記一次 .NET 某裝置監控系統死鎖分析

一線碼農發表於2023-04-06

一：背景

1. 講故事

上週看了一位訓練營朋友的dump，據朋友說他的程式卡死了，看完之後發現是一例經典的死鎖問題，蠻有意思，這個案例算是學習 .NET高階除錯 入門級的案例，這裡和大家分享一下。

二：WinDbg 分析

1. 程式為什麼會卡死

因為是窗體程式，所以看主執行緒的執行緒棧就好了，如果卡在 使用者態 那這個問題相對容易解決，如果卡在 核心態 這個問題就比較複雜了，需要開啟 WinDbg 的本機核心除錯或者雙機除錯才能找到最終的問題。

既然已經說了是入門級，那肯定是卡在 使用者態 層面啦，我們用 !clrstack 命令觀察下主執行緒的執行緒棧即可，輸出如下：


0:000:x86> !clrstack
OS Thread Id: 0x31d8 (0)
Child SP       IP Call Site
00f9ec28 00e9e108 [GCFrame: 00f9ec28] 
00f9ed08 00e9e108 [GCFrame: 00f9ed08] 
00f9ed24 00e9e108 [HelperMethodFrame_1OBJ: 00f9ed24] System.Threading.Monitor.ReliableEnter(System.Object, Boolean ByRef)
00f9eda0 70c08468 System.Threading.Monitor.Enter(System.Object, Boolean ByRef) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\monitor.cs @ 62]
00f9edb0 0ce916c7 xxxx.GetAlarmCount(xxx)
00f9ee28 0961f41f xxx.xxx()
00f9ef04 0961d60a xxxx.xxx(System.Object, System.EventArgs)
00f9ef50 6de03dc9 System.Windows.Forms.Timer.OnTick(System.EventArgs)
00f9ef58 6de053d9 System.Windows.Forms.Timer+TimerNativeWindow.WndProc(System.Windows.Forms.Message ByRef)
00f9ef64 6ddd38d0 System.Windows.Forms.NativeWindow.Callback(IntPtr, Int32, IntPtr, IntPtr)
00f9f1b0 0130d5d4 [InlinedCallFrame: 00f9f1b0] 
00f9f1ac 6de375bd DomainBoundILStubClass.IL_STUB_PInvoke(MSG ByRef)
00f9f1b0 6dde44e3 [InlinedCallFrame: 00f9f1b0] System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.DispatchMessageW(MSG ByRef)
00f9f1e4 6dde44e3 System.Windows.Forms.Application+ComponentManager.System.Windows.Forms.UnsafeNativeMethods.IMsoComponentManager.FPushMessageLoop(IntPtr, Int32, Int32)
00f9f1e8 6dde40d1 [InlinedCallFrame: 00f9f1e8] 
00f9f270 6dde40d1 System.Windows.Forms.Application+ThreadContext.RunMessageLoopInner(Int32, System.Windows.Forms.ApplicationContext)
00f9f2c0 6dde3f23 System.Windows.Forms.Application+ThreadContext.RunMessageLoop(Int32, System.Windows.Forms.ApplicationContext)
00f9f2ec 6ddbc83d System.Windows.Forms.Application.Run(System.Windows.Forms.Form)
00f9f300 01350a6e CleanControl.Program.Main(System.String[])
00f9f4ec 71d00556 [GCFrame: 00f9f4ec] 
...

從卦中看，主執行緒卡在 Monitor.Enter 處，也就表明當前執行緒在 GetAlarmCount() 方法的一個 lock 處等待。

2. 誰在持有鎖

要想找到誰在持有鎖，需要理解 lock 的底層機制，它是建立在 AutoResetEvent + ObjectHeader 基礎之上的一種鎖玩法，在 CLR 層面使用 SyncBlk 的 class 來承載的，參考如下程式碼：


class SyncBlock
{
	// ObjHeader creates our Mutex and Event
	friend class ObjHeader;
	friend class SyncBlockCache;
	friend struct ThreadQueue;
#ifdef DACCESS_COMPILE
	friend class ClrDataAccess;
#endif
	friend class CheckAsmOffsets;
protected:
	AwareLock  m_Monitor;                    // the actual monitor
	SLink       m_Link;
	DWORD m_dwHashCode;
	WCHAR m_BSTRTrailByte;
}

要想觀察這些 SyncBlk 資訊，可以用 WinDbg 提供的快捷命令 !syncblk 來觀察。


0:000:x86> !syncblk
Index         SyncBlock MonitorHeld Recursion Owning Thread Info          SyncBlock Owner
  180 0b86e8e8            3         1 01452a08 3728  24   039da140 System.Object
-----------------------------
Total           339
CCW             5
RCW             2
ComClassFactory 0
Free            4

從卦中看，當前持有 lock 的執行緒是 24 號，那這個執行緒為什麼遲遲不退出鎖呢？這就需要到這個執行緒棧上找原因了, 使用命令 ~24s; !clrstack 即可。


0:004:x86> ~24s
ntdll_779a0000!NtWaitForMultipleObjects+0xc:
77a11b2c c21400          ret     14h
0:024:x86> !clrstack
OS Thread Id: 0x3728 (24)
Child SP       IP Call Site
0e99e504 0000002b [HelperMethodFrame_1OBJ: 0e99e504] System.Threading.WaitHandle.WaitOneNative(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, UInt32, Boolean, Boolean)
0e99e5e8 70bdd952 System.Threading.WaitHandle.InternalWaitOne(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, Int64, Boolean, Boolean) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\waithandle.cs @ 243]
0e99e600 70bdd919 System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32, Boolean) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\waithandle.cs @ 194]
0e99e614 6e4aa4a8 System.Windows.Forms.Control.WaitForWaitHandle(System.Threading.WaitHandle)
0e99e654 6e8585af System.Windows.Forms.Control.MarshaledInvoke(System.Windows.Forms.Control, System.Delegate, System.Object[], Boolean)
0e99e658 6e4acc4f [InlinedCallFrame: 0e99e658] 
0e99e6e0 6e4acc4f System.Windows.Forms.Control.Invoke(System.Delegate, System.Object[])
...
0e99e83c 0f46512c xxx.AddAlarmQueue(xxx)
...
0e99ea84 0d3f2783 xxx.Func()
0e99ead8 70be2e01 System.Threading.ThreadHelper.ThreadStart_Context(System.Object) [f:\dd\ndp\clr\src\BCL\system\threading\thread.cs @ 74]
...

從卦中看，其中的 MarshaledInvoke 方法很刺眼，它表示工作執行緒透過 Invoke 向主執行緒的控制元件推送資料，因為主執行緒遲遲沒有響應它，導致它一直在等待，而恰恰它又持有了 lock 鎖，不趕巧主執行緒因為獲取lock在遲遲等待又無法響應工作執行緒的 MarshaledInvoke 請求，導致一種死鎖狀態，如果要畫個圖大概是這樣的。