作为c的程序员,最常见的就是排查内存泄漏,不过我们一般的内存泄漏是针对特定的程序去排查,相对来说比较容易,但是如果是维护人员,不知道哪个程序有内存泄漏,甚至是应用程序的内存泄漏,还是内核的内存泄漏都不明确,所以一定要有一定的查内存泄漏的章法.
一 虚拟内存泄露一般来说，我们观察系统的内存占用喜欢用top命令，然后输入m，对系统中整体的内存占用情况做个排序，然后在重点观察，内存占用排在前几位的进程，再逐步的分析,
[root@VM-0-2-centos ~]# top -p 5576
top - 18:21:46 up 198 days, 20:07, 2 users, load average: 0.10, 0.04, 0.05
Tasks: 1 total, 0 running, 1 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 0.7 us, 0.3 sy, 0.0 ni, 99.0 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem : 1882008 total, 78532 free, 116516 used, 1686960 buff/cache
KiB Swap: 0 total, 0 free, 0 used. 1606660 avail Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME COMMAND
5576 root 20 0 184064 11248 1124 S 0.0 0.6 10:34.98 nginx
虽然top 也可以观察到单独的进程的内存变化，不过一般不太好比较内存变化的规律， 推荐使用pidstat工具，此工具需要先安装，通过命令：
yum install sysstat
pidstat 基本说明如下： -u：默认的参数，显示各个进程的cpu使用统计 -r：显示各个进程的内存使用统计 -d：显示各个进程的IO使用情况 -p：指定进程号 -w：显示每个进程的上下文切换情况 -t：显示选择任务的线程的统计信息外的额外信息 -T TASK CHILD | ALL
假如我们观察到如下的内存占用情况：pidstat -r -p pid 5
[root@VM-0-2-centos ~]# pidstat -r -p 5981 5
Linux 3.10.0-1127.19.1.el7.x86_64 (VM-0-2-centos) 07/24/2021 _x86_64_ (1 CPU)
06:25:55 PM UID PID minflt/s majflt/s VSZ RSS %MEM Command
06:26:00 PM 0 5981 0.20 0.00 4416 352 0.02 a.out
06:26:05 PM 0 5981 0.00 0.00 4416 352 0.02 a.out
06:26:10 PM 0 5981 0.20 0.00 4456 352 0.02 a.out
06:26:15 PM 0 5981 0.00 0.00 4456 352 0.02 a.out
06:26:20 PM 0 5981 0.00 0.00 4456 352 0.02 a.out
06:26:25 PM 0 5981 0.20 0.00 4496 352 0.02 a.out
06:26:30 PM 0 5981 0.00 0.00 4496 352 0.02 a.out
06:26:35 PM 0 5981 0.20 0.00 4536 352 0.02 a.out
06:26:40 PM 0 5981 0.00 0.00 4536 352 0.02 a.out
06:26:45 PM 0 5981 0.20 0.00 4576 352 0.02 a.out
06:26:50 PM 0 5981 0.00 0.00 4576 352 0.02 a.out
06:26:55 PM 0 5981 0.20 0.00 4616 352 0.02 a.out
我们注意下，VSZ即虚拟内存的占用每10s增加40，单位为k，即10s增加40k的虚拟内存。 下面来具体分析下这个程序的内存泄露情况。
二 分析泄露原因我们来分析这个进程的内存分布情况，来分析这泄露的内存有什么特点：
[root@VM-0-2-centos ~]# pmap -x 5981
5981: ./a.out
Address Kbytes RSS Dirty Mode Mapping
0000000000400000 4 4 0 r-x-- a.out
0000000000600000 4 4 4 r---- a.out
0000000000601000 4 4 4 rw--- a.out
00007faab436e000 2720 272 272 rw--- [ anon ]
00007faab4616000 1804 260 0 r-x-- libc-2.17.so
00007faab47d9000 2048 0 0 ----- libc-2.17.so
00007faab49d9000 16 16 16 r---- libc-2.17.so
00007faab49dd000 8 8 8 rw--- libc-2.17.so
00007faab49df000 20 12 12 rw--- [ anon ]
00007faab49e4000 136 108 0 r-x-- ld-2.17.so
00007faab4a06000 2012 212 212 rw--- [ anon ]
00007faab4c03000 8 8 8 rw--- [ anon ]
00007faab4c05000 4 4 4 r---- ld-2.17.so
00007faab4c06000 4 4 4 rw--- ld-2.17.so
00007faab4c07000 4 4 4 rw--- [ anon ]
00007ffe0f3f5000 132 16 16 rw--- [ stack ]
00007ffe0f47c000 8 4 0 r-x-- [ anon ]
ffffffffff600000 4 0 0 r-x-- [ anon ]
---------------- ------- ------- -------
total kB 8940 940 564
其中Address为开始的地址，Kbytes是虚拟内存的大小，RSS为真实内存的大小，Dirty为未同步到磁盘上的脏页，Mode为内存的权限，rw为可写可读，rx为可读和可执行。 通过几次观察，我们发现：
00007faab436e000 2720 272 272 rw--- [ anon ]
为泄露部分，此为匿名内存区，也就是没有映射文件，为malloc或mmap分配的内存。 同样是每次增加40K。
此时还是只能大概知道内存泄露的位置，我们还先找到具体的代码位置，这个该怎么分析？ 代码的申请，无非是通过malloc和brk这些库函数进行内存调用，我们可以用strace跟踪下。
[root@VM-0-2-centos ~]# strace -f -t -p 5981 -o trace.strace
strace: Process 5981 attached
strace: Process 8519 attached
strace: Process 8533 attached
strace: Process 8547 attached
strace: Process 8557 attached
strace: Process 8575 attached
^Cstrace: Process 5981 detached
我们通过-t选项来显示时间，-f来跟踪子进程。直接用cat命令查看跟踪的文件内容，会发现内容相当多，只要是系统调用都打印了出来，可以通过每次增加40k这个有用的信息搜索下：
[root@VM-0-2-centos ~]# grep 40960 trace.strace
5981 19:01:44 mmap(NULL, 40960, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0x7faab403a000
5981 19:01:55 mmap(NULL, 40960, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0x7faab4030000
5981 19:02:06 mmap(NULL, 40960, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0x7faab4026000
5981 19:02:17 mmap(NULL, 40960, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0x7faab401c000
5981 19:02:28 mmap(NULL, 40960, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0x7faab4012000
至此我们找到了具体的泄露代码位置。
看下这个测试代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#define _SCHED_H
#define __USE_GNU
#include <bits/sched.h>
#define STACK_SIZE 40960
int func(void *arg)
{
printf("thread enter.\n");
sleep(1);
printf("thread exit.\n");
return 0;
}
int main()
{
int thread_pid;
int status;
int w;
while (1) {
void *addr = mmap(NULL, STACK_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0);
if (addr == NULL) {
perror("mmap");
goto error;
}
printf("creat new thread...\n");
thread_pid = clone(&func, addr STACK_SIZE, CLONE_SIGHAND|CLONE_FS|CLONE_VM|CLONE_FILES, NULL);
printf("Done! Thread pid: %d\n", thread_pid);
if (thread_pid != -1) {
do {
w = waitpid(-1, NULL, __WCLONE | __WALL);
if (w == -1) {
perror("waitpid");
goto error;
}
} while (!WIFEXITED(status) && !WIFSIGNALED(status));
}
sleep(10);
}
error:
return 0;
}
这个测试程序利用mmap申请一块匿名私有的内存，clone为系统函数，pthread_create 和fork底层都是调用它，用来创建进程/线程，将func的地址指针存放在子进程堆栈的某个位置处，该位置就是该封装函数本身返回地址存放的位置，最后一个参数为func的执行参数。clone可以更灵活控制共享，比如可以控制是否共享内存空间，是否共享打开文件，是否共享相同的信号处理函数等。
我们可以看到，mmap申请内存后，需要通过munmap来释放，这里面没有释放，所以导致了虚拟内存泄露，这里面申请的内存只实际使用了4个字节，即复制了func的指针，其他的内存均没有使用，其实仔细观察会发现还有部分的物理内存泄露，每次4个字节，可以通过pmap -x 查到。
在 waitpid后面添加：munmap(addr,STACK_SIZE); 即可以实现内存的释放。
三 valgrind 分析程序内存泄露这个是比较常见的方法，一般通过下面命令来查看内存泄露：
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./b
[root@VM-0-2-centos test]# valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./b
==14374== Memcheck, a memory error detector
==14374== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==14374== Using Valgrind-3.15.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==14374== Command: ./b
==14374==
==14374== Warning: set address range perms: large range [0x5205040, 0x24605040) (undefined)
address:0x5205040
==14374== Warning: set address range perms: large range [0x5205040, 0x24605040) (defined)
524288000
==14374==
==14374== HEAP SUMMARY:
==14374== in use at exit: 524,288,000 bytes in 1 blocks
==14374== total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 524,288,000 bytes allocated
==14374==
==14374== 524,288,000 bytes in 1 blocks are possibly lost in loss record 1 of 1
==14374== at 0x4C29F73: malloc (vg_replace_malloc.c:309)
==14374== by 0x400675: main (test.c:17)
==14374==
==14374== LEAK SUMMARY:
==14374== definitely lost: 0 bytes in 0 blocks
==14374== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==14374== possibly lost: 524,288,000 bytes in 1 blocks
==14374== still reachable: 0 bytes in 0 blocks
==14374== suppressed: 0 bytes in 0 blocks
明确说明在test.c的17行有可能是内存泄露：==14374== by 0x400675: main (test.c:17) 其他用法看说明吧。
四 其他内存泄露分析其实上面的内存泄露是我们知道了具体的泄露的进程，然后再做详细分析。那么如果不知道哪里内存泄露了，有什么办法，可以通过分析meminfo文件，来观察泄露的类型。
[root@VM-0-2-centos test]# cat /proc/meminfo
MemTotal: 1882008 kB
MemFree: 752948 kB
MemAvailable: 1610108 kB
Buffers: 564900 kB
Cached: 399584 kB
SwapCached: 0 kB
Active: 808140 kB
Inactive: 220812 kB
Active(anon): 64548 kB
Inactive(anon): 488 kB
Active(file): 743592 kB
Inactive(file): 220324 kB
Unevictable: 0 kB
Mlocked: 0 kB
SwapTotal: 0 kB
SwapFree: 0 kB
....
这里面说明的挺详细的了，如果遇到内存问题，观察这个肯定会发现猫腻的。
五 诗词欣赏 蝶恋花.春景苏轼花褪残红青杏小。燕子飞时，绿水人家绕。枝上柳绵吹又少。天涯何处无芳草。墙里秋千墙外道。墙外行人，墙里佳人笑。笑渐不闻声渐悄。多情却被无情恼。
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