內存泄露簡介
什么是內存泄漏
內存泄漏（Memory Leak）是指程序中已動態分配的堆內存由於某種原因，程序未釋放或無法釋放，造成系統內存的浪費，導致程序運行速度減慢甚至系統崩潰等嚴重后果。
內存泄漏缺陷具有隱蔽性、積累性的特征，比其他內存非法訪問錯誤更難檢測。因為內存泄漏的產生原因是內存塊未被釋放，屬於遺漏型缺陷而不是過錯型缺陷。此外，內存泄漏通常不會直接產生可觀察的錯誤症狀，而是逐漸積累，降低系統整體性能，極端的情況下可能使系統崩潰。
內存泄露產生的方式
以產生的方式來分類，內存泄漏可以分為四類：
- 常發性會內存泄漏：發生內存泄漏的代碼會被多次執行到，每次被執行時都導致一塊內存泄漏。
- 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。
- 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。
- 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。從用戶使用程序的角度來看，內存泄漏本身不會產生什么危害，作為一般的用戶，根本感覺不到內存泄漏的存在。真正有危害的是內存泄漏的堆積，這會最終耗盡系統所有的內存。從這個角度來說，一次性內存泄漏並沒有什么危害，因為它不會堆積，而隱式內存泄漏危害性則非常大，因為較之於常發性和偶發性內存泄漏它更難被檢測到。
Valgrind
簡介
Valgrind具是一個用於調試和分析Linux程序的GPL系統。使用Valgrind的工套件，您可以自動檢測許多內存管理和線程錯誤，使程序更穩定。還可以執行詳細的分析以幫助加速程序的執行。
Valgrind是Julian Seward的作品。Valgrind是運行在Linux上一套基於仿真技術的程序調試和分析工具，它包含一個內核，一個軟件合成的CPU，和一系列的小工具。如下圖所示：
安裝
CentOS安裝：
# sudo yum install valgrind -y
Ubuntu 安裝：
# sudo apt install valgrind -y
示例程序
給出一個簡單示例malloc.c 。
#include<stdio.h> #include<stdlib.h> void fun() { int *x = malloc(10 * sizeof(int)); x[10] = 0; } int main() { int i = 99; fun(); printf("i = %d\n"，i); return 0; }
以上代碼存在兩個問題：
- 沒有free掉申請的資源；
- fun函數里面越界了，x[10]是非法的。
Memcheck
是最常用的小工具，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和free的調用都會被捕獲，它能檢測下列問題：
- 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/寫不適當的棧中的內存塊；
- 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；
我們使用Memcheck小工具來檢測存在的問題。
編譯：gcc -Wall -o malloc malloc.c
檢測：valgrind ./malloc
--show-reachable=<yes|no> [default: no]
--leak-check=full 查看更為詳細信息
其中，34496是程序運行時的進程號。
Invalid write of size 4：表示非法寫入（越界），下面是告訴我們錯誤發生的位置，在main中調用的fun函數。
HEAP SUMMARY：說明了堆的情況，可以看到申請了40個字節，后面說有1個申請，0個被free。
LEAK SUMMARY：也是說的堆的泄漏情況，明顯丟失的有40個字節。
如果main中的i未初始化，這里還會有一些其他的錯誤。
# gcc -Wall -o malloc malloc.c malloc.c: In function ‘main’: malloc.c:22:16: warning: ‘i’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized] # 未初始化變量 printf("i = %d\n"，i); ^ [root@localhost memcheck]# valgrind ./malloc ==34555== Memcheck，a memory error detector ==34555== Copyright (C) 2002-2017，and GNU GPL'd，by Julian Seward et al. ==34555== Using Valgrind-3.13.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==34555== Command: ./malloc ==34555== ==34555== Invalid write of size 4 ==34555== at 0x40057B: fun (in /root/memcheck/malloc) ==34555== by 0x400594: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== Address 0x5203068 is 0 bytes after a block of size 40 alloc'd ==34555== at 0x4C29BC3: malloc (vg_replace_malloc.c:299) ==34555== by 0x40056E: fun (in /root/memcheck/malloc) ==34555== by 0x400594: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== ==34555== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s) ==34555== at 0x4E80B9E: vfprintf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E893E8: printf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4005A8: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== ==34555== Use of uninitialised value of size 8 ==34555== at 0x4E7E26B: _itoa_word (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E824F0: vfprintf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E893E8: printf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4005A8: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== ==34555== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s) ==34555== at 0x4E7E275: _itoa_word (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E824F0: vfprintf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E893E8: printf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4005A8: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== ==34555== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s) ==34555== at 0x4E8253F: vfprintf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E893E8: printf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4005A8: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== ==34555== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s) ==34555== at 0x4E80C6B: vfprintf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E893E8: printf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4005A8: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== ==34555== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s) ==34555== at 0x4E80CEE: vfprintf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4E893E8: printf (in /usr/lib64/libc-2.17.so) ==34555== by 0x4005A8: main (in /root/memcheck/malloc) ==34555== i = 0 ==34555== ==34555== HEAP SUMMARY: ==34555== in use at exit: 40 bytes in 1 blocks ==34555== total heap usage: 1 allocs，0 frees，40 bytes allocated ==34555== ==34555== LEAK SUMMARY: ==34555== definitely lost: 40 bytes in 1 blocks ==34555== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks ==34555== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks ==34555== still reachable: 0 bytes in 0 blocks ==34555== suppressed: 0 bytes in 0 blocks ==34555== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory ==34555== ==34555== For counts of detected and suppressed errors，rerun with: -v ==34555== Use --track-origins=yes to see where uninitialised values come from ==34555== ERROR SUMMARY: 7 errors from 7 contexts (suppressed: 0 from 0)
Callgrind
和gprof 類似的分析工具，但它對程序的運行觀察更細致入微，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添加附加特殊選項，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，還可以有選擇的進行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。
Callgrind可以幫助我們對程序的運行進行觀察。
# valgrind --tool=callgrind ./malloc
可以看到生成了一個文件callgrind.out.34755，同樣34755為程序運行時的進程號。當callgrind運行你的程序時，還可以使用callgrind_control來觀察程序的執行，而且不會干擾它的運行。
顯示程序的詳細信息：
# callgrind_annotate callgrind.out.34755
Cachegrind
Cache分析器，它模擬CPU中的一級緩存I1，DI和二級緩存，能夠精確的指出程序中cache的丟失和命中。如果需要，它還能為我們提供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。
# valgrind --tool=cachegrind ./mallo
Helgrind
用來檢測多線程程序中出現的競爭問題。Helgrind尋找內存中內對個線程訪問，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情況，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Helgrinf仍然處於實驗階段。
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，在代用虛擬內存的現代系統中，它還能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。
參考
Linux下幾款C++程序中的內存泄露檢查工具
https://blog.csdn.net/gatieme/article/details/51959654
Linux下檢測內存泄露的工具 valgrind
https://cloud.tencent.com/developer/article/1075945
Valgrind調試
http://www.voidcn.com/article/p-xyrqgaum-yq.html