如何通过wrap malloc定位C/C++程序的内存泄漏
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用C/C++开拓的措施执行服从很高，但却常常受到内存走漏的困扰。本文提供一种通过wrap malloc查找memory leak的思绪。
什么是内存走漏? 动态申请的内存丢失引用，造成没有步伐接纳它(我知道杠jing要说历程退出前体系会同一接纳)，这即是内存走漏。 Java等编程说话会自动打点内存接纳，而C/C++必要显式的开释，有许多本领可以停止内存走漏，好比RAII，好比智能指针(大多基于引用计数计数)，好比内存池。 理论上，只要我们足够警惕，在每次申请的时辰，都紧记开释，那这个天下就清净了，但实际每每没有那么柔美，好比抛非常了，开释内存的语句执行不到，又可能某菜鸟措施员不警惕埋了一个雷，以是，我们必需直面真实的天下，那就是我们会遭遇内存走漏。 怎么查内存走漏? 我们可以review代码，但从海量代码里找到潜匿的题目，这犹如大海捞针，每每两手空空。 以是，我们必要借助器材，好比valgrind，但这些找内存走漏的器材，每每对你行使动态内存的方法有某种等候，可能说束缚，好比常驻内存的工具会被误报出来，然后真正有效的信息会袒护在误报的汪洋大海里。许多时辰，乃至valgrind基础办理不了一般项目中的题目。 以是许多闻名的开源项目，为了能用valgrind跑，都费大力大举气，大幅修改源代码，从而使得项目切合valgrind的要求，满意这些要求，用vargrind跑完没有任何报警的项目叫valgrind干净。 既然这些玩意儿都中看不顶用，以是，求人不如求己，照旧得自力重生。 什么是动态内存分派器? 动态内存分派器是介于kernel跟应用措施之间的一个函数库，glibc提供的动态内存分派器叫ptmalloc，它也是应用最普及的动态内存分派器实现。 从kernel角度看，动态内存分派器属于应用措施层;而从应用措施的角度看，动态内存分派器属于体系层。 应用措施可以通过mmap体系直接向kernel申请动态内存，也可以通过动态内存分派器的malloc接口分派内存，而动态内存分派器会通过sbrk、mmap向kernel分派内存，以是应用措施通过free开释的内存，并不必然会真正返还给体系，它也有也许被动态内存分派器缓存起来。 google有本身的动态内存分派器tcmalloc，其它jemalloc也是闻名的动态内存分派器，他们有差异的机能示意，也有差异的缓存和分派计策。你可以用它们替代linux体系glibc自带的ptmalloc。 new/delete跟malloc/free的相关 new是c++的用法，好比Foo *f = new Foo，着实它分为3步。
new=分派内存+结构+返回，而delete则是便是析构+free。 以是搞定malloc、free就是从基础上搞定动态内存分派。 1. chunk 每次通过malloc返回的一块内存叫一个chunk，动态内存分派器是这样界说的，后头我们都这样称号。 2. wrap malloc gcc支持wrap，即通过转达-Wl,--wrap,malloc的方法，可以改变挪用malloc的举动，把对malloc的挪用链接到自界说的__wrap_malloc(size_t)函数，而我们可以在__wrap_malloc(size_t)函数的实现中通过__real_malloc(size_t)真正分派内存，尔后我们可以做搞点小举措。 同样，我们可以wrap free。malloc跟free是配对的，虽然也有其他相干API，好比calloc、realloc、valloc，但这基础上照旧malloc+free，好比realloc就是malloc + free。 怎么去定位内存走漏呢? 我们会malloc各类差异size的chunk，也就是每种差异size的chunk会有差异数目，假如我们可以或许跟踪每种size的chunk数目，那就可以知道哪种size的chunk在走漏。很简朴，假如该size的chunk数目一向在增添，那它很也许走漏。 光知道某种size的chunk走漏了还不足，我们得知道是哪个挪用路径上导致该size的chunk被分派，从而去搜查是不是正确开释了。 怎么跟踪到每种size的chunk数目? 我们可以维护一个全局 unsigned int malloc_map[1024 * 1024]数组，该数组的下标就是chunk的size，malloc_map[size]的值就对应到该size的chunk分派量。 这便是维护了一个chunk size到chunk count的映射表，它足够快，并且它可以包围到0 ~ 1M巨细的chunk的范畴，它已经足够大了，试想一次分派一兆的块已经很可怕了，可以包围到大部门场景。 那大于1M的块怎么办呢?我们可以通过log记录下来。
很简朴，我们通过malloc_map记录了各size的chunk的分派量。 怎样知道开释的chunk的size? 差池，free(void *p)只有一个参数，我怎样知道开释的chunk的size呢?怎么办? 我们通过在__wrap_malloc(size_t)的时辰，分派8+size的chunk，也就是多分派8字节，开始的8字节存储该chunk的size，然后返回的是(char*)chunk + 8，也就是偏移8个字节返回给挪用malloc的应用措施。 这样在free的时辰，传入参数void* p，我们把p往前移动8个字节，解引用就能获得该chunk的巨细，而该巨细值就是前一步，在__wrap_malloc的时辰配置的size。 好了，我们真正做到记录各size的chunk数目了，它就存在于malloc_map[1M]的数组中，假设64个字节的chunk一向在被分派，数目一向在增添，我们认为该size的chunk很有也许走漏，那怎么定位到是那边挪用过来的呢? 怎样记录挪用链? 我们可以维护一个toplist数组，该数组假设有10个元素，它生涯的是chunk数最大的10种size，这个很轻易做到，通过对malloc_map取top 10就行。 然后我们在__wrap_malloc(size_t)里，测试该size是不是toplist之一，假如是的话，那我们通过glibc的backtrace把挪用仓库dump到log文件里去。 留意：这里不能再分派内存，以是你只能行使backtrace，而不能行使backtrace_symbols，这样你只能获得挪用仓库的标记地点，而不是标记名。 怎样把标记地点转换成标记名，也就是对应到代码行呢? addr2line addr2line器材可以做到，你可以追查到挪用链，进而定位到内存走漏的题目。 至此，你已经get到了整个焦点头脑。 虽然，现实项目中，我们做的更多，我们不只仅记录了toplist size，还记录了各size chunk的增量toplist，会记录大块的malloc/free，会wrap更多的API。 总结一下：通过wrap malloc/free + backtrace + addr2line，你就可以定位到内存走漏了。
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