C 内存泄漏检测工具

末蓝、 2022-05-13 07:10 364阅读 0赞

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：

1.  mtrace
2.  dmalloc
3.  memwatch

## 1. mtrace ##

from：

mtrace是三款工具之中是最简单易用的，mtrace是一个C函數，在<mcheck.h>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 <stdlib.h>  
    ....  
    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 <stdio.h>  
    \#include <stdlib.h>  
    \#include <errno.h>  
    \#include <mcheck.h>  
    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：

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问题，mtrace并不能找出来。

但是mtrace在Red Hat 9的安装包并不提供，必须自己编译才能用哦。

wget --passive-ftp ftp://rpmfind.net/linux/redhat/9... -2.3.2-11.9.src.rpm  
　　rpm -ivh glibc\*.src.rpm  
　　cd /usr/src/redhat/SPECS/  
　　rpmbuild -ba glibc-9.spec  
　　cd /var/tmp/glibc-2.3.2-root/usr/bin/  
　　cp mtrace /usr/bin/

# 2. 使用dmalloc&valgrind检测内存泄露 #

from [http://blog.csdn.net/Dansley/archive/2009/06/26/4301975.aspx][http_blog.csdn.net_Dansley_archive_2009_06_26_4301975.aspx]

dmalloc是一个简单易用的C/C++内存leak检查工具，以一个运行库的方式发布。dmalloc能够检查出直到程序运行结束还没有释放的内存，

并且能够精确指出在哪个源文件的第几行。

dmalloc 主页： [http://dmalloc.com][http_dmalloc.com]

支持的平台：AIX, BSD/OS, DG/UX, Free/Net/OpenBSD, GNU/Hurd, HPUX, Irix, Linux, MS-DOG, NeXT, OSF, SCO, Solaris, SunOS,

Ultrix, Unixware, Windoze, and even Unicos on a Cray T3E. 最新版本：5.5.2.

安装：下载 [http://dmalloc.com/releases/dmalloc-5.5.2.tgz][http_dmalloc.com_releases_dmalloc-5.5.2.tgz]

1. $tar zxvf dmalloc-5.5.2.Tgz  2.$cd dmalloc-5.5.2   3. $./configure  4.$make;sudo make install

设置环境变量：

在terminal输入export DMALLOC\_OPTIONS=log=logfile, debug=0x3(in Bash)/export DMALLOC\_OPTIONS=debug 0x3,log=logfile(in Csh).

或者在terminal输入dmalloc -l logfile -i 100 low，然后重新登陆用户，或者执行: source ~/.bashrc 或 source ~/.profile

在源文件中添加下面的C代码：

\#ifdef DMALLOC

\#include "dmalloc.h"

\#endif

值得注意的是：要在每一个.C文件里面添加，而且必须添加在所包含的头文件最后一行！

编译使用的CFLAGS: -DDMALLOC -DDMALLOC\_FUNC\_CHECK

如： gcc -DDMALLOC -DDMALLOC\_FUNC\_CHECK (-ldmalloc) dm\_test.c

执行:   ./a.out

运行上面的命令会在当前目录下生成 logfile文件，打开logfile，那么哪个地方的内存leak就一目了然了。

例子：

\#include <stdio.h>

\#include <stdlib.h>

\#include <string.h>

\#ifdef DMALLOC

\#include <dmalloc.h>

\#endif

int main(int argc, char \*\*argv)

char \*string;

string = malloc(sizeof（char）);

string = malloc(sizeof(int\*));

return 0;

Dmalloc的局限性：

1． Dmalloc只能检测堆上内存，对栈内存和静态内存无能为力。

2. dmalloc只用于利用malloc申请的内存，对使用sbrk()或mmap()分配的内存无能为力。

3. dmalloc不能用于检测读写没有申请的或者没有初始化的内存，也不能检测写只读内存。

Valgrind是一个GPL的软件，用于Linux（For x86, amd64 and ppc32）程序的内存调试和代码剖析。你可以在它的环境中运行你的

程序来监视内存的使用情况，比如C 语言中的malloc和free或者 C++中的new和 delete。使用Valgrind的工具包，你可以自动的检

测许多内存管理和线程的bug，避免花费太多的时间在bug寻找上，使得你的程序更加稳固。

Valgrind的主要功能

Valgrind工具包包含多个工具，如Memcheck,Cachegrind,Helgrind, Callgrind，Massif。下面分别介绍个工具的作用：

Memcheck 工具主要检查下面的程序错误：

使用未初始化的内存 (Use of uninitialised memory)

使用已经释放了的内存 (Reading/writing memory after it has been free’d)

使用超过 malloc分配的内存空间(Reading/writing off the end of malloc’d blocks)

对堆栈的非法访问 (Reading/writing inappropriate areas on the stack)

申请的空间是否有释放 (Memory leaks – where pointers to malloc’d blocks are lost forever)

malloc/free/new/delete申请和释放内存的匹配(Mismatched use of malloc/new/new [] vs free/delete/delete [])

src和dst的重叠(Overlapping src and dst pointers in memcpy() and related functions)

Callgrind

Callgrind收集程序运行时的一些数据，函数调用关系等信息，还可以有选择地进行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。

Cachegrind

它模拟 CPU中的一级缓存I1,D1和L2二级缓存，能够精确地指出程序中 cache的丢失和命中。如果需要，它还能够为我们提供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。

Helgrind

它主要用来检查多线程程序中出现的竞争问题。Helgrind 寻找内存中被多个线程访问，而又没有一贯加锁的区域，这些区域往往是线程之间

失去同步的地方，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。

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，在带有虚拟

内存的现代系统中，它还能够加速我们程序的运行，减少程序停留在交换区中的几率。

Valgrind 安装

1、 到www.valgrind.org下载最新版valgrind-3.2.3.tar.bz2

2、 解压安装包：tar –jxvf valgrind-3.2.3.tar.bz2

3、 解压后生成目录valgrind-3.2.3

4、 cd valgrind-3.2.3

5、 ./configure

6、 make;sudo make install

注意：不要移动Valgrind到一个与--prefix指定的不一样的目录，这将导致一些莫名其妙的错误，大多数在Valgrind处理/fork/exec调用时。

1.检查内存错误：

例如我们原来有一个程序test，这是一个用gcc –g参数编译的程序，运行它需要：

#./a.out

如果我们想用valgrind的内存检测工具，我们就要用如下方法调用：

#valgrind --leak-check=full --show-reachable=yes --trace-children= yes   ./a.out

logfile加上会好些，程序在执行期间stderr会有一些输出。加上logfile的话可以像dmalloc那样打开logfile来查看错误信息。

其中--leak-check=full 指的是完全检查内存泄漏，--show-reachable=yes是显示内存泄漏的地点，--trace-children=yes是跟入子进程。

如果您的程序是会正常退出的程序，那么当程序退出的时候valgrind自然会输出内存泄漏的信息。如果您的程序是个守护进程，那么也不要紧，

我们 只要在别的终端下杀死memcheck进程（因为valgrind默认使用memcheck工具，就是默认参数—tools=memcheck）：

#killall memcheck

这样我们的程序（./a.out）就被kill了

2．检查代码覆盖和性能瓶颈：

我们调用valgrind的工具执行程序：

#valgrind --tool=callgrind ./sec_infod

会在当前路径下生成callgrind.out.pid（当前生产的是callgrind.out.19689），如果我们想结束程序，可以：

#killall callgrind

然后我们看一下结果：

#callgrind_annotate --auto=yes callgrind.out.19689   >log

#vim log

3.Valgrind使用参数

--log-fd=N 默认情况下，输出信息是到标准错误stderr，也可以通过—log-fd=8，输出到描述符为8的文件

--log-file=filename将输出的信息写入到filename.PID的文件里，PID是运行程序的进行ID。可以通过--log- file

exactly=filename指定就输出到filename文件。

--log-file-qualifier=<VAR>,取得环境变量的值来做为输出信息的文件名。如—log-file- qualifier=$FILENAME。

--log-socket=IP:PORT 也可以把输出信息发送到网络中指定的IP:PORT去

--error-limit=no 对错误报告的个数据进行限制，默认情况不做限制

--tool=<toolname> [default: memcheck]

--tool=memcheck：要求用memcheck这个工具对程序进行分析

--leak-ckeck=yes 要求对leak给出详细信息

--trace-children=<yes|no> [default: no]跟踪到子进程里去，默认请况不跟踪

--xml=<yes|no> [default: no]将信息以xml格式输出，只有memcheck可用

--gen-suppressions=<yes|no|all> [default: no]如果为yes，valgrind会在每发现一个错误便停下让用户做选择是继续还是退出

更多选项请参看： http://www.valgrind.org/docs/manual/manual-core.html可以把一些默认选项编辑在~/.valgrindrc文件里。

这里使用valgrind的memcheck和callgrind两个工具的用法，其实valgrind还有几个工具：“cachegrind”,用于检查缓存使用的；“helgrind”

用于检测多线程竞争资源的，等等。

与dmalloc相比，Valgrind使用范围更广，它不但能够检测出堆内存的泄露，对线程间使用共同资源所带来的内存泄露也能够察觉出来，

但是valgrind所产生的log信息往往比dmalloc多得多，有时候就是一千多行的log信息，让人看到就头痛。

3.memwatch查看linux内存泄露

1. 介绍

memwatch简单易用，能检测未被释放的内存，释放多次的内存，最新版本在http://www.linkdata.se/sourcecode.html可以获取

2. 使用

memwatch不需要安装，只要下载包解压即可，有用的文件只有memwatch.c＆memwatch.h，把这两个文件放入要检测的程序的文件夹中即可。

编译的命令为：gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test.c memwatch.c -o test

3. 实例

编写如下代码

1.  `#include <stdio.h>`
2.  `#include <stdlib.h>`
3.  `#include <errno.h>`
4.  `#include <memwatch.h>`
5.  `int main()`
6.  `{`
7.  `char *hello;`
8.   
9.  `setenv("MALLOC_TRACE", "output", 1);`
10.  
11. `mtrace();`
12.  
13. `if ((hello = (char *) malloc(sizeof(char))) == NULL)`
14. `{`
15. `perror("Cannot allocate memory.");`
16.  
17. `return -1;`
18. `}`
19.  
20. `return 0;`
21. `}`

编译： gcc -DMEMWATCH  -DMW\_STDIO test.c memwatch.c -o test

4. 运行结果，memwatch.log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

[http_blog.csdn.net_Dansley_archive_2009_06_26_4301975.aspx]: http://blog.csdn.net/Dansley/archive/2009/06/26/4301975.aspx
[http_dmalloc.com]: http://dmalloc.com/
[http_dmalloc.com_releases_dmalloc-5.5.2.tgz]: http://dmalloc.com/releases/dmalloc-5.5.2.tgz