c++ - 为什么 waveOutWrite() 会在调试堆中导致异常？

Question

在研究这个问题时，我在网上发现了多次提到以下场景，在编程论坛上总是作为未回答的问题。我希望在此处发布此内容至少可以记录我的发现。

首先，症状:在运行使用 waveOutWrite() 输出 PCM 音频的标准代码时，有时在调试器下运行时会出现此问题:

 ntdll.dll!_DbgBreakPoint@0()   
 ntdll.dll!_RtlpBreakPointHeap@4()  + 0x28 bytes    
 ntdll.dll!_RtlpValidateHeapEntry@12()  + 0x113 bytes   
 ntdll.dll!_RtlDebugGetUserInfoHeap@20()  + 0x96 bytes  
 ntdll.dll!_RtlGetUserInfoHeap@20()  + 0x32743 bytes    
 kernel32.dll!_GlobalHandle@4()  + 0x3a bytes   
 wdmaud.drv!_waveCompleteHeader@4()  + 0x40 bytes   
 wdmaud.drv!_waveThread@4()  + 0x9c bytes   
 kernel32.dll!_BaseThreadStart@8()  + 0x37 bytes    

虽然明显的嫌疑是代码中其他地方的堆损坏，但我发现情况并非如此。此外，我能够使用以下代码重现此问题(这是基于对话框的 MFC 应用程序的一部分:)

void CwaveoutDlg::OnBnClickedButton1()
{
    WAVEFORMATEX wfx;
    wfx.nSamplesPerSec = 44100; /* sample rate */
    wfx.wBitsPerSample = 16; /* sample size */
    wfx.nChannels = 2;
    wfx.cbSize = 0; /* size of _extra_ info */
    wfx.wFormatTag = WAVE_FORMAT_PCM;
    wfx.nBlockAlign = (wfx.wBitsPerSample >> 3) * wfx.nChannels;
    wfx.nAvgBytesPerSec = wfx.nBlockAlign * wfx.nSamplesPerSec;

    waveOutOpen(&hWaveOut, 
                WAVE_MAPPER, 
                &wfx,  
                (DWORD_PTR)m_hWnd, 
                0,
                CALLBACK_WINDOW );

    ZeroMemory(&header, sizeof(header));
    header.dwBufferLength = 4608;
    header.lpData = (LPSTR)GlobalLock(GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE | GMEM_SHARE | GMEM_ZEROINIT, 4608));

    waveOutPrepareHeader(hWaveOut, &header, sizeof(header));
    waveOutWrite(hWaveOut, &header, sizeof(header));
}

afx_msg LRESULT CwaveoutDlg::OnWOMDone(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    HWAVEOUT dev = (HWAVEOUT)wParam;
    WAVEHDR *hdr = (WAVEHDR*)lParam;
    waveOutUnprepareHeader(dev, hdr, sizeof(WAVEHDR));
    GlobalFree(GlobalHandle(hdr->lpData));
    ZeroMemory(hdr, sizeof(*hdr));
    hdr->dwBufferLength = 4608;
    hdr->lpData = (LPSTR)GlobalLock(GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE | GMEM_SHARE | GMEM_ZEROINIT, 4608));
    waveOutPrepareHeader(hWaveOut, &header, sizeof(WAVEHDR));
    waveOutWrite(hWaveOut, hdr, sizeof(WAVEHDR));
    return 0;
 }

在任何人对此发表评论之前，是的 - 示例代码播放未初始化的内存。请勿在扬声器完全打开的情况下尝试此操作。

一些调试揭示了以下信息:waveOutPrepareHeader() 使用一个指针填充 header.reserved，该指针指向一个似乎包含至少两个指针作为其前两个成员的结构。第一个指针设置为 NULL。调用 waveOutWrite() 后，该指针被设置为分配在全局堆上的指针。在伪代码中，它看起来像这样:

struct Undocumented { void *p1, *p2; } /* This might have more members */

MMRESULT waveOutPrepareHeader( handle, LPWAVEHDR hdr, ...) {
    hdr->reserved = (Undocumented*)calloc(sizeof(Undocumented));
    /* Do more stuff... */
}

MMRESULT waveOutWrite( handle, LPWAVEHDR hdr, ...) {

    /* The following assignment fails rarely, causing the problem: */
    hdr->reserved->p1 = malloc( /* chunk of private data */ );
    /* Probably more code to initiate playback */
}

通常， header 由 wdmaud.dll 的内部函数 waveCompleteHeader() 返回给应用程序。 waveCompleteHeader() 尝试通过调用 GlobalHandle()/GlobalUnlock() 和 friend 来释放由 waveOutWrite() 分配的指针。有时，GlobalHandle() 会爆炸，如上所示。

现在，GlobalHandle() 炸弹的原因并不是堆损坏，正如我一开始所怀疑的那样 - 这是因为 waveOutWrite() 在没有将内部结构中的第一个指针设置为有效指针的情况下返回。我怀疑它在返回之前释放了该指针指向的内存，但我还没有反汇编它。

这似乎只发生在波形播放系统的缓冲区不足时，这就是我使用单个 header 来重现它的原因。

在这一点上，我有一个很好的理由来反对这是我的应用程序中的一个错误 - 毕竟，我的应用程序甚至没有运行。有人见过这个吗？

我在 Windows XP SP2 上看到了这个。声卡来自SigmaTel，驱动版本为5.10.0.4995。

注意事项:

为了防止将来出现混淆，我想指出，问题在于使用 malloc()/free() 来管理正在播放的缓冲区的答案是完全错误的。您会注意到我更改了上面的代码以反射(reflect)建议，以防止更多人犯同样的错误——这没有什么区别。 waveCompleteHeader() 释放的缓冲区不是包含 PCM 数据的缓冲区，释放 PCM 缓冲区的责任在于应用程序，不需要以任何特定方式分配。

另外，我确保我使用的所有 waveOut API 调用都不会失败。

我目前假设这是 Windows 或音频驱动程序中的错误。反对意见总是受欢迎的。

Answer 1

Now, the reason that GlobalHandle() bombs is not due to a heap corruption, as I suspected at first - it's because waveOutWrite() returned without setting the first pointer in the internal structure to a valid pointer. I suspect that it frees the memory pointed to by that pointer before returning, but I haven't disassembled it yet.

我可以在我的系统上使用您的代码重现这一点。我看到了类似于 Johannes 报道的情况。在调用 WaveOutWrite 之后，hdr->reserved 通常保存一个指向已分配内存的指针(其中似乎包含 unicode 中的 wave out 设备名称等)。

但偶尔，在从 WaveOutWrite() 返回后，hdr->reserved 指向的字节设置为 0。这通常是该指针的最低有效字节。 hdr->reserved 中的其余字节都可以，并且它通常指向的内存块仍然被分配且未损坏。

它可能正在被另一个线程破坏 - 我可以在调用 WaveOutWrite() 后立即使用条件断点捕捉更改。并且系统调试断点发生在另一个线程中，而不是消息处理程序中。

但是，如果我使用回调函数而不是 Windows 消息泵，则无法导致系统调试断点发生。 (fdwOpen = CALLBACK_FUNCTION 在 WaveOutOpen() 中) 当我这样做时，我的 OnWOMDone 处理程序被另一个线程调用 - 可能是另一个负责损坏的线程。

所以我认为在 Windows 或驱动程序中存在错误，但我认为您可以通过使用回调函数而不是 Windows 消息泵来处理 WOM_DONE 来解决问题。