Linux 内存泄露检测技巧

-bash: mtrace: command not found
原因：
系统缺少 glibc-utils
centos ： sudo yum install glibc-utils 即可

由于 C 和 C++ 程序中完全由程序员自主申请和释放内存，稍不注意，就会在系统中导入内存错误。同时，内存错误往往非常严重，一般会带来诸如系统崩溃，内存耗尽这样严重的后果。无论何时何地发生内存泄漏，都可能表现为应用程序完全无法接受，同时内存泄漏不是显而易见[1]。存在内存错误的 C 和 C++ 程序会导致各种问题。如果它们泄漏内存，则运行速度会逐渐变慢，并最终停止运行；如果覆盖内存，则会变得非常脆弱，很容易受到恶意用户的***。
什么是内存泄露
内存泄漏一般指的是堆内存的泄漏。堆内存是指程序从堆中分配的、大小任意的（内存块的大小可以在程序运行期决定）、使用完后必须显示的释放的内存。应用程序一般使用malloc、realloc、new 等函数从堆中分配到一块内存，使用完后，程序必须负责相应的调用 free 或 delete 释放该内存块。否则，这块内存就不能被再次使用，我们就说这块内存泄漏了。
如何发现内存泄漏
有些简单的内存泄漏问题可以从在代码的检查阶段确定。还有些泄漏比较严重的，即在很短的时间内导致程序或系统崩溃，或者系统报告没有足够内存，也比较容易发现。最困难的就是泄漏比较缓慢，需要观测几天、几周甚至几个月才能看到明显异常现象。那么如何在比较短的时间内检测出有没有潜在的内存泄漏问题呢？实际上不同的系统都带有内存监视工具，我们可以从监视工具收集一段时间内的堆栈内存信息，观测增长趋势，来确定是否有内存泄漏。在 Linux 平台可以用 ps 命令，来监视内存的使用，比如下面的命令 (观测指定进程的VSZ值)：

Linux 内存泄露检测工具(一)：mtrace
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：
#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;
}

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。

Linux 内存泄露检测工具(二)：memwatch
在三种检测工具当中，设置最简单的算是memwatch，和dmalloc一样，它能检测未释放的内存、同一段内存被释放多次、位址存取错误及不当使用未分配之内存区域。
如何下载：
下载地址1：http://www.hnlyyk.icoc.cc/col.jsp?id=103 点击打开链接 最新版本memwatch-2.71.tar.gz
下载地址2：http://www.linkdata.se/downloads/sourcecode/memwatch/memwatch-2.71.tar.gz
很幸运地，memwatch根本是不需要安装的，因为它只是一组C程序代码，只要在你程序中加入memwatch.h，编译时加上-DMEMWATCH -DMW_STDIO及memwatch.c就能使用memwatch，例如：
gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test.c memwatch.c -o test

memwatch输出結果
memwatch 的输出文件名称为memwatch.log，而且在程序执行期间，所有错误提示都会显示在stdout上，如果memwatch未能写入以上文件，它会尝试写入memwatchNN.log，而NN介于01至99之间，若它仍未能写入memwatchNN.log，则会放弃写入文件。

我们引用第一篇(mtrace)中所使用过的有问题的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <memwatch.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;
}

然后在shell中输入以下编译指令：
gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test.c memwatch.c -o test

memwatch.log的內容如下：
============= 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

文件指出，在test.c被执行到第9行时所分配的内存仍未被释放，该段内存的大小为1 byte。

Memwatch使用注意
Memwatch 的优点是无需特別配置，不需安装便能使用，但缺点是它会拖慢程序的运行速度，尤其是释放内存时它会作大量检查。但它比mtrace和dmalloc多了一项功能，就是能模拟系统内存不足的情況，使用者只需用mwLimit(long num_of_byte)函数来限制程式的heap memory大小(以byte单位)。
最详细的使用说明(包括优点缺点，运行原理等)已在README中列出，本人强烈建议各位读者参考该文件。