测试系统堆内存

本文介绍了一种测试程序最大堆内存分配的方法,通过使用new操作和nothrow特性,结合try-catch异常处理,来确定系统可以分配的最大内存容量。并提供了C++代码示例和使用valgrind进行内存检查的方法。

一 需求:

使用new操作测试程序最多可申请多大的堆内存

二 实现:

1.直接使用new

直接使用new可能会抛出bad_alloc异常,所以要使用try catch捕获

2.使用new(nothrow)

分配失败不会抛出异常,而是返回空指针

三 代码:

1.test.cpp

#include <stdint.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <exception>
#include <new>
using namespace std;
static const uint64_t ONE_G = 1024 * 1024 * 1024;
bool test_system_stack_memory(size_t size) {
	char *p = nullptr;
	uint64_t capacity = ONE_G * size;
	bool succ = true;
	try {
		p = new char[capacity];
	}
	//catch (std::exception &e) {
	catch (std::bad_alloc &e) {
		succ = false;
		cerr << e.what() << endl;
		cerr << size << "G" << " alloc failed...!" << endl;
	}
	if (nullptr != p) {
		delete []p;
		p = nullptr;
	}
	return succ;
}
bool test_system_stack_memory1(size_t size) {
    uint64_t capacity = ONE_G * size;
    bool succ = true;
	char *p = new(nothrow) char[capacity];
    if (nullptr != p) {
        delete []p;
        p = nullptr;
    }
	else {
		succ = false;
		cerr << size << "G" << " alloc failed...!" << endl;
	}
    return succ;
}

int main() {
	for (size_t i = 0;i < 1000;i++) {
//		if (false == test_system_stack_memory(i)) {			// 0.004s
		if (false == test_system_stack_memory1(i)) {		// 0.004s
			return -1;
		}
	}

    return 0;
}

2.make.sh

g++ -std=c++17 -g -o Test test.cpp -pthread

3.使用valgrind检查内存

check.sh

valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./Test
valgrind --tool=cachegrind ./Test

 

<think>我们正在讨论ARM Linux系统下检查堆内存增长的方法。结合之前的回答和引用内容,我们需要关注ARM架构的特殊性(如内存布局)以及Linux环境下可用的工具。 关键点: 1. ARM Linux的内存布局(引用[5])显示有vmalloc、lowmem等区域,(heap)通常位于lowmem区域,从低地址向高地址增长。 2. 栈在ARM架构上是向下增长的(引用[2]),位于用户空间的高地址区域。 3. 我们可以使用类似的工具(pmap, valgrind等),但要注意ARM平台的兼容性(可能需要交叉编译的工具链)。 因此,在ARM Linux系统中检查堆内存增长,我们可以采用以下方法: 1. **使用pmap监控堆内存变化**(与x86类似): 由于ARM Linux也支持/proc文件系统和pmap命令,我们可以通过监控进程的地址空间来观察段(通常标记为[heap])的变化。 命令示例: ```bash # 每隔一段时间记录堆内存信息 PID=<your_process_id> while true; do echo "===== $(date) =====" >> heap_growth.log pmap -x $PID | grep -A 1 heap >> heap_growth.log sleep 60 done ``` 注意:在嵌入式ARM系统中,pmap可能不是默认安装的,需要确保busybox或procps包已安装。 2. **使用Valgrind Massif工具**(需要交叉编译): Valgrind在ARM平台上也是可用的,但可能需要针对目标板交叉编译。Massif可以详细记录堆内存分配情况。 使用步骤: - 在主机上交叉编译Valgrind(如果目标板没有预编译版本) - 将编译好的Valgrind移植到目标板 - 运行程序并收集数据: ```bash valgrind --tool=massif --stacks=yes ./your_arm_program ``` 然后使用ms_print分析输出文件。 3. **通过glibc的malloc调试功能**: 如果目标系统使用glibc,则可以使用mtrace(需要设置MALLOC_TRACE环境变量)来检测内存泄漏。 ```bash export MALLOC_TRACE=/tmp/malloc_trace.log ./your_arm_program mtrace ./your_arm_program $MALLOC_TRACE ``` 注意:mtrace需要目标板有perl环境,嵌入式系统可能不满足,可以考虑在主机上分析日志。 4. **使用嵌入式系统可用的轻量级工具**: 如果目标板资源有限,可以考虑以下方法: - 通过/proc/<pid>/statm或/proc/<pid>/maps文件直接读取内存信息。 例如,查看大小: ```bash cat /proc/$PID/statm | awk '{print $1}' # 输出以页为单位的总内存大小 ``` 或者查看maps文件中的地址范围: ```bash cat /proc/$PID/maps | grep heap ``` - 使用嵌入式调试工具gdbserver配合GDB远程调试,在GDB中调用内置函数(如malloc_stats)来查看状态(需要目标板gdbserver支持)。 5. **碎片化问题**: 在嵌入式系统中,碎片化尤其需要注意,因为内存有限。可以通过嵌入代码输出malloc_stats信息(如果glibc支持): ```c #include <malloc.h> // ... void print_heap_info() { malloc_stats(); } ``` 或者通过钩子函数记录每次分配/释放,但这种方法开销较大。 6. **ARM栈溢出问题**(引用[2]): 虽然问题是增长,但也要注意和栈的相对位置。在ARM Linux中,栈向下增长,向上增长,如果增长过多可能与栈碰撞。 通过pmap或/proc/<pid>/maps可以查看和栈的地址范围。如果发现的结束地址接近栈的起始地址,则存在碰撞风险。 7. **使用嵌入式系统的内存分析工具**: 如memtrack(针对Android)或针对嵌入式Linux定制的工具(如tcmalloc的内存分析功能,但需要集成)。 针对ARM Linux的特殊性,我们还需要注意: - 内存布局(引用[5])中的位置(在lowmem区域),以及是否有内存限制(如通过ulimit设置)。 - 交叉编译工具链的配置。 下面是结构化的回答: </think>### ARM Linux系统中堆内存增长检查方法 在ARM架构的Linux系统中,堆内存增长检查需结合ARM内存布局特点(引用[5])和嵌入式资源限制,以下是针对性方案: --- #### 1. **动态地址空间监控** 通过`/proc/<PID>/maps`实时追踪地址范围,识别扩展方向: ```bash watch -n 60 "grep heap /proc/$(pidof your_program)/maps" ``` **ARM特性分析**: - 位于`lowmem`区域(`0xc0000000-0xf0000000`),向上增长(引用[5]) - 栈位于高地址向下增长(`0xffff0000`附近),需监控栈间距(引用[2]) - 典型输出: ```plaintext 00a00000-00b2b000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap] # 起始地址 RSS: 1024 KB # 物理内存占用 ``` --- #### 2. **轻量化内存分析工具** **Valgrind Massif 交叉编译适配**: ```bash # 主机交叉编译Massif arm-linux-gnueabihf-gcc -o massif_tool your_program.c # 目标板运行 valgrind --tool=massif --pages-as-heap=yes ./massif_tool ``` **嵌入式优化**: - `--pages-as-heap=yes`:统计所有内存页(包括mmap) - 输出快照中关注`mem_heap_B`字段(字节数) - 碎片检测公式: $$ \text{碎片率} = \frac{\text{free\_chunks} \times \text{chunk\_size}}{\text{heap\_total}} \times 100\% $$ 碎片率>25%需优化(引用[1]) --- #### 3. **glibc malloc 调试(嵌入式适配)** ```c #include <malloc.h> void arm_heap_check() { struct mallinfo mi = mallinfo(); printf("ARM Heap: arena=%d, free=%d, frag=%.1f%%\n", mi.arena, mi.fordblks, 100.0*(mi.fordblks)/(mi.arena - mi.uordblks)); } ``` **关键指标**: - `arena`:分配的总空间(含碎片) - `fordblks`:最大连续空闲块大小 - 调用方式:定时触发或信号捕获(`SIGUSR1`) --- #### 4. **栈碰撞风险监测** ARM栈向下增长,向上扩展,碰撞将导致段错误(引用[2][5]): ```bash # 计算栈间距 heap_end=$(grep heap /proc/$PID/maps | awk -F'-' '{print $2}') stack_start=$(grep stack /proc/$PID/maps | awk -F'-' '{print $1}') echo "栈间距: $((0x$stack_start - 0x$heap_end)) bytes" ``` **安全阈值**: - 间距<1MB需立即告警 - 典型崩溃特征:`SIGSEGV`发生在末地址附近 --- ### ARM平台专用诊断流程 | 步骤 | 操作 | 工具 | |------|------|------| | 1. 基线测量 | 启动时记录基址 | `/proc/<PID>/maps` | | 2. 周期性监控 | 每5分钟采样RSS | `ps -p <PID> -o rss=` | | 3. 增长溯源 | 分配点定位 | Massif + ARM backtrace(引用[1]) | | 4. 碰撞预警 | 栈间距计算 | Bash脚本计算 | > **ARM优化要点**: > 1. 优先使用静态链接减少`mmap`干扰 > 2. 通过`ulimit -d`限制大小触发早期故障 > 3. 在`lowmem`不足时检查`vmalloc`使用(引用[5]) ---
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