Sockets/Socket.cs @ 4415]
000000A1AFF3DF30 00007ffa9cac6a63 System.Net.Sockets.Socket.Connect(System.Net.EndPoint) [/_/src/System.Net.Sockets/src/System/Net/Sockets/Socket.cs @ 810]
000000A1AFF3DF80 00007ffa9b7bc75a HslCommunication.Core.NetSupport.CreateSocketAndConnect(System.Net.IPEndPoint, Int32, System.Net.IPEndPoint)
000000A1AFF3DFF0 00007ffa9cac8768 HslCommunication.Core.Net.NetworkBase.CreateSocketAndConnect(System.Net.IPEndPoint, Int32, System.Net.IPEndPoint)
000000A1AFF3E030 00007ffa9cac84ba HslCommunication.Core.Net.NetworkDoubleBase.CreateSocketAndInitialication()
000000A1AFF3E070 00007ffa9cac83b8 HslCommunication.Core.Net.NetworkDoubleBase.ConnectServer()
000000A1AFF3E0B0 00007ffa9c697f8b HslCommunication.Core.Net.NetworkDoubleBase.GetAvailableSocket()
000000A1AFF3E0F0 00007ffa9c697545 HslCommunication.Core.Net.NetworkDoubleBase.ReadFromCoreServer(Byte[], Boolean, Boolean)
000000A1AFF3E160 00007ffa9c6a2779 HslCommunication.Profinet.Siemens.SiemensS7Net.ReadS7AddressData(HslCommunication.Core.Address.S7AddressData[])
000000A1AFF3E1A0 00007ffa9bfedef5 HslCommunication.Profinet.Siemens.SiemensS7Net.Read(System.String, UInt16)
...

0:021> !dso
OS Thread Id: 0x1144 (21)
RSP/REG          Object           Name
000000A1AFF3E058 00000280c8ca33d8 HslCommunication.Profinet.Siemens.SiemensS7Net
000000A1AFF3E0C0 00000281c9150e58 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeWaitHandle
...

0:021> !gcroot 00000281c9150e58 
Thread 1144:
            ->  00000280C8CA37E8 HslCommunication.Core.SimpleHybirdLock
            ->  00000280C8CA3860 System.Lazy`1[[System.Threading.AutoResetEvent, System.Private.CoreLib]]
            ->  00000281C9150E40 System.Threading.AutoResetEvent
            ->  00000281C9150E58 Microsoft.Win32.SafeHandles.SafeWaitHandle

0:021> !do 00000280C8CA37E8
Name:        HslCommunication.Core.SimpleHybirdLock
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffa998a71d0  4000162       14       System.Boolean  1 instance                0 disposedValue
00007ffa998ab1f0  4000163       10         System.Int32  1 instance              614 m_waiters
00007ffa9bcea5e0  4000164        8 ...Private.CoreLib]]  0 instance 00000280c8ca3860 m_waiterLock
00007ffa998ac570  4000165      2e8         System.Int64  1   static              859 simpleHybirdLockCount
00007ffa998ac570  4000166      2f0         System.Int64  1   static              857 simpleHybirdLockWaitCount

从上面的 m_waiters=614 来看，当前有 614 个线程在等待，这里要稍微吐槽一下，建议封装 SimpleHybirdLock 的时候最好记录下当前谁在持有这个锁，不然找起来太难了。。。

经过一顿摸索发现是 21号 线程正在持有 SimpleHybirdLock，正在调用 GetAvailableSocket 方法出不来，截图如下：

3. 为什么获取不到 Socket

既然有 600+ 线程在等待，大概率在获取可用 Socket 上出了什么问题，有了这个思路我们用 !dso 去找下 Socket 的 IP 地址是什么，看看dump中有没有什么异常。

0:021> !dso
OS Thread Id: 0x1144 (21)
RSP/REG          Object           Name
000000A1AFF3E350 00000281c8ac61a8 System.Object[]    (System.Object[])
000000A1AFF3EA38 00000281c9c80608 System.String    172.16.3.208
....

提取到 IP 地址之后，接下来到用 !strings 到 dump 中搜一下可有这个 ip 相关的信息，果不其然，发现有大量的 IP 超时，截图如下：

到这里我们大概就知道了，原来是程序跑着跑着，由于网络等各方面的问题导致 IP 不可访问，进而引发程序系统性崩盘。

4. hsl 真的很无辜吗

这里没有任何针对性，只是从技术上进行一下探讨，先上一下 hsl 对这块的处理，简化后如下：

public OperateResult<byte[]> ReadFromCoreServer(byte[] send, bool hasResponseData, bool usePackAndUnpack = true)
{
    OperateResult<byte[]> operateResult = new OperateResult<byte[]>();
    OperateResult<Socket> operateResult2 = null;
    pipeSocket.PipeLockEnter();
    try
    {
        operateResult2 = GetAvailableSocket();
        if (!operateResult2.IsSuccess)
        {
            pipeSocket.IsSocketError = true;
            pipeSocket.PipeLockLeave();
            operateResult.CopyErrorFromOther(operateResult2);
            return operateResult;
        }
        ExtraAfterReadFromCoreServer(operateResult3);
        pipeSocket.PipeLockLeave();
    }
    catch
    {
        pipeSocket.PipeLockLeave();
        throw;
    }
    if (!isPersistentConn)
    {
        operateResult2?.Content?.Close();
    }
    return operateResult;
}

internal static OperateResult<Socket> CreateSocketAndConnect(IPEndPoint endPoint, int timeOut, IPEndPoint local = null)
{
    int num = 0;
    while (true)
    {
        num++;
        Socket socket = new Socket(endPoint.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        HslTimeOut hslTimeOut = HslTimeOut.HandleTimeOutCheck(socket, timeOut);
        try
        {
            if (local != null)
            {
                socket.Bind(local);
            }
            socket.Connect(endPoint);
            hslTimeOut.IsSuccessful = true;
            return OperateResult.CreateSuccessResult(socket);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            socket?.Close();
            hslTimeOut.IsSuccessful = true;
            if (hslTimeOut.GetConsumeTime() < TimeSpan.FromMilliseconds(500.0) && num < 2)
            {
                Thread.Sleep(100);
                continue;
            }
            if (hslTimeOut.IsTimeout)
            {
                return new OperateResult<Socket>(string.Format(StringResources.Language.ConnectTimeout, endPoint, timeOut) + " ms");
            }
            return new OperateResult<Socket>($"Socket Connect {endPoint} Exception -> " + ex.Message);
        }
    }
}

从代码中可以看到，hsl 通过 catch 捕获到了异常，但并没有强制 throw 让用户自己做决断，而是吞到了 OperateResult 返回类中，用户层因为偷懒又没有判断这种异常状态导致了此问题的发生。 从逻辑看 Socket 是一个非常基础的功能，所以我觉得强制抛出更合理一点，逼迫用户可以更早的强制介入。

5. 为什么会有那么多线程

其实还留了一个问题没有解答，那就是为什么会产生那么多的线程，很显然这是一个 hsl 强吞异常导致的副作用，上层没有判断 OperateResult 的异常码，以为一切都 ok，继续它的周期性调度，被迫生成更多的线程池线程去赴死，危机重重，那具体是怎么调度的呢？可以观察各个线程的创建时间即可。

0:021> ~*e .printf "tid=%x\n",@$tid ; .ttime
...
Created: Thu Mar  9 09:02:05.541 2023 (UTC + 8:00)
Kernel:  0 days 0:00:00.062
User:    0 days 0:00:00.125
tid=38e8
Created: Thu Mar  9 09:02:10.540 2023 (UTC + 8:00)
Kernel:  0 days 0:00:00.015
User:    0 days 0:00:00.000
tid=2d64
Created: Thu Mar  9 09:02:15.540 2023 (UTC + 8:00)
Kernel:  0 days 0:00:00.015
User:    0 days 0:00:00.015
tid=3aa4
Created: Thu Mar  9 09:02:20.540 2023 (UTC + 8:00)
Kernel:  0 days 0:00:00.015
User:    0 days 0:00:00.000
tid=41ec
Created: Thu Mar  9 09:02:25.540 2023 (UTC + 8:00)
Kernel:  0 days 0:00:00.203
User:    0 days 0:00:00.218
...

从各个线程的创建时间来看，大概是 5s 采集一次。

这次事故主要是由于在设备采集的过程中 IP 出了问题 导致的线程数暴涨引发的系统性崩溃，个人觉得朋友和hsl都有一定的责任，一个不检查错误码，一个强吞异常。