摘要：內存調測方法旨在輔助定位動態內存相關問題，提供了內存池信息統計、內存泄漏檢測和踩內存檢測三種調測手段。
本文分享自華為雲社區《鴻蒙輕內核-內存調測-內存信息統計》，作者：zhushy 。
內存調測方法旨在輔助定位動態內存相關問題，提供了基礎的動態內存池信息統計手段，向用戶呈現內存池水線、碎片率等信息；提供了內存泄漏檢測手段，方便用戶准確定位存在內存泄漏的代碼行，也可以輔助分析系統各個模塊內存的使用情況；提供了踩內存檢測手段，可以輔助定位越界踩內存的場景。
一、內存信息統計
內存信息包括內存池大小、內存使用量、剩余內存大小、最大空閑內存、內存水線、內存節點數統計、碎片率等。
- 內存水線：即內存池的最大使用量，每次申請和釋放時，都會更新水線值，實際業務可根據該值，優化內存池大小；
- 碎片率：衡量內存池的碎片化程度，碎片率高表現為內存池剩余內存很多，但是最大空閑內存塊很小，可以用公式（fragment=100-最大空閑內存塊大小/剩余內存大小）來度量；
- 其他參數：通過內存管理模塊的調用接口，掃描內存池的節點信息，統計出相關信息。
1、功能配置
LOSCFG_MEM_WATERLINE：開關宏，默認打開；若關閉這個功能，在target_config.h中將這個宏定義為0。如需獲取內存水線，需要打開該配置。
2、開發指導
關鍵結構體介紹：
typedef struct { UINT32 totalUsedSize; // 內存池的內存使用量 UINT32 totalFreeSize; // 內存池的剩余內存大小 UINT32 maxFreeNodeSize; // 內存池的最大空閑內存塊大小 UINT32 usedNodeNum; // 內存池的非空閑內存塊個數 UINT32 freeNodeNum; // 內存池的空閑內存塊個數 #if (LOSCFG_MEM_WATERLINE == 1) // 默認打開，如需關閉，在target_config.h中將該宏設置為0 UINT32 usageWaterLine; // 內存池的水線值 #endif } LOS_MEM_POOL_STATUS;
- 內存水線獲取
調用LOS_MemInfoGet接口，第1個參數是內存池首地址，第2個參數是LOS_MEM_POOL_STATUS類型的句柄，其中字段usageWaterLine即水線值。 - 內存碎片率計算
同樣調用LOS_MemInfoGet接口，可以獲取內存池的剩余內存大小和最大空閑內存塊大小，然后根據公式（fragment=100-最大空閑內存塊大小/剩余內存大小）得出此時的動態內存池碎片率。
3、編程實例
本實例實現如下功能：
- 1.創建一個監控線程，用於獲取內存池的信息；
- 2.調用LOS_MemInfoGet接口，獲取內存池的基礎信息；
- 3.利用公式算出使用率及碎片率。
代碼實現如下：
#include <stdio.h> #include <string.h> #include "los_task.h" #include "los_memory.h" #include "los_config.h" void MemInfoTaskFunc(void) { LOS_MEM_POOL_STATUS poolStatus = {0}; LOS_MemInfoGet(m_aucSysMem0, &poolStatus); /* 算出內存池當前的碎片率百分比 */ unsigned char fragment = 100 - poolStatus.maxFreeNodeSize * 100 / poolStatus.totalFreeSize; /* 算出內存池當前的使用率百分比 */ unsigned char usage = LOS_MemTotalUsedGet(m_aucSysMem0) * 100 / LOS_MemPoolSizeGet(m_aucSysMem0); printf("usage = %d, fragment = %d, maxFreeSize = %d, totalFreeSize = %d, waterLine = %d\n", usage, fragment, poolStatus.maxFreeNodeSize, poolStatus.totalFreeSize, poolStatus.usageWaterLine); } int MemTest(void) { unsigned int ret; unsigned int taskID; TSK_INIT_PARAM_S taskStatus = {0}; taskStatus.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)MemInfoTaskFunc; taskStatus.uwStackSize = 0x1000; taskStatus.pcName = "memInfo"; taskStatus.usTaskPrio = 10; ret = LOS_TaskCreate(&taskID, &taskStatus); if (ret != LOS_OK) { printf("task create failed\n"); return -1; } return 0; }
編譯運行輸出的結果如下：
usage = 22, fragment = 3, maxFreeSize = 49056, totalFreeSize = 50132, waterLine = 1414
二、內存泄漏檢測機制
內存泄漏檢測機制作為內核的可選功能，用於輔助定位動態內存泄漏問題。開啟該功能，動態內存機制會自動記錄申請內存時的函數調用關系（下文簡稱LR）。如果出現泄漏，就可以利用這些記錄的信息，找到內存申請的地方，方便進一步確認。
1、功能配置
- LOSCFG_MEM_LEAKCHECK：開關宏，默認關閉；若打開這個功能，在target_config.h中將這個宏定義為1。
- LOSCFG_MEM_RECORD_LR_CNT：記錄的LR層數，默認3層；每層LR消耗sizeof(void *)字節數的內存。
- LOSCFG_MEM_OMIT_LR_CNT：忽略的LR層數，默認4層，即從調用LOS_MemAlloc的函數開始記錄，可根據實際情況調整。為啥需要這個配置？有3點原因如下：
- LOS_MemAlloc接口內部也有函數調用；
- 外部可能對LOS_MemAlloc接口有封裝；
- LOSCFG_MEM_RECORD_LR_CNT 配置的LR層數有限；
正確配置這個宏，將無效的LR層數忽略，就可以記錄有效的LR層數，節省內存消耗。
2、開發指導
2.1開發流程
該調測功能可以分析關鍵的代碼邏輯中是否存在內存泄漏。開啟這個功能，每次申請內存時，會記錄LR信息。在需要檢測的代碼段前后，調用LOS_MemUsedNodeShow接口，每次都會打印指定內存池已使用的全部節點信息，對比前后兩次的節點信息，新增的節點信息就是疑似泄漏的內存節點。通過LR，可以找到具體申請的代碼位置，進一步確認是否泄漏。
調用LOS_MemUsedNodeShow接口輸出的節點信息格式如下：每1行為一個節點信息；第1列為節點地址，可以根據這個地址，使用GDB等手段查看節點完整信息；第2列為節點的大小，等於節點頭大小+數據域大小；第3~5列為函數調用關系LR地址，可以根據這個值，結合匯編文件，查看該節點具體申請的位置。
node size LR[0] LR[1] LR[2] 0x10017320: 0x528 0x9b004eba 0x9b004f60 0x9b005002 0x10017848: 0xe0 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0 0x10017928: 0x50 0x9b008ed0 0x9b068902 0x9b0687c4 0x10017978: 0x24 0x9b008ed0 0x9b068924 0x9b0687c4 0x1001799c: 0x30 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0 0x100179cc: 0x5c 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0
注意: 開啟內存檢測會影響內存申請的性能，且每個內存節點都會記錄LR地址，內存開銷也加大。
2.2 編程實例
本實例實現如下功能：構建內存泄漏代碼段。
- 調用LOS_MemUsedNodeShow接口，輸出全部節點信息打印；
- 申請內存，但沒有釋放，模擬內存泄漏；
- 再次調用LOS_MemUsedNodeShow接口，輸出全部節點信息打印；
- 將兩次log進行對比，得出泄漏的節點信息；
- 通過LR地址，找出泄漏的代碼位置；
2.3 示例代碼
代碼實現如下：
#include <stdio.h> #include <string.h> #include "los_memory.h" #include "los_config.h" void MemLeakTest(void) { LOS_MemUsedNodeShow(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); void *ptr1 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); void *ptr2 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); LOS_MemUsedNodeShow(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); }
2.4 結果驗證
編譯運行輸出log如下：
node size LR[0] LR[1] LR[2] 0x20001b04: 0x24 0x08001a10 0x080035ce 0x080028fc 0x20002058: 0x40 0x08002fe8 0x08003626 0x080028fc 0x200022ac: 0x40 0x08000e0c 0x08000e56 0x0800359e 0x20002594: 0x120 0x08000e0c 0x08000e56 0x08000c8a 0x20002aac: 0x56 0x08000e0c 0x08000e56 0x08004220 node size LR[0] LR[1] LR[2] 0x20001b04: 0x24 0x08001a10 0x080035ce 0x080028fc 0x20002058: 0x40 0x08002fe8 0x08003626 0x080028fc 0x200022ac: 0x40 0x08000e0c 0x08000e56 0x0800359e 0x20002594: 0x120 0x08000e0c 0x08000e56 0x08000c8a 0x20002aac: 0x56 0x08000e0c 0x08000e56 0x08004220 0x20003ac4: 0x1d 0x08001458 0x080014e0 0x080041e6 0x20003ae0: 0x1d 0x080041ee 0x08000cc2 0x00000000
對比兩次log，差異如下，這些內存節點就是疑似泄漏的內存塊：
0x20003ac4: 0x1d 0x08001458 0x080014e0 0x080041e6 0x20003ae0: 0x1d 0x080041ee 0x08000cc2 0x00000000
部分匯編文件如下:
MemLeakTest: 0x80041d4: 0xb510 PUSH {R4, LR} 0x80041d6: 0x4ca8 LDR.N R4, [PC, #0x2a0] ; g_memStart 0x80041d8: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041da: 0xf7fd 0xf93e BL LOS_MemUsedNodeShow ; 0x800145a 0x80041de: 0x2108 MOVS R1, #8 0x80041e0: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041e2: 0xf7fd 0xfbd9 BL LOS_MemAlloc ; 0x8001998 0x80041e6: 0x2108 MOVS R1, #8 0x80041e8: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041ea: 0xf7fd 0xfbd5 BL LOS_MemAlloc ; 0x8001998 0x80041ee: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041f0: 0xf7fd 0xf933 BL LOS_MemUsedNodeShow ; 0x800145a 0x80041f4: 0xbd10 POP {R4, PC} 0x80041f6: 0x0000 MOVS R0, R0
其中，通過查找0x080041ee，就可以發現該內存節點是在MemLeakTest接口里申請的且是沒有釋放的。
三、踩內存檢測機制
踩內存檢測機制作為內核的可選功能，用於檢測動態內存池的完整性。通過該機制，可以及時發現內存池是否發生了踩內存問題，並給出錯誤信息，便於及時發現系統問題，提高問題解決效率，降低問題定位成本。
1、功能配置
LOSCFG_BASE_MEM_NODE_INTEGRITY_CHECK：開關宏，默認關閉；若打開這個功能，在target_config.h中將這個宏定義為1。
- 開啟這個功能，每次申請內存，會實時檢測內存池的完整性。
- 如果不開啟該功能，也可以調用LOS_MemIntegrityCheck接口檢測，但是每次申請內存時，不會實時檢測內存完整性，而且由於節點頭沒有魔鬼數字（開啟時才有，省內存），檢測的准確性也會相應降低，但對於系統的性能沒有影響，故根據實際情況開關該功能。
由於該功能只會檢測出哪個內存節點被破壞了，並給出前節點信息（因為內存分布是連續的，當前節點最有可能被前節點破壞）。如果要進一步確認前節點在哪里申請的，需開啟內存泄漏檢測功能，通過LR記錄，輔助定位。
注意：
開啟該功能，節點頭多了魔鬼數字字段，會增大節點頭大小。由於實時檢測完整性，故性能影響較大；若性能敏感的場景，可以不開啟該功能，使用LOS_MemIntegrityCheck接口檢測。
2、開發指導
2.1 開發流程
通過調用LOS_MemIntegrityCheck接口檢測內存池是否發生了踩內存，如果沒有踩內存問題，那么接口返回0且沒有log輸出；如果存在踩內存問題，那么會輸出相關log，詳見下文編程實例的結果輸出。
2.2 編程實例
本實例實現如下功能：
- 申請兩個物理上連續的內存塊；
- 通過memset構造越界訪問，踩到下個節點的頭4個字節；
- 調用LOS_MemIntegrityCheck檢測是否發生踩內存。
2.3 示例代碼
代碼實現如下：
#include <stdio.h> #include <string.h> #include "los_memory.h" #include "los_config.h" void MemIntegrityTest(void) { /* 申請兩個物理連續的內存塊 */ void *ptr1 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); void *ptr2 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); /* 第一個節點內存塊大小是8字節，那么12字節的清零，會踩到第二個內存節點的節點頭，構造踩內存場景 */ memset(ptr1, 0, 8 + 4); LOS_MemIntegrityCheck(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); }
2.4 結果驗證
編譯運行輸出log如下：
[ERR][OsMemMagicCheckPrint], 2028, memory check error! memory used but magic num wrong, magic num = 0x00000000 /* 提示信息，檢測到哪個字段被破壞了，用例構造了將下個節點的頭4個字節清零，即魔鬼數字字段 */ broken node head: 0x20003af0 0x00000000 0x80000020, prev node head: 0x20002ad4 0xabcddcba 0x80000020 /* 被破壞節點和其前節點關鍵字段信息，分別為其前節點地址、節點的魔鬼數字、節點的sizeAndFlag；可以看出被破壞節點的魔鬼數字字段被清零，符合用例場景 */ broken node head LR info: /* 節點的LR信息需要開啟內存檢測功能才有有效輸出 */ LR[0]:0x0800414e LR[1]:0x08000cc2 LR[2]:0x00000000 pre node head LR info: /* 通過LR信息，可以在匯編文件中查找前節點是哪里申請，然后排查其使用的准確性 */ LR[0]:0x08004144 LR[1]:0x08000cc2 LR[2]:0x00000000 [ERR]Memory interity check error, cur node: 0x20003b10, pre node: 0x20003af0 /* 被破壞節點和其前節點的地址 */