聊一聊 .NET高级调试 内核模式堆泄露
一：背景
1. 讲故事
前几天有位朋友找到我，说他的机器内存在不断的上涨，但在任务管理器中查不出是哪个进程吃的内存，特别奇怪，截图如下：
在我的分析旅程中都是用户态模式的内存泄漏，像上图中的异常征兆已经明确告诉你了，不是用户态程序吃的内存，那就是内核态程序吃的，比如：
- 某些驱动程序
- 操作系统
从概率上来说一般都是某些第三方程序内存泄露导致的，这一篇我们就来聊一聊这种问题该如何解决。
二：内核模式堆泄露分析
1. 驱动程序是如何分配内存的
相信有很多朋友都知道，用户态的程序是直接或者间接的调用 VirtualAlloc 方法来向操作系统要内存，包括 C# 的 GC 堆也是一样，它的方法签名如下：
LPVOID VirtualAlloc(
[in, optional] LPVOID lpAddress,
[in] SIZE_T dwSize,
[in] DWORD flAllocationType,
[in] DWORD flProtect
);
那内核中的驱动程序是如何向操作系统要内存的呢？一般都是调用 ExAllocatePool2 方法来要内存的，签名如下：
DECLSPEC_RESTRICT PVOID ExAllocatePool2(
POOL_FLAGS Flags,
SIZE_T NumberOfBytes,
ULONG Tag
);
上面有两个参数要详细解释一下：
- Flags 参数
一般用的多的就是 POOL_FLAG_NON_PAGED 和 POOL_FLAG_PAGED 两种，前者表示分配的内存是需要永久驻留内存，不可以交换到硬盘的。后者分配的内存是可以交换到硬盘的。
- Tag 参数
这个参数的本意就是方便日后洞察内存泄露的，它强行让一块内存和这个 Tag(4byte的ascii 字符串) 做了强绑定，到时候通过这个 tag 就知道是谁分配的内存。
2. 制造内核模式堆泄露
为了能够让驱动程序泄露，可以使用微软提供的 NotMyFault 工具，这个工具利用 myfault.sys 驱动不断的向操作系统分配内存。官方网址为：https://learn.microsoft.com/zh-cn/sysinternals/downloads/notmyfault
打开 myfault 工具然后输入 40M/s 的泄露，并分配在非换页池中，同时配置下内核态转储dump， 代码和截图参考如下：
ExAllocatePool2(POOL_FLAG_NON_PAGED,40*1024*1024,"Leak");
在泄露的过程中，通过 Process Explorer 很明显的发现提交了 6.7G 的内存，其中有 4.9G 是在 NonPaged 中，即通过上图中的 POOL_FLAG_NON_PAGED 标记分配的，截图如下：
接下来在 MyFault 上切换到 Crash 选项卡，强行让操作系统蓝屏来生成 dump 文件。
3. dump 分析
拿到dump后，先通过 !vm 观察下操作系统级的虚拟内存的分布情况。
3: kd> !vm
...
Physical Memory: 2069421 ( 8277684 Kb)
Available Pages: 445015 ( 1780060 Kb)
ResAvail Pages: 707292 ( 2829168 Kb)
Locked IO Pages: 0 ( 0 Kb)
Free System PTEs: 4295052431 (17180209724 Kb)
...
Modified Pages: 11479 ( 45916 Kb)
Modified PF Pages: 11479 ( 45916 Kb)
Modified No Write Pages: 0 ( 0 Kb)
NonPagedPool Usage: 1219892 ( 4879568 Kb)
NonPagedPoolNx Usage: 24512 ( 98048 Kb)
NonPagedPool Max: 4294967296 (17179869184 Kb)
PagedPool Usage: 32907 ( 131628 Kb)
PagedPool Maximum: 4294967296 (17179869184 Kb)
...
NonPagedPool Commit: 1246469 ( 4985876 Kb)
...
Sum System Commit: 1409562 ( 5638248 Kb)
Total Private: 279673 ( 1118692 Kb)
********** Sum of individual system commit + Process commit exceeds overall commit by 1952 Kb ? ********
Committed pages: 1688747 ( 6754988 Kb)
Commit limit: 4166573 ( 16666292 Kb)
从卦中的 NonPagedPool Usage 指标可以看到，当前的 非换页池 占用了 4.8G 内存，总计 121w 的内存页。
接下来就是要深挖下 非换页池 ，看看到底都是什么 Tag 分配的，可以使用 !poolused 2 命令。
3: kd> !poolused 2
....
Sorting by NonPaged Pool Consumed
NonPaged Paged
Tag Allocs Used Allocs Used
Leak 119 4991221760 0 0 UNKNOWN pooltag 'Leak', please update pooltag.txt
ConT 238 14499840 0 0 UNKNOWN pooltag 'ConT', please update pooltag.txt
KETR 16410 8117664 0 0 UNKNOWN pooltag 'KETR', please update pooltag.txt
EtwB 196 7565568 2 131072 Etw Buffer , Binary: nt!etw
2872 6 5660864 0 0 UNKNOWN pooltag '2872', please update pooltag.txt
287R 1026 4183040 0 0 UNKNOWN pooltag '287R', please update pooltag.txt
File 9734 3877408 0 0 File objects
Thre 1257 3217920 0 0 Thread objects , Binary: nt!ps
EtwR 12141 2672640 0 0 Etw KM RegEntry , Binary: nt!etw
...
从卦中数据看，有一个神秘的 Tag=Leak 的内存分配，它分配了 119 次，总大小 4.99G。 哈哈，其实就是刚才通过 MyFault 做的 40M/s 的内存分配。
接下来的问题是：这个 Leak 是哪一个驱动程序所为呢？最简单的办法就是在各个驱动的内存空间中做内存搜索，看看谁里面有 Leak 的asc硬编码，对吧，有了这个思路，先用 lm 看看里面都有哪些 sys 。
3: kd> lm
start end module name
ffffc25c`891b0000 ffffc25c`89480000 win32kbase (deferred)
ffffc25c`8a190000 ffffc25c`8a545000 win32kfull (deferred)
...
fffff807`22600000 fffff807`23646000 nt (pdb symbols)
fffff807`23c00000 fffff807`23d16000 clipsp (deferred)
fffff807`47f30000 fffff807`47f4b000 monitor (deferred)
fffff807`47f50000 fffff807`47f59000 myfault (deferred)
...
Unloaded modules:
fffff807`3c6e0000 fffff807`3c6ec000 360Sensor64.sys
fffff807`31550000 fffff807`31560000 dump_storport.sys
fffff807`315a0000 fffff807`315d3000 dump_storahci.sys
fffff807`31000000 fffff807`3101e000 dump_dumpfve.sys
fffff807`26b80000 fffff807`26bac000 luafv.sys
fffff807`26b20000 fffff807`26b30000 dump_storport.sys
fffff807`26b70000 fffff807`26ba3000 dump_storahci.sys
fffff807`26bd0000 fffff807`26bee000 dump_dumpfve.sys
fffff807`28130000 fffff807`2814c000 dam.sys
fffff807`24200000 fffff807`2420a000 360elam64.sys
fffff807`25230000 fffff807`25241000 hwpolicy.sys
接下来就是写脚本在每个 sys 的 start ~ end 区间做 s 搜索，这个脚本我就不放了，非常简单，最终就在 myfault.sys 中成功找到了 Leak 硬编码，参考如下：
3: kd> lmvm myfault
Browse full module list
start end module name
fffff807`47f50000 fffff807`47f59000 myfault (deferred)
Image path: \??\C:\Windows\system32\drivers\myfault.sys
Image name: myfault.sys
Browse all global symbols functions data
Timestamp: Fri Sep 30 00:17:31 2022 (6335C51B)
CheckSum: 00010CED
ImageSize: 00009000
Translations: 0000.04b0 0000.04e4 0409.04b0 0409.04e4
Information from resource tables:
3: kd> ? fffff807`47f59000 - fffff807`47f50000
Evaluate expression: 36864 = 00000000`00009000
3: kd> s -a fffff807`47f50000 L?0x9000 "Leak"
fffff807`47f51559 4c 65 61 6b 0f 42 c1 41-8d 49 fd 8b d0 ff 15 0c Leak.B.A.I......
fffff807`47f515c7 4c 65 61 6b 0f 42 c1 33-c9 8b d0 ff 15 a0 1a 00 Leak.B.3........
三: 总结
在过往的dump分析中都是用户态程序的泄露，内核态模式堆的的泄露还是第一次分析，不是朋友提供的这次机会，真的就没缘分啦！在这次dump分析过程中，也让大家看到了 windbg 是多么的强大！
