聊一聊 C# 中讓人惶恐的 Bitmap

作者：一線碼農聊技術 2024-08-26 14:46:57

Bitmap使用不當危害巨大，所以一定要謹記盡早釋放的原則，如果真的不幸被吃了很多內存，也一定要明白那些未知的大內存段是不是被 Bitmap 所關聯，從而盡早的找到真正的禍根。

一、背景

1. 講故事

在.NET高級調試的旅程中，我常常會與 Bitmap 短兵相接，它最大的一個危害就是會讓程序拋出匪夷所思的 OutOfMemoryException，也常常會讓一些.NET開發者們陷入其中不能自拔，痛不欲生，基于此，這一篇我從dump分析的角度給大家深挖一下 Bitmap 背后的故事。

二、Bitmap 背后的故事

1. Bitmap 能吃多少內存

相信有很多朋友都知道 bitmap 吃的是非托管內存，但相信也有很多朋友不知道這玩意竟然能吃掉bitmap自身大小的幾十倍，甚至上百倍。可能這么說有點抽象，舉一個例子說明一下，用 chatgpt 生成的參考代碼如下：

static void Main(string[] args)
{
    // 創建一個新的Bitmap對象，大小為100x100像素  
    Bitmap bitmap = new Bitmap(21000, 21000);

    // 獲取Bitmap的Graphics對象，用于繪制  
    using (Graphics g = Graphics.FromImage(bitmap))
    {
        // 設置背景色為藍色  
        g.Clear(Color.Blue);

        // 示例：在Bitmap上繪制一個紅色的圓  
        // 設置畫筆顏色為紅色  
        using (Pen pen = new Pen(Color.Red, 10000)) // 10為畫筆粗細  
        {
            // 繪制圓，圓心為(50, 50)，半徑為30  
            g.DrawEllipse(pen, 10000, 10000, 15000, 15000);
        }

        // 示例：在Bitmap上繪制文本  
        // 設置字體  
        using (Font font = new Font("Arial", 1600))
        {
            // 設置畫刷顏色為白色  
            using (Brush brush = new SolidBrush(Color.White))
            {
                // 在Bitmap上繪制文本，位置為(10, 70)  
                g.DrawString("Hello, Bitmap!", font, brush, new PointF(100, 700));
            }
        }
    }

    // 保存Bitmap到文件  
    bitmap.Save("example.png", System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Png);

    Console.ReadLine();

    // 釋放Bitmap資源  
    bitmap.Dispose();

    Console.WriteLine("Bitmap saved as example.png");

    Debugger.Break();
    Console.ReadLine();
}

在 bitmap.Dispose(); 之前加上一個 Console.ReadLine(); 故意不銷毀 bitmap 來觀察下內存消耗，真是不看不知道，一看嚇一跳，居然吃了高達 1.7G 的內存。

圖片

接下來按一下 Enter 觀察一下 bitmap 在磁盤上的大小，居然小到無語的2M ，這差距咂舌的 1000 倍啊，截圖如下：

圖片

這就是 bitmap 的恐怖之處，也是很多程序員疑惑的地方。

2. Bitmap 吃的是哪里的內存

縱然有很多朋友知道是非托管內存，但還是有必要用數據來展示一下，這個非常簡單，可以用 !address -summary 觀察下提交內存，用 !eeheap -gc 觀察下托管堆即可。

0:006> !address -summary

--- Type Summary (for busy) ------ RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_MAPPED                              168      200`03998000 (   2.000 TB)  88.58%    1.56%
MEM_PRIVATE                              96       42`01319000 ( 264.019 GB)  11.42%    0.20%
MEM_IMAGE                               265        0`03820000 (  56.125 MB)   0.00%    0.00%

--- State Summary ---------------- RgnCount ----------- Total Size -------- %ofBusy %ofTotal
MEM_FREE                                 73     7dbd`f7b1f000 ( 125.742 TB)           98.24%
MEM_RESERVE                              83      241`94389000 (   2.256 TB)  99.92%    1.76%
MEM_COMMIT                              446        0`74148000 (   1.814 GB)   0.08%    0.00%

0:006> !eeheap -gc

========================================
Number of GC Heaps: 1
----------------------------------------
....
------------------------------
GC Allocated Heap Size:    Size: 0x1d7f8 (120824) bytes.
GC Committed Heap Size:    Size: 0x45000 (282624) bytes.

從卦中可以清晰的看到 MEM_COMMIT=1.814 GB 同時 GC Committed Heap Size=2.8M ，妥妥的非托管泄漏。

3. 能找到 Bitmap 所屬的內存段嗎

要想知道 bitmap 所侵占的內存段，如果用 windbg 去調試的話，可以對 KERNELBASE!VirtualAlloc 下一個 bp 斷點即可，參考如下：

0:000> k 5
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 00000010`5257e198 00007ffb`c2ec7662     KERNELBASE!VirtualAlloc
01 00000010`5257e1a0 00007ffb`c2ec684b     gdiplus!GpMemoryBitmap::AllocBitmapData+0xc6
02 00000010`5257e1e0 00007ffb`c2e8a355     gdiplus!GpMemoryBitmap::AllocBitmapMemory+0x3f
03 00000010`5257e220 00007ffb`c2e8a47a     gdiplus!GpMemoryBitmap::InitNewBitmap+0x49
04 00000010`5257e260 00007ffb`c2e8a2cb     gdiplus!CopyOnWriteBitmap::CopyOnWriteBitmap+0x8a
...

但可惜的是你拿到的是 dump 文件，無法使用 bp 下斷點，那怎么辦呢？只要這輩子積攢的福報夠多，自然不會有絕人之路，首先從托管類 Bitmap 上挖起。

0:000> !DumpObj /d 000001ef0b809648
Name:        System.Drawing.Bitmap
MethodTable: 00007ffa86f0cf90
EEClass:     00007ffa86f34760
Tracked Type: false
Size:        40(0x28) bytes
File:        D:\code\MyCode\ConsoleApplication1\bin\x64\Debug\net8.0\System.Drawing.Common.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffa86e370a0  400019c       18        System.IntPtr  1 instance 000001EF08B222F0 _nativeImage
00007ffa86d85fa8  400019d        8        System.Object  0 instance 0000000000000000 _userData
00007ffa86fc01a8  400019e       10        System.Byte[]  0 instance 0000000000000000 _rawData
00007ffa86f0cee8  4000014       10 System.Drawing.Color  1   static 0000000000000000 s_defaultTransparentColor

從 Bitmap 的字段布局來是用 _nativeImage 字段來持有著對原生 bitmap 的引用，下面的截圖也可以佐證。

圖片

說了這么多，其實我想表達的是什么呢？雖然我不知道 gdiplus 的底層源碼，但有一點可以確認的是，VirtualAlloc 返回的 ptr 和這里的 _nativeImage 肯定是有偏移關系的，有可能是一級關系，有可能是二級關系，在我的內存地址視察下，總結如下：

在 Windows10 x64 環境下偏移為 +0x570 。
在 Windows10 x86 環境下偏移為 +0x2e8 。

接下來就可以在 windbg 中輕松做驗證，先攔截 VirtualAlloc 找到大的地址段。

0:000> bp KERNELBASE!VirtualAlloc ".if (@rdx>=0x200000) {  .printf  \"============ %lu bytes  ================\\n\",@rdx; k } .else {gc}"
breakpoint 0 redefined

0:000> g
============ 1764000000 bytes  ================
 # Child-SP          RetAddr               Call Site
00 00000060`d9f7e7b8 00007ffb`c2ec7662     KERNELBASE!VirtualAlloc
01 00000060`d9f7e7c0 00007ffb`c2ec684b     gdiplus!GpMemoryBitmap::AllocBitmapData+0xc6
02 00000060`d9f7e800 00007ffb`c2e8a355     gdiplus!GpMemoryBitmap::AllocBitmapMemory+0x3f
03 00000060`d9f7e840 00007ffb`c2e8a47a     gdiplus!GpMemoryBitmap::InitNewBitmap+0x49
04 00000060`d9f7e880 00007ffb`c2e8a2cb     gdiplus!CopyOnWriteBitmap::CopyOnWriteBitmap+0x8a
05 00000060`d9f7e8c0 00007ffb`c2e8a1b4     gdiplus!GpBitmap::GpBitmap+0x6b
06 00000060`d9f7e900 00007ffa`86e91f95     gdiplus!GdipCreateBitmapFromScan0+0xc4

0:000> pt
KERNELBASE!VirtualAlloc+0x5a:
00007ffb`c25df28a c3              ret

0:000> r
rax=0000020759db0000 rbx=0000000000014820 rcx=00007ffbc4acd3c4
rdx=0000000000000000 rsi=000000000026200a rdi=000001c6c4bb2d20
rip=00007ffbc25df28a rsp=00000060d9f7e7b8 rbp=0000000000005208
 r8=00000060d9f7e778  r9=0000000000005208 r10=0000000000000000
r11=0000000000000246 r12=0000000000005208 r13=0000000000000004
r14=0000000000005208 r15=0000000069248100
iopl=0         nv up ei pl nz na po nc
cs=0033  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000206
KERNELBASE!VirtualAlloc+0x5a:
00007ffb`c25df28a c3              ret

0:000> !address 0000020759db0000

Usage:                  <unknown>
Base Address:           00000207`59db0000
End Address:            00000207`c2ff9000
Region Size:            00000000`69249000 (   1.643 GB)
State:                  00001000          MEM_COMMIT
Protect:                00000004          PAGE_READWRITE
Type:                   00020000          MEM_PRIVATE
Allocation Base:        00000207`59db0000
Allocation Protect:     00000004          PAGE_READWRITE


Content source: 1 (target), length: 69249000

從卦中可以看到分配的地址段的首地址為 0000020759db0000，解析來到 Bitmap._nativeImage+0x570 處做個驗證即可，可以看到遙相呼應，輸出如下：

0:000> !DumpObj /d 000001c6c7409648
Name:        System.Drawing.Bitmap
MethodTable: 00007ffa86f4cf90
EEClass:     00007ffa86f74760
Tracked Type: false
Size:        40(0x28) bytes
File:        D:\code\MyCode\ConsoleApplication1\bin\x64\Debug\net8.0\System.Drawing.Common.dll
Fields:
              MT    Field   Offset                 Type VT     Attr            Value Name
00007ffa86e770a0  400019c       18        System.IntPtr  1 instance 000001C6C4BB25B0 _nativeImage
00007ffa86dc5fa8  400019d        8        System.Object  0 instance 0000000000000000 _userData
00007ffa870001a8  400019e       10        System.Byte[]  0 instance 0000000000000000 _rawData
00007ffa86f4cee8  4000014       10 System.Drawing.Color  1   static 0000000000000000 s_defaultTransparentColor

0:000> dp 000001C6C4BB25B0+0x570 L2
000001c6`c4bb2b20  00000207`59db0000 00000000`00000003

三、總結

責任編輯：武曉燕來源：一線碼農聊技術

Bitmap 內存 MEM

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