如何洞察 C# 程序的 GDI 句柄泄露

快乐老人

一：背景

1. 讲故事

前段时间有位朋友找到我，说他的程序界面操作起来很慢并且卡顿等一些不正常现象，从任务管理器看了下 GDI句柄 已经到 1w 了，一时也找不出什么代码中哪里有问题，让我帮忙看下，其实这种问题看内存dump作用不是很大，主要是写脚本很麻烦，这一篇我们就来简单聊聊如何洞察此类问题。
二：如何洞察泄露

1. 一个测试小案例

在 windows 上gdi的句柄类型有很多，比如：pen，font，bitmap，device 等，具体可以网上搜一下，这里我就造一个 bitmap 的句柄泄露，参考代码如下：

1.         private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
2.         {
3.             Task.Factory.StartNew(() =>
4.             {
5.                 Bitmap bmp = new Bitmap(100, 100);
7.                 for (int i = 0; i < 10000; i++)
8.                 {
9.                     bmp.GetHbitmap();
10.                     Thread.Sleep(100);
11.                 }
12.             });
13.         }

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代码非常简单，大概 100ms 泄露一个 bitmap 句柄，接下来把程序跑起来点击 Button_Click 按钮，然后上瑞士军刀 WinDbg 附加进程。
2. 如何观察GDI泄露

观察 GDI句柄 是否异常，最简单的方法就是看任务管理器中的 GDI对象 一列，截图如下：

但这里有一个问题，你只知道有一个总数，并不知道是哪种句柄类型的泄露，比如是：bitmap？ font ？device？ 对吧。
那怎么办呢？这就需要考验一点基础知识了，你要知道 GDI 的句柄表(GDI Shared Handle Table)是维护在用户态的虚拟地址上，区别于维护在内核中的 ObjectTable，可以用 !address 验证下。

1. 0:011> !address
3.         BaseAddress      EndAddress+1        RegionSize     Type       State                 Protect             Usage
4. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
5. +      294`d1500000      294`d1681000        0`00181000 MEM_MAPPED  MEM_COMMIT  PAGE_READONLY                      Other      [GDI Shared Handle Table]
7. 0:011> !address 294`d1500000
9. Usage:                  Other
10. Base Address:           00000294`d1500000
11. End Address:            00000294`d1681000
12. Region Size:            00000000`00181000 (   1.504 MB)
13. State:                  00001000          MEM_COMMIT
14. Protect:                00000002          PAGE_READONLY
15. Type:                   00040000          MEM_MAPPED
16. Allocation Base:        00000294`d1500000
17. Allocation Protect:     00000002          PAGE_READONLY
18. Additional info:        GDI Shared Handle Table
21. Content source: 1 (target), length: 181000

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在这 1.5M 的虚拟地址段中就雪藏了我们要找的各句柄的统计信息，但要挖它需要写脚本，再配合 GDICELL 结构体，分组其中的 wType 句柄类型。

1. typedef struct {
2.   PVOID64 pKernelAddress; // 0x00
3.   USHORT wProcessId;      // 0x08
4.   USHORT wCount;          // 0x0a
5.   USHORT wUpper;          // 0x0c
6.   USHORT wType;           // 0x0e
7.   PVOID64 pUserAddress;   // 0x10
8. } GDICell;                // sizeof = 0x18

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虽然可以手工分组出来，但这种问题你肯定不是第一个遇到，早有人写了一个工具来解决这类问题，它就是 GDIView.exe，大家可以网上搜一下。
打开 GDIView 之后，可以很清楚的看到 WindowsFormsApp1 程序中各个句柄的统计信息，并且 type=Bitmap 是非常可疑的，截图如下：

知道了是 Bitmap 的句柄泄露，定位的范围一下子就小了很多，长舒一口气。
3. 如何寻找 Bitmap 的底层函数

熟悉 Windows 的朋友应该都知道 GDI 的逻辑是封装在底层的 GDI32.dll 中，模块信息如下：

1. 0:012> lmvm gdi32
2. Browse full module list
3. start             end                 module name
4. 00007ff9`b0c80000 00007ff9`b0cab000   GDI32      (deferred)            
5.     Image path: C:\windows\System32\GDI32.dll
6.     Image name: GDI32.dll
7.     Browse all global symbols  functions  data
8.     Image was built with /Brepro flag.
9.     Timestamp:        3EE1D71F (This is a reproducible build file hash, not a timestamp)
10.     CheckSum:         0002B228
11.     ImageSize:        0002B000
12.     File version:     10.0.19041.2130
13.     Product version:  10.0.19041.2130
14.     File flags:       0 (Mask 3F)
15.     File OS:          40004 NT Win32
16.     File type:        2.0 Dll
17.     File date:        00000000.00000000
18.     Translations:     0409.04b0
19.     Information from resource tables:
20.         CompanyName:      Microsoft Corporation
21.         ProductName:      Microsoft® Windows® Operating System
22.         InternalName:     gdi32
23.         OriginalFilename: gdi32
24.         ProductVersion:   10.0.19041.2130
25.         FileVersion:      10.0.19041.2130 (WinBuild.160101.0800)
26.         FileDescription:  GDI Client DLL
27.         LegalCopyright:   © Microsoft Corporation. All rights reserved.

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言外之意就是可以在 GDI32 模块中下方法断点，这时候问题就来了，到底搁哪个方法下呢？这个只能求助 MSDN 了，功夫不负有心人，找到了一篇很老的文章：https://learn.microsoft.com/en-us/archive/msdn-magazine/2003/january/detect-and-plug-gdi-leaks-with-two-powerful-tools-for-windows-xp

从图中看记载的非常详细，但我亲自观察下来有些方法找不到，所以只能做个参考吧，不过在 Windbg 中提供了一个非常好的 bm 命令，它可以对方法名进行 模糊断点，比如 bm gdi32!*Bitmap* 就可以一口气下 45 个断点。

1. 0:012> bm gdi32!*Bitmap* "? @$tid; k; gc"
2.   0: 00007ff9`b0c86f7c @!"GDI32!IsCreateBitmapPresent"
3.   1: 00007ff9`b0c87216 @!"GDI32!_imp_load_CreateDIBitmap"
4.   2: 00007ff9`b0c8906c @!"GDI32!_imp_load_DwmCreatedBitmapRemotingOutput"
5.   3: 00007ff9`b0c86460 @!"GDI32!NtGdiGetBitmapDpiScaleValue"
6.   4: 00007ff9`b0c8850c @!"GDI32!_imp_load_ClearBitmapAttributes"
7.   5: 00007ff9`b0c88745 @!"GDI32!_imp_load_CreateDiscardableBitmap"
8.   6: 00007ff9`b0c84470 @!"GDI32!CreateBitmapStub"
9. ...
10. 42: 00007ff9`b0c8713e @!"GDI32!_imp_load_GetBitmapBits"
11. 43: 00007ff9`b0c89580 @!"GDI32!GdiConvertBitmapV5"
12. 44: 00007ff9`b0c89080 @!"GDI32!DwmCreatedBitmapRemotingOutput"
13. 45: 00007ff9`b0c8aaac @!"GDI32!_imp_load_SetBitmapDimensionEx"
15. 0:007> .bpcmds
16. bu0 @!"GDI32!IsCreateCompatibleBitmapPresent" "? @$tid; k; gc";
17. bu1 @!"GDI32!_imp_load_CreateDIBitmap" "? @$tid; k; gc";
18. bu2 @!"GDI32!_imp_load_DwmCreatedBitmapRemotingOutput" "? @$tid; k; gc";
19. bu3 @!"GDI32!NtGdiGetBitmapDpiScaleValue" "? @$tid; k; gc";
20. bu4 @!"GDI32!_imp_load_ClearBitmapAttributes" "? @$tid; k; gc";
21. bu5 @!"GDI32!_imp_load_CreateDiscardableBitmap" "? @$tid; k; gc";
22. ...

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天网恢恢，疏而不漏，肯定会命中其中一个的，接下来继续 g 让程序跑起来，你会看到有大量的方法被命中，并且仔细观察会有一个用户态函数 b__1_0，截图如下：

此时这个托管函数就是重点怀疑对象，也就很轻松的找到问题之所在，有些朋友可能要问，这样重复的信息是不是会很多，那当然了，大家可以根据输出信息做下一步的洞察，比如上面的 gdiplus!CopyOnWriteBitmap::CreateHBITMAP 函数会特别多，这时候可以重新 bp 来缩小范围，对吧！参考代码如下：

1. 0:010> bc *
2. 0:010> bp gdiplus!CopyOnWriteBitmap::CreateHBITMAP "? @$tid; k; gc"
4. 0:010> g
5. Evaluate expression: 15768 = 00000000`00003d98
6. # Child-SP          RetAddr               Call Site
7. 00 000000bb`041febd8 00007ff9`9df0a21f     gdiplus!CopyOnWriteBitmap::CreateHBITMAP
8. 01 000000bb`041febe0 00007ff9`9df0a19a     gdiplus!GpBitmap::CreateHBITMAP+0x3b
9. 02 000000bb`041fec10 00007ff9`72442c61     gdiplus!GdipCreateHBITMAPFromBitmap+0xaa
10. 03 000000bb`041fec50 00007ff9`72439471     System_Drawing_ni+0x72c61
11. 04 000000bb`041fed10 00007ff9`7243940a     System_Drawing_ni!System.Drawing.Bitmap.GetHbitmap+0x51
12. 05 000000bb`041fed70 00007ff9`36d02a75     System_Drawing_ni!System.Drawing.Bitmap.GetHbitmap+0x7a
13. 06 000000bb`041fede0 00007ff9`8d597a47     WindowsFormsApp1!WindowsFormsApp1.Form1.<>c.<button1_Click>b__1_0+0x75
14. ...

复制代码

三：总结

说实话，找到程序的 GDI句柄泄露 的前因后果难度系数还是蛮高的，在没有系统科学的工具和基础知识之前，花费几天的时间排查这个问题是很正常的，相信这篇文章给后来人少踩坑吧。

来源:https://www.cnblogs.com/huangxincheng/archive/2023/06/12/17474733.html
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