Linux性能优化从入门到实战：11 内存篇：内存泄漏的发现与定位

  用户空间内存包括多个不同的内存段，比如只读段、数据段、堆、栈以及文件映射段等。但会发生内存泄漏的内存段，只有堆和文件映射段中的共享内存。

  内存泄漏的危害非常大，这些忘记释放的内存，不仅应用程序自己不能访问，系统也不能把它们再次分配给其他应用。内存泄漏不断累积，甚至会耗尽系统内存。最终，系统通过 OOM （Out of Memory）机制杀死进程，但进程在 OOM 前，可能已经引发了一连串导致严重性能问题的现象。

(1) vmstat、memleak 工具

# install sysstat (include vmstat)
sudo apt-get install -y sysstat

# Install bcc (include memleak)
sudo apt-key adv --keyserver keyserver.ubuntu.com --recv-keys 4052245BD4284CDD
echo "deb https://repo.iovisor.org/apt/bionic bionic main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/iovisor.list
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y bcc-tools libbcc-examples linux-headers-$(uname -r)

  vmstat ：观察memory栏中的free列，可以方便查看当前系统的memory状态：

$ vmstat 3  # 每隔 3 秒输出一组数据
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
0  0      0 6601824  97620 1098784    0    0     0     0   62  322  0  0 100  0  0

memleak ：可以发现 child () 函数中调用的 fibonacci() 函数有内存泄漏：

$ /usr/share/bcc/tools/memleak -p $(pidof app) -a
Attaching to pid 12512, Ctrl+C to quit.
[03:00:41] Top 10 stacks with outstanding allocations:
    addr = 7f8f70863220 size = 8192
    addr = 7f8f70861210 size = 8192
    addr = 7f8f7085b1e0 size = 8192
    addr = 7f8f7085f200 size = 8192
    addr = 7f8f7085d1f0 size = 8192
    40960 bytes in 5 allocations from stack
        fibonacci+0x1f [app]
        child+0x4f [app]
        start_thread+0xdb [libpthread-2.27.so] 

(2) valgrind 工具

  Valgrind官网：http://valgrind.org/downloads/repository.html

  参考文献：https://blog.csdn.net/kesalin/article/details/2593958

  Valgrind工具包包含多个工具，如Memcheck,Cachegrind,Helgrind, Callgrind，Massif。下面分别介绍个工具的作用：

Memcheck 工具主要检查下面的程序错误：

    使用未初始化的内存 (Use of uninitialised memory)
    使用已经释放了的内存 (Reading/writing memory after it has been free’d)
    使用超过 malloc分配的内存空间(Reading/writing off the end of malloc’d blocks)
    对堆栈的非法访问 (Reading/writing inappropriate areas on the stack)
    申请的空间是否有释放 (Memory leaks – where pointers to malloc’d blocks are lost forever)
    malloc/free/new/delete申请和释放内存的匹配(Mismatched use of malloc/new/new [] vs free/delete/delete [])
    src和dst的重叠(Overlapping src and dst pointers in memcpy() and related functions)

Callgrind：

    Callgrind收集程序运行时的一些数据，函数调用关系等信息，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。

Cachegrind：

    它模拟 CPU中的一级缓存I1,D1和L2二级缓存，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。

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。

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。

安装及使用：

git clone http://repo.or.cz/valgrind.git
cd valgrind
./autogen.sh
./configure --prefix=/home/your_name/valgrind/
make
make install

gcc -Wall test.c -g -o test
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./test