概述

? ? 內存泄露(memory leak)指由于疏忽或錯誤造成程序未能釋放已經不再使用的內存的情況，在大型的、復雜的應用程序中，這時就出現(xiàn)了內存泄露。盡管優(yōu)秀的編程實踐可以確保最少的泄露，但是根據(jù)經驗，當使用大量的函數(shù)對相同的內存塊進行處理時，很可能會出現(xiàn)內存泄露。

? ??內存泄露可以分為以下幾類：
　　1． 常發(fā)性內存泄漏。發(fā)生內存泄露的代碼會被多次執(zhí)行到，每次被執(zhí)行的時候都會導致一塊內存泄露。

? ? ? ?2. 偶發(fā)性內存泄露。發(fā)生內存泄漏的代碼只有在某些特定環(huán)境或操作過程下才會發(fā)生。常發(fā)性和偶發(fā)性是相對的。對于特定的環(huán)境，偶發(fā)性的也許就變成了常發(fā)性的。所以測試環(huán)境和測試方法對檢測內存泄露至關重要。

? ? ? ?3.一次性內存泄露。發(fā)生內存泄露的代碼只會被執(zhí)行一次，或者由于算法上的缺陷，導致總會有一塊且僅一塊內存發(fā)生泄露。比如，在一個Singleton類的構造函數(shù)中分配內存，在析構函數(shù)中卻沒有釋放該內存。而Singleton類只存在一個實例，所以內存泄露只會發(fā)生一次。

? ? ? ?4.隱式內存泄露。程序在運行過程中不停地分配內存，但是知道結束的時候才釋放內存。嚴格的說這里并沒有發(fā)生內存泄露，因為最終程序釋放了所有申請的內存，但是對于一個服務器程序，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耗盡系統(tǒng)的所有內存。所以，我們稱這類內存泄露為隱式內存泄漏。

內存泄漏檢測工具

? ??現(xiàn)在有很多方法來檢測內存泄露，以下列舉了linux常用的內存泄露檢測工具。

? ??1、mtrace

? ? ?應用環(huán)境: Linux GLIBC

? ? ?編程語言: C

? ? ?使用方法: 包含頭文件mcheck.h,定義環(huán)境變量MALLOC_TRACE為輸出文件名，程序開始時調用mtrace()即可。

? ? ?結果輸出:用戶指定的文件

? ? ?設計思路:為malloc，realloc，free函數(shù)添加鉤子函數(shù)，記錄每一對malloc-free的執(zhí)行

? ? ?優(yōu)缺點:只能檢查使用malloc/realloc/free造成的內存泄露

? ? ?如何獲取:GLIBC自帶，可直接使用

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? ? ?2、memwatch

　　應用環(huán)境：Linux

　　編程語言：C

? ? ? ? 使用方法: 加入memwatch.h,編譯時加上-DMEMWATCH -DMW_STDIO及memwatch.c

? ? ? ?結果輸出:輸出文件名稱為memwatch.log,在程序執(zhí)行期間，錯誤提示都會顯示在stdout上

? ? ? ?設計思路:將malloc/realloc/calloc/strdup/free等重定義為mwMalloc(sz, __FILE__, __LINE__)等，內部維護一個操作鏈表

? ? ? ? 優(yōu)缺點:能檢測雙重釋放(double-free)、錯誤釋放(erroneous free)、內存泄露(unfreed memory)、溢出(Overflow)、下溢(underflow)等等

? ? ? ?如何獲取:http://memwatch.sourceforge.net/

? ? ??3、valgrind

? ? ? ?應用環(huán)境：Linux

　　編程語言：C/C++

? ? ? ?使用方法:編譯時加上-g選項，如gcc -g filename.c -o filename,使用如下檢測內存使用情況:

? ? ? ?結果輸出: #valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes --show-reachable=yes ./filename,就會看到內存使用報告

? ? ? ?設計思路:根據(jù)軟件的內存操作維護一個有效地址空間表和無效地址空間表(進程的地址空間)

? ? ? ?優(yōu)缺點:能夠檢測:

• ?使用未初始化的內存(Use of uninitialised memory)
• 使用已經釋放了的內存(Reading/writing memory after it has been free'd)
• 使用超過malloc分配的內存空間(Reading/Writing off the end of malloc'd blocks)
• 對堆棧的非法訪問(Reading/writing inappropriate areas on the stack)
• 申請的空間是否有釋放(Memory leaks -- where pointers to malloc'd blocks are lost forever)
• malloc/free/new/delete申請和釋放內存的匹配(Mismatched use of malloc/new/new[] vs free/delete/delete[])
• src和dst的重疊(Overlapping src and dst pointers in memcpy() and related functions)
• 重復free

如何獲取:?http://valgrind.org/

? ??4、debug_new

? ? ? ?應用環(huán)境：Linux/Windows

　　編程語言：C++

　　使用方法： 包含頭文件debug_new.h,鏈接debug_new.cpp

? ? ? ?結果輸出: 控制臺console

? ? ? ?設計思路:通過重載new和delete操作符來捕獲內存申請/釋放請求，并在程序內部維護一個全局靜態(tài)變量的哈希鏈表。在new操作符中，不僅僅分配用戶所要求的的內存，而是在為每次分配的內存都添加一個頭部，存儲著此次分配的位置信息和鏈表指針，new返回的是分配的這塊內存加上頭部偏移后的值，而在之前已經將此返回值作了HASH計算并添加到HASH鏈表中了。delete的時候先根據(jù)要釋放的指針地址做HASH計算，然后再遍歷數(shù)組HASH值處的鏈表進行查找，如果找到則將該節(jié)點移除，未找到就abort。這樣在程序結束之后，通過檢查此數(shù)組中是否還有未釋放的內存塊來確定是否有內存泄露。

? ? ? ?優(yōu)缺點:跨平臺，僅用于C++程序。

? ? ? ?如何獲取:http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-mleak2/index.html

總結

以上的這些分析工具，所使用的方法大致分為以下幾種：

1、注冊內存分配/釋放鉤子函數(shù)(hook)。在Linux下可以malloc_hook,free_hook等5個鉤子函數(shù)，在Windows下可以注冊————CrtSetAllocHook鉤子函數(shù)，這樣在分配內存的時候就可以捕獲這一請求并加以處理。Visual Leak Detecter和mtrace使用此方式。

2、使用宏定義替換。將用戶代碼中的malloc，free替換為宏定義的mwMalloc(sz, __FILE__, __LINE__)等自定義函數(shù)，從而跟蹤內存情趣，memwatch即使用此方式。

3、操作符重載。此方法僅用于C++語言中，通過重載new、delete操作符來實現(xiàn)跟蹤內存請求，重載后的操作符類似于鉤子函數(shù)意義。debug_new采用此方式。

這些工具的輸出方式也分以下幾種：

1、普通環(huán)境下一般輸出到調試窗口中，很多軟件本身就提供了一個理想的輸出場所，并且GUI應用程序輸出到標準輸出時不可見的。Visual Leak Detecter采用此法。

2、輸出到標準輸出或標準錯誤輸出：控制臺應用程序可以輸出到屏幕，如memwatch, valgrind, debug_new都是采用這種方法。

3、輸出到日志文件：將結果輸出到用戶指定或默認的日志文件中，如mtrace和memwatch

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此外，這些工具的內存檢測方式無非也分為兩種:

1、維護一個內存操作鏈表，當有內存申請操作時，將其加入此鏈表中，當有釋放操作時，從申請操作從鏈表中移除。如果到程序結束后此鏈表中還有內容，說明有內存泄露了;如果要釋放的內存操作沒有在鏈表中找到對應操作，則說明是釋放了多次。使用此方法的有內置的調試工具，Visual Leak Detecter，mtrace，memwatch，debug_new。

2、模擬進程的地址空間。仿照操作系統(tǒng)對進程內存操作的處理，在用戶態(tài)下維護一個地址空間映射，此方法要求對進程地址空間的處理有較深的理解，因為Windows的進程地址空間分布不是開源的，所有模擬起來很困難，因此只支持Linux。采用此方法的是valgrind。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux下内存泄露工具的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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