linux下內存檢測工具的使用和對比

linux背后隱藏着各種豐富的工具，學會這些工具，讓這些工具更好地服務於我們的項目開發，不僅可以提高工作的效率，而且可以增強個人技術力。

參考：http://blog.chinaunix.net/uid-16135252-id-2752984.html

內存檢測工具有以下的幾種：

mtrace、memwatch、splint、valgrind

對比：

   mtrace： 無需安裝，使用時包含頭文件mcheck.h，程序中調用mtrace和muntrace方法即可

   memwatch： 在需要檢測的.c文件里面包含memwatch.h文件，編譯的時候加上幾個參數即可

   splint：需要下載源碼並安裝程序，通過標志和注釋來獲取想要的錯誤信息

   valgrind：提供不同的工具來實現不同功能的檢測，需要編譯源碼

各工具的使用

一、mtrace工具

mtrace是三款工具之中是最簡單易用的，mtrace是一個C函數，在<mcheck.h>里聲明及定義，函數原型為：

    void mtrace(void);

其實mtrace是類似malloc_hook的malloc handler，只不過mtrace的handler function已由系統為你寫好，但既然如此，系統又怎么知道你想將malloc/free的記錄寫在哪里呢？為此，調用mtrace()前要先設置MALLOC_TRACE環境變量：

    #include <stdlib.h>     ....    

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

  還可以通過export MALLOC_TRACE = output_file_name進行環境變量的設置

「output_file_name」就是儲存檢測結果的文件的名稱。

但是檢測結果的格式是一般人無法理解的，而只要有安裝mtrace的話，就會有一名為mtrace的Perl script，在shell輸入以下指令：

    mtrace [binary] output_file_name

就會將output_file_name的內容轉化成能被理解的語句，例如「No memory leaks」，「0x12345678 Free 10 was never alloc」諸如此類。

例如以下有一函數：(暫且放下single entry single exit的原則)

   #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;    

    }

執行后，再用mtrace 將結果輸出：

    …………………………………………

  ………………………………………………
    Memory not freed:     -----------------        Address     Size     Caller     0x08049a90      0x1  at 0x80483fe

最后一行標明有一個大小為1 byte的內存尚未釋放，應該就是指hello

    若我們把該段內存釋放：

    #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;        

       }

 
            free(hello);        

            return 0;    

  }

結果如下：

         ……………………

         ……………………

         No memory leaks.

mtrace的原理是記錄每一對malloc-free的執行，若每一個malloc都有相應的free，則代表沒有內存泄露，對於任何非malloc/free情況下所發生的內存泄露問題，mtrace並不能找出來。

二、memwatch工具

在三種檢測工具當中，設置最簡單的算是memwatch，和dmalloc一樣，它能檢測未釋放的內存、同一段內存被釋放多次、位址存取錯誤及不當使用未分配之內存區域，溢出和下溢等錯誤。請在http://www.linkdata.se/sourcecode.html下載最新版本的Memwatch。  

步驟：

1. 確保被測工程中有memwatch.c和memwatch.h文件，

2. 源碼中每個.c文件中都include頭文件memwatch.h，

3. 編譯代碼，gcc后添加-DMEMWATCH 和 -DMW_STDIO（或者-DMEMWATCH_STDIO），還有memwatch.c文件，例如：

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

4. 運行生成的可執行文件，程序運行結束后，生成的log文件名為memwatch.log，而且在程序執行期間，所有錯誤提示都會顯示在stdout上

                  如果未生成上述文件，則會寫入memwatNN.log文件，NN為01~99，如果還未成功，則放棄寫log文件。

    注:memwatch會使系統速度減慢

 

    三、splint的使用

         1.splint是靜態代碼檢測工具，可以檢查包括：

                1）Null Dereferences：針對空指針

                2）Undefined Values：未初始化數據

                3）Types：轉化類型不一致

                4）Memory Management：內存管理檢測，如內存泄露

                5）sharing：共享存儲空間安全性檢測

                6）Function Interfaces：函數接口檢測（參數傳遞等）

                7）Control Flow：函數執行分支檢測

                8）Buffer Sizes：緩沖區邊界檢查

                9）Completeness：完整性檢查，包括未使用變量、函數等

                10）Macros（宏隱患檢測等）

 

          2.源碼包安裝：

             #tar zxvf splint-3.1.2.src.tgz

             #cd splint-3.1.2

             #mkdir /usr/local/splint

             #./configure --prefix=/usr/local/splint

             #make

              #make install

              #vi ~/.bashrc    (或者 sudo gedit ~/.bashrc) ~目錄是/root

              向其中添加以下內容：

                  export LARCH_PATH=/usr/local/splint/share/splint/lib

                  export LCLIMPORTDIR=/usr/local/splint/share/splint/import

 

              #source ~/.bashrc

              #export PATH=/usr/local/splint/bin/splint:$PATH

           到此，splint源碼安裝完成。

    3.splint提供了三種方式進行檢查的控制，分別是flags標志、 .splintrc配置文件和格式化注釋。

      flags: splint支持幾百個標志用來控制檢查和消息報告，使用時標志前加‘+’或‘-’，‘+’標志開啟這個標志，‘-’表示關閉此標志。下面例子展示了flags標志的用法：

      splint -showcol a.c //在檢測a.c時，告警消息中列數不被打印

      splint -varuse a.c //在檢測a.c時，告警消息中未使用變量告警不被打印

      .splintrc配置文件: .splintrc文件中對一些flags做了默認的設定，命令行中指定的flags會覆蓋.splintrc文件中的標志。

    格式化注釋：格式化注釋提供一個類型、變量或函數的額外的信息，可以控制標志設置，增加檢查效果。所有格式化注釋都以/*@開始，@*/結束，比如在函數參數前加/*@null@*/，表示該參數可能是NULL，做檢測時，splint會加強對該參數的值的檢測。

 

 

四. valgrind使用:

 

步驟:

1：tar -xf valgrind-3.9.0.tar.bz2

2：./configure

3：make

4：make install（如果失敗，改用root權限）

5：valgrind ls -l（檢查是否正常工作，如果出錯，按照提示安裝相應文件）

 

下面的工具是valgrind安裝時的標准配置：

Memcheck：用於檢測內存錯誤。它幫助c和c++的程序更正確。

Cachegrind：用於分析cache和分支預測。它幫助程序執行得更快。

Callgrind：用於函數調用的分析。

Helgrind：用於分析多線程。

DRD：也用於分析多線程。與Helgrind類似，但是用不同的分析技術，所以可以檢測不同的問題。

Massif：用於分析堆。它幫助程序精簡內存的使用。

SGcheck：檢測棧和全局數組溢出的實驗性工具，它和Memcheck互補使用。

 

--leak-check=yes打開內存泄露檢測細節

--tool=helgrind使用Helgrind工具檢測線程錯誤

 

假設hello是可執行程序：可能的使用方法如下

valgrind --leak-check=yes ./hello

或者valgrind ./hello

終端上顯示檢測信息。