3.1.3 分析kmemleak泄漏情况

参考文档：

《kmemleak的使用》

《Linux Kernel Memory Leak Detection》

《Linux memory leak detection》

3.2 valgrind

Linux C/C++ Memory Leak Detection Tool

Linux 下几款程序内存泄漏检查工具

Linux下几款C++程序中的内存泄露检查工具

Linux 内存泄露检测技巧

应用 Valgrind 发现 Linux 程序的内存问题

查看程序内存空间两种方法

一、查看/proc/{pid}/maps文件

二、pmap命令，原理上是一样的

[root@info ~]# pmap 1013

什么是内存泄漏
内存泄漏是指程序动态申请的内存在使用完后没有释放，导致这段内存不能被操作系统回收再利用。
例如这段程序，申请了4个字节的空间但没有释放，有4个字节的内存泄漏。

#include
using namespace std;

int main()
{
int *p = new int(1);
cout <<*p<return 0
}

随着时间的推移，泄漏的内存越来越多，可用的内存越来越少，轻则性能受损，重则系统崩溃。

一般情况下，发生内存泄漏时，重启就可以回收泄漏的内存。但是对于linux，通常跑的是服务器程序，不可以随意重启，在内存泄漏问题上就要格外小心。

内存泄漏特点
难复现 — 要运行到足够长的时间才会暴露。

难定位 — 出错位置是随机的，看不出与内存泄漏的代码有什么联系。

最简单的方法
为了避免写出内存泄漏的程序，通常会有这样的编程规范，要求我们在写程序时申请和释放成对出现的。因为每一次申请都意味着必须有一次释放与它相对应。

基于这个特点，一种简单的方法就是在代码中统计申请和释放的次数，如果申请和释放的数量不同，就认为是内存泄漏了。

#include 'stdio.h'
#include 'stdlib.h'

int malloc_count, free_count;

void * my_malloc(int size)
{
malloc_count++;
return malloc(size);
}
void my_free(void *p)
{
free_count++;
free(p);
}
int main()
{
count = 0;
int *p1 = (int *)my_malloc(sizeif(int))
int *p2 = (int *)my_malloc(sizeif(int))
printf('%d, %d', p1, p2);
my_free(p1);
if(malloc_count != free_count)
printf('memory leak!
');
return 0
}

方法分析
优点：
直观，容易理解，容易实现

缺点：
1.该方法要求运行结束时对运行中产生的打印分析才能知道结果。

2.该方法要求封装所有申请和释放空间的函数，并在调用的地方修改成调用封装后的函数。虽然C中申请/释放内存接口并不多，但是对于一个大型的项目，调用这些接口的地方却是很多的，要全部替换是一个比较大的工作量。

3.只对C语言适用，不能应用于C++

4.对于所调用的库不适用。如果希望应用于库，则要修改库代码

5.只能检测是否泄漏，却没有具体信息，比如泄漏了多少空间

6.不能说明是哪一行代码引起了泄漏

Linux检测程序内存泄漏

1.安装valgrind：
这是一款开源的程序内存检测工具，mtrace为内存分配函数（malloc, realloc, memalign,free）安装hook函数。这些hook函数记录内存的申请和释放的trace信息。

Valgrind详解：

Valgrind包括以下一些工具：
1.Memcheck:这是valgrind应用最广泛的工具，一个重量级的内存检查器，能够给发现开发中绝大多数的内存错误使用的情况，比如：使用未初始化
2.callgrind：它主要用来检查程序中函数中调用过程中出现的问题
3.cachegrind：它主要用来检查程序中缓存使用出现的问题
4.Helgrind：它主要用来检查多线程中出现的竞争问题
5.Massif:它主要用来检查程序中堆栈使用中出现的问题
6.Extension:可以使用core提供的 功能，自己编写特定的内存调试工具
2.mtrace命令

man 3 mtrace 可以在man 手册中查看该函数

mtrace 也有对应的命令，其使用方式为：
一．将环境变量MALLOC_TRACE设置为所需输出文件的路径名

二．在需要检测的源代码中引入mcheck.h头文件
1．在分配内存之前调用mtrace(); ，一般在main函数的开头调用
2．在结束检测的地方调用muntrace(); ，一般在return之前调用
3．编译程序时需要加上-g 选项
#include
#include
#include
int main()
{
mtrace();
int *p = NULL;
p =(int *)malloc(sizeof(int) * 1);
//free(p);//未free，内存泄漏
muntrace();
return 0;
}

4.内存泄漏信息将在MALLOC_TRACE环境变量指定的文件中报告，需要使用mtrace命令将信息转换。

Valgrind的最新版是3.11.0，它一般包含下列工具：

1.Memcheck

最常用的工具，用来检测程序中出现的内存问题，所有对内存的读写都会被检测到，一切对malloc()/free()/new/delete的调用都会被捕获。所以，它能检测以下问题：

对未初始化内存的使用；

读/写释放后的内存块；

读/写超出malloc分配的内存块；

读/写不适当的栈中内存块；

内存泄漏，指向一块内存的指针永远丢失；

不正确的malloc/free或new/delete匹配；

memcpy()相关函数中的dst和src指针重叠。

2.Callgrind

和gprof类似的分析工具，但它对程序的运行观察更是入微，能给我们提供更多的信息。和gprof不同，它不需要在编译源代码时附加特殊选项，但加上调试选项是推荐的。Callgrind收集程序运行时的一些数据，建立函数调用关系图，还可以有选择地进行cache模拟。在运行结束时，它会把分析数据写入一个文件。callgrind_annotate可以把这个文件的内容转化成可读的形式。

3.Cachegrind

Cache分析器，它模拟CPU中的一级缓存I1，Dl和二级缓存，能够精确地指出程序中cache的丢失和命中。如果需要，它还能够为我们提供cache丢失次数，内存引用次数，以及每行代码，每个函数，每个模块，整个程序产生的指令数。这对优化程序有很大的帮助。

4.Helgrind

它主要用来检查多线程程序中出现的竞争问题。Helgrind寻找内存中被多个线程访问，而又没有一贯加锁的区域，这些区域往往是线程之间失去同步的地方，而且会导致难以发掘的错误。Helgrind实现了名为“Eraser”的竞争检测算法，并做了进一步改进，减少了报告错误的次数。不过，Helgrind仍然处于实验阶段。

5.Massif

堆栈分析器，它能测量程序在堆栈中使用了多少内存，告诉我们堆块，堆管理块和栈的大小。Massif能帮助我们减少内存的使用，在带有虚拟内存的现代系统中，它还能够加速我们程序的运行，减少程序停留在交换区中的几率。

此外，lackey和nulgrind也会提供。Lackey是小型工具，很少用到；Nulgrind只是为开发者展示如何创建一个工具。

1.3原理

Memcheck能够检测出内存问题，关键在于其建立了两个全局表。Valid-Value表

对于进程的整个地址空间中的每一个字节(byte)，都有与之对应的8个bits；对于CPU的每个寄存器，也有一个与之对应的bit向量。这些bits负责记录该字节或者寄存器值是否具有有效的、已初始化的值。

Valid-Address表

对于进程整个地址空间中的每一个字节(byte)，还有与之对应的1个bit，负责记录该地址是否能够被读写。

检测原理：

当要读写内存中某个字节时，首先检查这个字节对应的A bit。如果该A bit显示该位置是无效位置，memcheck则报告读写错误。

内核（core）类似于一个虚拟的CPU环境，这样当内存中的某个字节被加载到真实的CPU中时，该字节对应的V bit也被加载到虚拟的CPU环境中。一旦寄存器中的值，被用来产生内存地址，或者该值能够影响程序输出，则memcheck会检查对应的V bits，如果该值尚未初始化，则会报告使用未初始化内存错误。

2安装使用

2.1安装

从官网http://www.valgrind.org下载最新版本（当前3.11）

#tar xvf valgrind-3.11.1.tar.bz2
#cd valgrind-3.11.1
#./configure --prefix=/usr/local/valgrind--指定安装目录
#make
#make install

2.2命令介绍

用法:valgrind[options] prog-and-args [options]:常用选项，适用于所有Valgrind工具

-tool=最常用的选项。运行valgrind中名为toolname的工具。默认memcheck。
h –help显示帮助信息。
-version显示valgrind内核的版本，每个工具都有各自的版本。
q –quiet安静地运行，只打印错误信息。
v –verbose更详细的信息,增加错误数统计。
-trace-children=no|yes跟踪子线程? [no]
-track-fds=no|yes跟踪打开的文件描述？[no]
-time-stamp=no|yes增加时间戳到LOG信息? [no]
-log-fd=输出LOG到描述符文件[2=stderr]
-log-file=将输出的信息写入到filename.PID的文件里，PID是运行程序的进行ID
-log-file-exactly=输出LOG信息到file
-log-file-qualifier=取得环境变量的值来做为输出信息的文件名。[none]
-log-socket=ipaddr:port输出LOG到socket，ipaddr:port

LOG信息输出:

-xml=yes将信息以xml格式输出，只有memcheck可用
-num-callers= show callers in stack traces [12]
-error-limit=no|yes如果太多错误，则停止显示新错误? [yes]
-error-exitcode=如果发现错误则返回错误代码[0=disable]
-db-attach=no|yes当出现错误，valgrind会自动启动调试器gdb。[no]
-db-command=启动调试器的命令行选项[gdb -nw %f %p]

适用于Memcheck工具的相关选项：

-leak-check=no|summary|full要求对leak给出详细信息? [summary]
-leak-resolution=low|med|high how much bt merging in leak check [low]
-show-reachable=no|yes show reachable blocks in leak check? [no]