1. 內存使用情況分析
http://www.360doc.com/content/15/1118/13/17283_514054063.shtml
https://www.linuxidc.com/Linux/2016-04/130069.htm
1.1 系統總內存分析
通過cat /proc/meminfo，可用的物理內存=MemFree+Buffers+Cached。
| MemTotal: 5933132 kB |
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches，會清理系統的cache。
Writing to this will cause the kernel to drop clean caches, dentries and inodes from memory, causing that memory to become free.
1-to free pagecache， 2-to free dentries and inodes， 3-to free pagecache, dentries and inodes。
1.2 進程內存分析
cat /proc/{pid}/maps
2.1 內存泄露類型
1. 常發性內存泄漏
發生內存泄漏的代碼會被多次執行到，每次被執行的時候都會導致一塊內存泄漏
2. 偶發性內存泄漏
發生內存泄漏的代碼只有在某些特定環境或操作過程下才會發生。常發性和偶發性是相對的。對於特定的環境，偶發性的也許就變成了常發性的。所以測試環境和測試方法對檢測內存泄漏至關重要
3. 一次性內存泄漏
發生內存泄漏的代碼只會被執行一次，或者由於算法上的缺陷，導致總會有一塊且僅有一塊內存發生泄漏
4. 隱式內存泄漏
程序在運行過程中不停的分配內存，但是直到結束的時候才釋放內存。嚴格的說這里並沒有發生內存泄漏，因為最終程序釋放了所有申請的內存。但是對於一個服務器程序，需要運行幾天，幾周甚至幾個月，不及時釋放內存也可能導致最終耗盡系統的所有內存。所以，我們稱這類內存泄漏為隱式內存泄漏
2.2 常用內存泄露檢測工具
C/C++
1. Valgrind: Debugging and profiling Linux programs, aiming at programs written in C and C++
2. ccmalloc: Linux和Solaris下對C和C++程序的簡單的使用內存泄漏和malloc調試庫
3. LeakTracer: Linux、Solaris和HP-UX下跟蹤和分析C++程序中的內存泄漏
4. Electric Fence: Linux分發版中由Bruce Perens編寫的malloc()調試庫
5. Leaky: Linux下檢測內存泄漏的程序
6. Dmalloc: Debug Malloc Library
7. MEMWATCH: 由Johan Lindh編寫，是一個開放源代碼C語言內存錯誤檢測工具，主要是通過gcc的precessor來進行
8. KCachegrind: A visualization tool for the profiling data generated by Cachegrind and Calltree
2.3 內存檢測原理
3.1 Linux內核內存泄漏檢測kmemleak
kmemlean提供了一種檢測內核內存泄露的方法，當內存對象沒有被釋放是，將其記錄在/sys/kernel/debug/kmemleak中。
3.1.1 使能kmemleak
CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK=y CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_EARLY_LOG_SIZE=400 # CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_TEST is not set CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF=n----------默認打開
如果沒有打開KMEMLEAK_FULL，則使用了精簡版。完整版比較耗內存，精簡版適合嵌入式調試。
3.1.2 配置獲取kmemleak結果
參數配置：
off 禁用kmemleak（不可逆） stack=on 啟用任務堆棧掃描(default) stack=off 禁用任務堆棧掃描 scan=on 啟動自動記憶掃描線程(default) scan=off 停止自動記憶掃描線程 scan=<secs> 設置n秒內自動記憶掃描 scan 開啟內核掃描 clear 清除內存泄露報告 dump=<addr> 轉存信息對象在<addr> 通過“kmemleak = OFF”，也可以在啟動時禁用Kmemleak在內核命令行。在初始化kmemleak之前，內存的分配或釋放這些動作被存儲在一個前期日志緩沖區。這個緩沖區的大小通過配CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_EARLY_LOG_SIZE設置。
cat /sys/kernel/debug/kmemleak > kmemleak.txt
3.1.3 分析kmemleak泄漏情況
參考文檔：
《Linux Kernel Memory Leak Detection》
3.2 valgrind
Linux C/C++ Memory Leak Detection Tool
Linux 下幾款程序內存泄漏檢查工具
查看程序內存空間兩種方法
一、查看/proc/{pid}/maps文件
二、pmap命令，原理上是一樣的
[root@info ~]# pmap 1013
什么是內存泄漏
內存泄漏是指程序動態申請的內存在使用完后沒有釋放，導致這段內存不能被操作系統回收再利用。
例如這段程序，申請了4個字節的空間但沒有釋放，有4個字節的內存泄漏。
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int *p = new int(1);
cout <<*p<<endl;
return 0
}
隨着時間的推移，泄漏的內存越來越多，可用的內存越來越少，輕則性能受損，重則系統崩潰。
一般情況下，發生內存泄漏時，重啟就可以回收泄漏的內存。但是對於linux，通常跑的是服務器程序，不可以隨意重啟，在內存泄漏問題上就要格外小心。
內存泄漏特點
難復現 — 要運行到足夠長的時間才會暴露。
難定位 — 出錯位置是隨機的，看不出與內存泄漏的代碼有什么聯系。
最簡單的方法
為了避免寫出內存泄漏的程序，通常會有這樣的編程規范，要求我們在寫程序時申請和釋放成對出現的。因為每一次申請都意味着必須有一次釋放與它相對應。
基於這個特點，一種簡單的方法就是在代碼中統計申請和釋放的次數，如果申請和釋放的數量不同，就認為是內存泄漏了。
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int malloc_count, free_count;
void * my_malloc(int size)
{
malloc_count++;
return malloc(size);
}
void my_free(void *p)
{
free_count++;
free(p);
}
int main()
{
count = 0;
int *p1 = (int *)my_malloc(sizeif(int))
int *p2 = (int *)my_malloc(sizeif(int))
printf("%d, %d", p1, p2);
my_free(p1);
if(malloc_count != free_count)
printf("memory leak!\n");
return 0
}
方法分析
優點：
直觀，容易理解，容易實現
缺點：
1.該方法要求運行結束時對運行中產生的打印分析才能知道結果。
2.該方法要求封裝所有申請和釋放空間的函數，並在調用的地方修改成調用封裝后的函數。雖然C中申請/釋放內存接口並不多，但是對於一個大型的項目，調用這些接口的地方卻是很多的，要全部替換是一個比較大的工作量。
3.只對C語言適用，不能應用於C++
4.對於所調用的庫不適用。如果希望應用於庫，則要修改庫代碼
5.只能檢測是否泄漏，卻沒有具體信息，比如泄漏了多少空間
6.不能說明是哪一行代碼引起了泄漏
Linux檢測程序內存泄漏
1.安裝valgrind：
這是一款開源的程序內存檢測工具，mtrace為內存分配函數（malloc, realloc, memalign,free）安裝hook函數。這些hook函數記錄內存的申請和釋放的trace信息。
Valgrind詳解：
Valgrind包括以下一些工具：
1.Memcheck:這是valgrind應用最廣泛的工具，一個重量級的內存檢查器，能夠給發現開發中絕大多數的內存錯誤使用的情況，比如：使用未初始化
2.callgrind：它主要用來檢查程序中函數中調用過程中出現的問題
3.cachegrind：它主要用來檢查程序中緩存使用出現的問題
4.Helgrind：它主要用來檢查多線程中出現的競爭問題
5.Massif:它主要用來檢查程序中堆棧使用中出現的問題
6.Extension:可以使用core提供的 功能，自己編寫特定的內存調試工具
2.mtrace命令
man 3 mtrace 可以在man 手冊中查看該函數
mtrace 也有對應的命令，其使用方式為：
一．將環境變量MALLOC_TRACE設置為所需輸出文件的路徑名
二．在需要檢測的源代碼中引入mcheck.h頭文件
1．在分配內存之前調用mtrace(); ，一般在main函數的開頭調用
2．在結束檢測的地方調用muntrace(); ，一般在return之前調用
3．編譯程序時需要加上-g 選項
#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <mcheck.h>
int main()
{
mtrace();
int *p = NULL;
p =(int *)malloc(sizeof(int) * 1);
//free(p);//未free，內存泄漏
muntrace();
return 0;
}
4.內存泄漏信息將在MALLOC_TRACE環境變量指定的文件中報告，需要使用mtrace命令將信息轉換。
Valgrind的最新版是3.11.0，它一般包含下列工具：
1.Memcheck
最常用的工具，用來檢測程序中出現的內存問題，所有對內存的讀寫都會被檢測到，一切對malloc()/free()/new/delete的調用都會被捕獲。所以，它能檢測以下問題：
對未初始化內存的使用；
讀/寫釋放后的內存塊；
讀/寫超出malloc分配的內存塊；
讀/寫不適當的棧中內存塊；
內存泄漏，指向一塊內存的指針永遠丟失；
不正確的malloc/free或new/delete匹配；
memcpy()相關函數中的dst和src指針重疊。
2.Callgrind
和gprof類似的分析工具，但它對程序的運行觀察更是入微，能給我們提供更多的信息。和gprof不同，它不需要在編譯源代碼時附加特殊選項，但加上調試選項是推薦的。Callgrind收集程序運行時的一些數據，建立函數調用關系圖，還可以有選擇地進行cache模擬。在運行結束時，它會把分析數據寫入一個文件。callgrind_annotate可以把這個文件的內容轉化成可讀的形式。
3.Cachegrind
Cache分析器，它模擬CPU中的一級緩存I1，Dl和二級緩存，能夠精確地指出程序中cache的丟失和命中。如果需要，它還能夠為我們提供cache丟失次數，內存引用次數，以及每行代碼，每個函數，每個模塊，整個程序產生的指令數。這對優化程序有很大的幫助。
4.Helgrind
它主要用來檢查多線程程序中出現的競爭問題。Helgrind尋找內存中被多個線程訪問，而又沒有一貫加鎖的區域，這些區域往往是線程之間失去同步的地方，而且會導致難以發掘的錯誤。Helgrind實現了名為“Eraser”的競爭檢測算法，並做了進一步改進，減少了報告錯誤的次數。不過，Helgrind仍然處於實驗階段。
5.Massif
堆棧分析器，它能測量程序在堆棧中使用了多少內存，告訴我們堆塊，堆管理塊和棧的大小。Massif能幫助我們減少內存的使用，在帶有虛擬內存的現代系統中，它還能夠加速我們程序的運行，減少程序停留在交換區中的幾率。
此外，lackey和nulgrind也會提供。Lackey是小型工具，很少用到；Nulgrind只是為開發者展示如何創建一個工具。
1.3 原理
Memcheck 能夠檢測出內存問題，關鍵在於其建立了兩個全局表。Valid-Value 表
對於進程的整個地址空間中的每一個字節(byte)，都有與之對應的 8 個 bits；對於CPU的每個寄存器，也有一個與之對應的bit向量。這些bits負責記錄該字節或者寄存器值是否具有有效的、已初始化的值。
Valid-Address 表
對於進程整個地址空間中的每一個字節(byte)，還有與之對應的1個bit，負責記錄該地址是否能夠被讀寫。
檢測原理：
當要讀寫內存中某個字節時，首先檢查這個字節對應的 A bit。如果該A bit顯示該位置是無效位置，memcheck則報告讀寫錯誤。
內核（core）類似於一個虛擬的 CPU 環境，這樣當內存中的某個字節被加載到真實的 CPU 中時，該字節對應的 V bit 也被加載到虛擬的 CPU 環境中。一旦寄存器中的值，被用來產生內存地址，或者該值能夠影響程序輸出，則 memcheck 會檢查對應的V bits，如果該值尚未初始化，則會報告使用未初始化內存錯誤。
2 安裝使用
2.1安裝
從官網http://www.valgrind.org下載最新版本（當前3.11）
#tar xvf valgrind-3.11.1.tar.bz2
#cd valgrind-3.11.1
#./configure --prefix=/usr/local/valgrind--指定安裝目錄
#make
#make install
2.2 命令介紹
用法:valgrind[options] prog-and-args [options]: 常用選項，適用於所有Valgrind工具
- -tool=<name> 最常用的選項。運行 valgrind中名為toolname的工具。默認memcheck。
- h –help 顯示幫助信息。
- -version 顯示valgrind內核的版本，每個工具都有各自的版本。
- q –quiet 安靜地運行，只打印錯誤信息。
- v –verbose 更詳細的信息, 增加錯誤數統計。
- -trace-children=no|yes 跟蹤子線程? [no]
- -track-fds=no|yes 跟蹤打開的文件描述？[no]
- -time-stamp=no|yes 增加時間戳到LOG信息? [no]
- -log-fd=<number> 輸出LOG到描述符文件 [2=stderr]
- -log-file=<file> 將輸出的信息寫入到filename.PID的文件里，PID是運行程序的進行ID
- -log-file-exactly=<file> 輸出LOG信息到 file
- -log-file-qualifier=<VAR> 取得環境變量的值來做為輸出信息的文件名。 [none]
- -log-socket=ipaddr:port 輸出LOG到socket ，ipaddr:port
LOG信息輸出:
- -xml=yes 將信息以xml格式輸出，只有memcheck可用
- -num-callers=<number> show <number> callers in stack traces [12]
- -error-limit=no|yes 如果太多錯誤，則停止顯示新錯誤? [yes]
- -error-exitcode=<number> 如果發現錯誤則返回錯誤代碼 [0=disable]
- -db-attach=no|yes 當出現錯誤，valgrind會自動啟動調試器gdb。[no]
- -db-command=<command> 啟動調試器的命令行選項[gdb -nw %f %p]
適用於Memcheck工具的相關選項：
- -leak-check=no|summary|full 要求對leak給出詳細信息? [summary]
- -leak-resolution=low|med|high how much bt merging in leak check [low]
- -show-reachable=no|yes show reachable blocks in leak check? [no]