内存泄漏（Memory Leak）

内存泄露检测工具Valgrind

 

内存泄露简介

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什么是内存泄漏

　　内存泄漏（Memory Leak）是指程序中已动态分配的堆内存由于某种原因，程序未释放或无法释放，造成系统内存的浪费，导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃等严重后果。
　　内存泄漏缺陷具有隐蔽性、积累性的特征，比其他内存非法访问错误更难检测。因为内存泄漏的产生原因是内存块未被释放，属于遗漏型缺陷而不是过错型缺陷。此外，内存泄漏通常不会直接产生可观察的错误症状，而是逐渐积累，降低系统整体性能，极端的情况下可能使系统崩溃。

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内存泄露产生的方式

以产生的方式来分类，内存泄漏可以分为四类：

• 常发性会内存泄漏：发生内存泄漏的代码会被多次执行到，每次被执行时都导致一块内存泄漏。
• 偶发性内存泄漏：发生内存泄漏的代码只有在某些特定环境或操作过程下才会发生。常发性和偶发性是相对的。对于特定的环境，偶发性的也许就变成了常发性的。所以测试环境和测试方法对检测内存泄漏至关重要。
• 一次性内存泄漏：发生内存泄漏的代码只会被执行一次，或者由于算法上的缺陷，导致总会有一块且仅有一块内存发生泄漏。
• 隐式内存泄漏：程序在运行过程中不停的分配内存，但是直到结束的时候才释放内存。严格的说这里并没有发生内存泄漏，因为最终程序释放了所有申请的内存。但是对于一个服务器程序，需要运行几天，几周甚至几个月，不及时释放内存也可能导致最终耗尽系统的所有内存。所以，我们称这类内存泄漏为隐式内存泄漏。从用户使用程序的角度来看，内存泄漏本身不会产生什么危害，作为一般的用户，根本感觉不到内存泄漏的存在。真正有危害的是内存泄漏的堆积，这会最终耗尽系统所有的内存。从这个角度来说，一次性内存泄漏并没有什么危害，因为它不会堆积，而隐式内存泄漏危害性则非常大，因为较之于常发性和偶发性内存泄漏它更难被检测到。

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Valgrind

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简介

　　Valgrind具是一个用于调试和分析Linux程序的GPL系统。使用Valgrind的工套件，您可以自动检测许多内存管理和线程错误，使程序更稳定。还可以执行详细的分析以帮助加速程序的执行。
　　Valgrind是Julian Seward的作品。Valgrind是运行在Linux上一套基于仿真技术的程序调试和分析工具，它包含一个内核，一个软件合成的CPU，和一系列的小工具。如下图所示：

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安装

　　CentOS安装：

# sudo yum install valgrind -y

　　Ubuntu 安装：

# sudo apt install valgrind -y

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示例程序

　　给出一个简单示例malloc.c 。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void fun()
{
         int *x = malloc(10 * sizeof(int));
         x[10] = 0;
}
int main()
{
         int i = 99;
         fun();
         printf("i = %d\n"，i);
         return 0;
}

　　以上代码存在两个问题：

• 没有free掉申请的资源；
• fun函数里面越界了，x[10]是非法的。

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Memcheck

　　是最常用的小工具，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和free的调用都会被捕获，它能检测下列问题：

• 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/写不适当的栈中的内存块；
• 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；

　　我们使用Memcheck小工具来检测存在的问题。
　　编译：gcc -Wall -o malloc malloc.c
　　检测：valgrind ./malloc
　　　　--show-reachable=<yes|no> [default: no]
　　　　--leak-check=full 查看更为详细信息

　　其中，34496是程序运行时的进程号。
　　Invalid write of size 4：表示非法写入（越界），下面是告诉我们错误发生的位置，在main中调用的fun函数。
　　HEAP SUMMARY：说明了堆的情况，可以看到申请了40个字节，后面说有1个申请，0个被free。
　　LEAK SUMMARY：也是说的堆的泄漏情况，明显丢失的有40个字节。
　　如果main中的i未初始化，这里还会有一些其他的错误。

 

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Callgrind

　　和gprof 类似的分析工具，但它对程序的运行观察更细致入微，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添加附加特殊选项，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，还可以有选择的进行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。

　　Callgrind可以帮助我们对程序的运行进行观察。

# valgrind --tool=callgrind ./malloc

　　

　　可以看到生成了一个文件callgrind.out.34755，同样34755为程序运行时的进程号。当callgrind运行你的程序时，还可以使用callgrind_control来观察程序的执行，而且不会干扰它的运行。
　　显示程序的详细信息：

# callgrind_annotate callgrind.out.34755

　　

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Cachegrind

　　Cache分析器，它模拟CPU中的一级缓存I1，DI和二级缓存，能够精确的指出程序中cache的丢失和命中。如果需要，它还能为我们提供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。　　

# valgrind --tool=cachegrind ./mallo

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Helgrind

　　用来检测多线程程序中出现的竞争问题。Helgrind寻找内存中内对个线程访问，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情况，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Helgrinf仍然处于实验阶段。

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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，在代用虚拟内存的现代系统中，它还能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。

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参考

　　Linux下几款C++程序中的内存泄露检查工具
　　　　https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/51959654
　　Linux下检测内存泄露的工具 valgrind
　　　　https://cloud.tencent.com/developer/article/1075945
　　Valgrind调试
　　　　http://www.voidcn.com/article/p-xyrqgaum-yq.html

作者：starnight_cyber

出处：https://www.cnblogs.com/Hi-blog/