计算机原理-怎样解决Linux内存泄漏？

首先说明下，作者本人是C/C++程序员出道。C/C++什么都好，就是内存管理让人头疼。对于这种没有Garbage Collection的语言， C 和 C++ 程序中完全由程序员自主申请和释放内存，稍不注意，就会在系统中导入内存错误。同时，内存错误往往非常严重，一般会带来诸如系统崩溃，内存耗尽（OOM），逻辑异常（内存踩踏）这样严重的后果。这些后果，都是无法接受的。最要命的是内存泄漏通常是无声无息的发生。存在内存错误的 C 和 C++ 程序会导致各种问题。如果它们泄漏内存，则运行速度会逐渐变慢，并最终停止运行；如果覆盖内存，则会逻辑异常，很容易受到hacker的攻击。

 

    说了这么多，内存泄漏的严重性，那到底什么是内存泄漏呢？

内存泄漏一般情况下是指从堆中申请的内存没有释放。堆的概念可以在我的怎样深入理解堆和栈这篇文章中寻找到答案。应用程序调用malloc，realloc，new函数从堆中申请一块内存，在使用完毕后，需要调用free/new来释放内存。如果缺少释放，就会导致内存泄漏。久而久之，整个系统的内存将会慢慢耗尽。

 

    那我们该如何及时发现内存泄漏呢？下面列举下：

1. 代码review阶段，这个阶段的代价能够发现简单的内存泄漏问题

2. 代码静态检测工具，coverity等等。这类工具比较强大，绝大部分的内存泄漏风险都能检测出来。

3. 运行阶段，配合系统有内存监视工具，收集一段时间内的堆栈内存信息，观测增长趋势，来确定是否有内存泄漏。例如：ps，top，cat /proc/{pid}/status，cat /proc/{pid}/maps等等。

4. 运行阶段，内存检测工具。这类工具也比较多。常用如下：

 

    在这几款工具中，设置最简单的应该是memwatch了，和dmalloc一样，它能检测未释放的堆内存，内存被释放多次，内存非法访问问题。

    它之所以是简单好用，是因为他根本不需要安装，只是一段代码，需要include头文件memwatch.h和源代码包含memwatch.c，编译需要加上-DMEMWATCH -DMW_STDIO。例如：

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

    memwatch输出文件名称为memwatch.log，运行期间所以内容都会输出在stdout上。

举个例子吧（这个例子简单的令人发指，只是为了说明思路）：

 #include <stdio.h>

#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <memwatch.h>int main() {    char *hello;    if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL) {        perror("Cannot allocate memory.");        return -1;    }    return 0;}

编译命令：

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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 Mon May 27 22:48:47 2019
    Modes: __STDC__ 32-bit mwDWORD==(unsigned long)    mwROUNDALLOC==4 sizeof(mwData)==32 mwDataSize==32
    Stopped at Mon May 27 22:48:47 2019
        unfreed: <1> test.c(7), 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

    从文件的内容可以看出，在程序执行到test.c的第7行时，堆内存未释放，该段内存的大小为1 byte。

    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)。

    详细的使用方法和运行原理可以在README中寻找答案。

 

进阶1

有人会问了还有没有其他的方法来检测内存泄漏呢？答案是有的。

重载new 和 delete。这也是大家编码过程中常常使用的方法。当然也可以重载malloc和free。只是在C语言中，没有重载的概念。暂且就叫重载吧。

测试代码：

#include<iostream>using namespace std;//---------------------------------------------------------------// 内存记录//---------------------------------------------------------------class MemInfo {private:  void* ptr;  const char* file;  unsigned int line;  MemInfo* link;  friend class MemStack;};//---------------------------------------------------------------// 内存记录栈 //---------------------------------------------------------------class MemStack {private:  MemInfo* head;public:  MemStack():head(NULL) { }  ~MemStack() {     MemInfo* tmp;    while(head != NULL) {      free(head->ptr); // 释放泄漏的内存       tmp = head->link;      free(head);      head = tmp;    }  }  void Insert(void* ptr, const char* file, unsigned int line) {    MemInfo* node = (MemInfo*)malloc(sizeof(MemInfo));    node->ptr = ptr; node->file = file; node->line=line;    node->link = head; head = node;      }  void Delete(void* ptr) {    MemInfo* node = head;    MemInfo* pre = NULL;    while(node != NULL && node->ptr!=ptr) {      pre = node;      node = node->link;    }    if(node == NULL)      cout << "删除一个没有开辟的内存" << endl;    else {      if(pre == NULL) // 删除的是head         head = node->link;      else         pre->link = node->link;      free(node);    }  }  void Print() {    if(head == NULL) {      cout << "内存都释放掉了" << endl;       return;    }    cout << "有内存泄露出现" << endl;     MemInfo* node = head;        while(node != NULL) {      cout << "文件名: " << node->file << " , " << "行数: " << node->line << " , "        << "地址: " << node->ptr << endl;       node = node->link;    }  }};//---------------------------------------------------------------// 全局对象 mem_stack记录开辟的内存 //---------------------------------------------------------------MemStack mem_stack;//---------------------------------------------------------------// 重载new,new[],delete,delete[] //---------------------------------------------------------------void* operator new(size_t size, const char* file, unsigned int line) {  void* ptr = malloc(size);  mem_stack.Insert(ptr, file, line);  return ptr;}void* operator new[](size_t size, const char* file, unsigned int line) {  return operator new(size, file, line); // 不能用new }void operator delete(void* ptr) {  free(ptr);  mem_stack.Delete(ptr);}void operator delete[](void* ptr) {  operator delete(ptr);}//---------------------------------------------------------------// 使用宏将带测试代码中的new和delte替换为重载的new和delete //---------------------------------------------------------------#define new new(__FILE__,__LINE__)//---------------------------------------------------------------// 待测试代码 //---------------------------------------------------------------void bad_code() {  int *p = new int;  char *q = new char[5];  delete []q;} 
void good_code() {  int *p = new int;  char *q = new char[5];  delete p;  delete []q;} //---------------------------------------------------------------// 测试过程 //---------------------------------------------------------------int main() {  good_code();  bad_code();  mem_stack.Print();  system("PAUSE");  return 0;}

其思路：每次new中开辟一块内存就用链表把这个内存的信息保存下来，每次用delete删除一块内存就从链表中删除这块内存的记录。

malloc和free的方式也一样。用宏的方式重实现malloc和free。

 

进阶2

还有没有其他的方法呢？当然有啦，就是采用智能指针（C++），这部分讲起来内容会比较多。只提供个思路吧。

 

终极

    很明显，终极解决内存泄漏问题的方法就是良好的编码习惯。使用内存分配函数，一旦释放完毕，记得释放。这一部分，需要各位开发人员多多编码。自己有对内存分配函数的一种敬畏。时刻记得内存的释放。