linux malloc 内存不足,linux中 对malloc/free分配及释放内存空间时发生的泄漏问题

linux中 对malloc/free分配及释放内存空间时发生的泄漏问题

所有使用动态内存分配(dynamic memory allocation)的程序都有机会遇上内存泄露(memory leakage)问题，在Linux里有三种常用工具来检测内存泄露的情況，包括：

mtrace

dmalloc

memwatch

1. mtrace

mtrace是三款工具之中是最简单易用的，mtrace是一个C函數，在里声明及定义，函数原型为：

void mtrace(void);

其实mtrace是类似malloc_hook的 malloc handler，只不过mtrace的handler function已由系统为你写好，但既然如此，系统又怎么知道你想将malloc/free的记录写在哪里呢？为此，调用mtrace()前要先设置 MALLOC_TRACE环境变量：

#include 

....

setenv("MALLOC_TRACE", "output_file_name", 1);

...

「output_file_name」就是储存检测结果的文件的名称。

但是检测结果的格式是一般人无法理解的，而只要有安装mtrace的话，就会有一名为mtrace的Perl script，在shell输入以下指令：

mtrace [binary] output_file_name

就会将output_file_name的內容转化成能被理解的语句，例如「No memory leaks」，「0x12345678 Free 10 was never alloc」诸如此类。

例如以下有一函数：(暂且放下single entry single exit的原则)

#include 

#include 

#include 

#include 

int main() {

char *hello;

setenv("MALLOC_TRACE", "output", 1);

mtrace();

if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL) {

perror("Cannot allocate memory.");

return -1;

}

return 0;

}

执行后，再用mtrace 将结果输出：

- 0x08049670 Free 3 was never alloc'd 0x42029acc

- 0x080496f0 Free 4 was never alloc'd 0x420dc9e9

- 0x08049708 Free 5 was never alloc'd 0x420dc9f1

- 0x08049628 Free 6 was never alloc'd 0x42113a22

- 0x08049640 Free 7 was never alloc'd 0x42113a52

- 0x08049658 Free 8 was never alloc'd 0x42113a96

Memory not freed:

-----------------

Address     Size     Caller

0x08049a90      0x1  at 0x80483fe

最后一行标明有一个大小为1 byte的内存尚未释放，大概是指「hello」吧。

若我们把该段内存释放：

#include 

#include 

#include 

#include 

int main() {

char *hello;

setenv("MALLOC_TRACE", "output", 1);

mtrace();

if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL) {

perror("Cannot allocate memory.");

return -1;

}

free(hello);

return 0;

}

结果如下：

- 0x080496b0 Free 4 was never alloc'd 0x42029acc

- 0x08049730 Free 5 was never alloc'd 0x420dc9e9

- 0x08049748 Free 6 was never alloc'd 0x420dc9f1

- 0x08049668 Free 7 was never alloc'd 0x42113a22

- 0x08049680 Free 8 was never alloc'd 0x42113a52

- 0x08049698 Free 9 was never alloc'd 0x42113a96

No memory leaks.

mtrace的原理是记录每一对malloc-free的执行，若每一个malloc都有相应的free，则代表没有内存泄露，对于任何非malloc/free情況下所发生的内存泄露。

在三种检测工具当中，设置最简单的算是memwatch，和dmalloc一样，它能检测未释放的内存、同一段内存被释放多次、位址存取错误及不当使用未分配之内存区域。请往https://www.linkdata.se/sourcecode.html 下载最新版本的Memwatch。

安装及使用memwatch

很幸运地，memwatch根本是不需要安装的，因为它只是一组C程序代码，只要在你程序中加入memwatch.h，编译时加上-DMEMWATCH -DMW_STDIO及memwatch.c就能使用memwatch，例如：

gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test.c memwatch.c -o test

memwatch输出結果

memwatch 的输出文件名称为memwatch.log，而且在程序执行期间，所有错误提示都会显示在stdout上，如果memwatch未能写入以上文件，它会尝试写入memwatchNN.log，而NN介于01至99之间，若它仍未能写入memwatchNN.log，则会放弃写入文件。

我们引用第一篇(mtrace)中所使用过的有问题的代码：

#include 

#include 

#include 

#include 

int main() {

char *hello;

setenv("MALLOC_TRACE", "output", 1);

mtrace();

if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL) {

perror("Cannot allocate memory.");

return -1;

}

return 0;

}

然后在shell中输入以下编译指令：

gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test.c memwatch.c -o test

memwatch.log的內容如下：

============= MEMWATCH 2.71 Copyright (C) 1992-1999 Johan Lindh =============

Started at Sat Jun 26 22:48:47 2004

Modes: __STDC__ 32-bit mwDWORD==(unsigned long)

mwROUNDALLOC==4 sizeof(mwData)==32 mwDataSize==32

Stopped at Sat Jun 26 22:48:47 2004

unfreed: <1> test.c(9), 1 bytes at 0x805108c    {FE .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .}

Memory usage statistics (global):

N)umber of allocations made: 1

L)argest memory usage      : 1

T)otal of all alloc() calls: 1

U)nfreed bytes totals      : 1

文件指出，在test.c被执行到第9行时所分配的内存仍未被释放，该段内存的大小为1 byte。

Memwatch使用注意

Memwatch 的优点是无需特別配置，不需安装便能使用，但缺点是它会拖慢程序的运行速度，尤其是释放内存时它会作大量检查。但它比mtrace和dmalloc多了一项功能，就是能模拟系统内存不足的情況，使用者只需用mwLimit(long num_of_byte)函数来限制程式的heap memory大小(以byte单位)。

最详细的使用说明(包括优点缺点，运行原理等)已在README中列出，本人强烈建议各位读者参考该文件。

相关链接：

- Memwatch下载