对 .NET程序2G虚拟地址紧张崩溃的最后一次反思

一：背景

1. 讲故事

最近接连遇到了几起 2G 虚拟地址紧张导致的程序崩溃，基本上 90% 都集中在医疗行业，真的很无语，他们用的都是一些上古的 XP，Windows7 x86，我也知道技术人很难也基本无法推动硬件系统和设备的升级，这里蕴含了巨大的人情世故。

写这一篇的目的是想系统化的整理一下如何配置 3G 开关让程序吃到更多的内存，让程序崩溃的不那么频繁一些，以及如何验证是否成功开启！

二：32位操作系统

1. 测试代码

首先大家要有一个理念：就是 32bit系统上跑的程序，默认只能吃到 2G 内存，因为这涉及到公平，用户态吃2G，内核态吃2G，为了方便演示，向一个 List 塞入 5000w 的 string，大概占用 2G 内存，然后把程序跑在 Windows7 32bit 操作系统上。

static void Main(string[] args){var list = new List<string>();for (int i = 0; i < 50000000; i++){list.Add(i.ToString());if (i % 10000 == 0) { Console.WriteLine($"i={i}"); }}Console.WriteLine("ok");Console.ReadLine();}

从图中可以清楚的看到当内存到了631M 的时候就扛不住了，可能有些朋友好奇，为什么才这么点就不行了，这是因为 List 的底层是 2倍扩容，所以内存大概会涨到 0.63G + 1.2G = 1.83G。

有些朋友可能会问，这不是还没到2G吗？一般来说内存到了 1.2G+ 的时候崩溃风险就会剧增，这个要谨记！

2. 如何解决

刚才也说了，医疗行业现状如此，只能通过人情世故去推动，那这 2G 数据真的无处安放吗？这时候就只能启动 3G 开关，那如何启动呢？

开启程序级的 Large Address Aware

这个 Large Address Aware 字段俗称大地址，途径就是在 PE 头里打开一个开关，让Windows加载器决定是否给程序打开 3G 的绿色通道。

当然看 PE头的工具有很多，对于.NET程序个人感觉最好的就是用 DnSpy，它把 File Header 中的 Characteristics 字段具化了，我们选中 Large Address Aware 复选框然后保存，截图如下：

开启机器级别 3G 开关

在32bit操作系统上让用户态程序吃到 3G 内存这对操作系统来说是非常谨慎的，毕竟这对内核态是非常不公平的，言外之意就是让出自己的 1G 给用户态，这骚操作可能就会把自己坑惨，谨慎起见需要人工开启机器级别的 3G 开关，命令如下：


bcdedit /set IncreaseUserVa 3072

做了这两步之后，继续让程序跑起来，截图如下：

从图中可以清晰的看到，终于有出息了。

更多操作系统配置，可参考这篇文章：https://www.autodesk.com.cn/support/technical/article/caas/sfdcarticles/sfdcarticles/CHS/How-to-enable-a-3GB-switch-on-Windows-Vista-Windows-7-or-Windows-XP-s.html?v=2018

3. 如何验证是否开启了 3G

这确实是一个好问题，最简单的方式就是用!address 观察下地址空间。


0:000> !addressBaseAddr EndAddr+1 RgnSize     Type       State                 Protect             Usage
-----------------------------------------------------------------------------------------------
...
+ bffde000 bffdf000     1000 MEM_PRIVATE MEM_COMMIT  PAGE_READWRITE                     TEB        [~0; aa4.fb8]
+ bffdf000 bffe0000     1000 MEM_PRIVATE MEM_COMMIT  PAGE_READWRITE                     PEB        [aa4]
+ bffe0000 bfff0000    10000 MEM_PRIVATE MEM_RESERVE PAGE_NOACCESS                      <unknown>  0:000> ? bfff0000/0x100000
Evaluate expression: 3071 = 00000bff

上面卦中的 bfff0000 转换过来就是 3G，如果你看到的是这个值，那就恭喜你啦！

如果有朋友想问如何验证 dump程序是否开启了大地址，这个可以用windbg提供的 !dh 命令。


0:000> lm
start    end        module name
001e0000 001e8000   ConsoleApp4 C (pdb symbols)          D:\code\MyApplication\ConsoleApp4\obj\x86\Debug\ConsoleApp4.pdb
66dd0000 678c8000   mscorlib_ni   (deferred)             
678d0000 67e61000   mscorwks   (deferred)             
6c7a0000 6c83b000   msvcr80    (deferred)  
...
0:000> !dh ConsoleApp4File Type: EXECUTABLE IMAGE
FILE HEADER VALUES14C machine (i386)3 number of sections
EDB20AC7 time date stamp0 file pointer to symbol table0 number of symbolsE0 size of optional header122 characteristicsExecutableApp can handle >2gb addresses32 bit word machine

如果看到上面卦中的 App can handle >2gb addresses 字样就表示你开启成功啦！

三：64位操作系统

1. 如何吃更多内存

在 x64系统上就方便多了, 只需要做第一步开启 Large Address Aware 即可，毕竟 x64系统的虚拟地址空间不要太充足，在 48根地址总线上就是2的48次方，所以开启大地址后，会给 x32 程序4G的寻址空间，即 2 的 32 次方。

接下来直接把刚才的 ConsoleApp4.exe 程序从 Windows7 x86 搬迁到 Windows 10 x64 系统上，然后用 windbg 附加运行, 跑完后使用 !address 查看。


0:007> !address BaseAddr EndAddr+1 RgnSize     Type       State                 Protect             Usage
-----------------------------------------------------------------------------------------------
+        0   c60000   c60000             MEM_FREE    PAGE_NOACCESS                      Free     
...
+ ff671000 ff680000     f000             MEM_FREE    PAGE_NOACCESS                      Free       
+ ff680000 ff6b3000    33000 MEM_MAPPED  MEM_COMMIT  PAGE_READONLY                      Other      [NLS Tables]
+ ff6b3000 ffff0000   93d000             MEM_FREE    PAGE_NOACCESS                      Free       0:007> ? ffff0000 /0x100000
Evaluate expression: 4095 = 00000fff

如果在你的卦中也看到了上面的 ffff0000 ，那就恭喜你，你程序的内存寻址空间扩展到了 4G 。