内存泄漏专题（3）内存泄漏调试神器valgrind

上一章中，我们提出了排查内存泄漏是否存在的几种思路，但只是停留在理论上，本章就这几种思路提供具体的解决方案。在本章节，将以具体的例子的方式来演示如何定位内存泄漏的具体位置。

追踪内存泄漏的工具有很多，网上一搜能找到一大片，但针对不同的系统，均有不同的玩法，且有些东西，如果不是实际实战一把，真到了用的时候，仍然会眼高手低，不知如何下手。笔者就自己在实际工作中常用的几种手段，具体来说明一下一些常用的调试手段。

主要用到的技术有：

• valgrind
• mtrace内存追踪
• eBPF调试工具：bcc
• 手动hook
• C++运算符重载

本章主要介绍内存泄漏调试神器：valgrind。

valgrind是Linux系统下一个检测内存泄露的神器。相信很多C/C++的初学者对该工具都不陌生，很多内存检测的入门教程都会提到该工具。事实上，在Linux环境下，这个工具的确非常好用。

valgrind之所以能够检测出内存泄漏，主要得益于其内部包含的一款叫做Memcheck的工具。该工具建立了两个表，Valid-Value表和Valid-Address表。Valid-Value负责记录进程地址空间中每个字节在 寄存器中的值是否有效。Valid_Address表负责记录该地址是否能够被读写。

当要读写内存中的某个字节时，首先检测出这个字节对应的Value是否有效，如果无效，则memcheck报告读写错误。

同时，valgrind提供了一个类似sandbox的虚拟CPU环境，这样当内存中某个字节被加载到真实CPU中去时，该字节同样也会被加载到valgrind提供的虚拟CPU环境中，一旦这个值被读写，那么memcheck就会检查Valid-Value表，如果该值没有被初始化，就会报未初始化内存错误。

使用Memcheck，可以检查很多内存方面的问题，诸如：

• 对未初始化内存的使用
• 内存释放后再次被使用
• 访问非法内存地址
• 内存泄漏，即指向一块内存的指针永久性地丢失
• 内存被double free
• memcpy相关函数中的dst和src指针重叠

下面，我们就以一个简单的例子来探讨下，如何使用valgrind来检测内存泄露的问题。

首先，valgrind工具需要安装，安装命令如下：

yum install -y valgrind

valgrind的命令行参数解释：

接下来，我们以一个具体的例子来说明下如何使用valgrind来检查内存泄漏。示例代码如下：

#include<malloc.h>
int main(void){
void *p1 = malloc(10);
    void *p2 = malloc(20);
    free(p1);
    void *p3 = malloc(30);
    free(p3);
    return 0;
}

运行命令如下：

gcc leak.c -g
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./a.out

运行后，得到如下结果：

==229181== Memcheck, a memory error detector
==229181== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==229181== Using Valgrind-3.15.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==229181== Command: ./a.out
==229181== 
==229181== 
==229181== HEAP SUMMARY:
==229181==     in use at exit: 20 bytes in 1 blocks
==229181==   total heap usage: 3 allocs, 2 frees, 60 bytes allocated
==229181== 
==229181== 20 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
==229181==    at 0x4C29F73: malloc (vg_replace_malloc.c:309)
==229181==    by 0x40059C: main (leak.c:5)
==229181== 
==229181== LEAK SUMMARY:
==229181==    definitely lost: 20 bytes in 1 blocks
==229181==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==229181==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
==229181==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks
==229181==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks
==229181== 
==229181== For lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s
==229181== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 0 from 0)

我们关注一下摘要里的信息，第9行显示，有3次申请，2次释放，共60字节内存。第11~13行则报告了内存泄漏的信息，说有一次20字节的内存被丢失，具体位置为leak.c的第5行。

通过代码，可以定位到leak.c的第5行为void *p2 = malloc(20)，的确p2的内存我们没有释放。

从以上消息中，可以看出valgrind对于内存泄漏的定位还是非常准确的，因此不失为一个内存泄漏调试的好手段。

但valgrind也有局限性，首先它需要提前安装，因此对于生产环境几乎不可能线上实时检测；其次，由于其原理是虚拟出一个CPU环境，因此对资源的占用也比较厉害。最后，valgrind仅Linux环境可用，如果你的应用程序不是运行在Linux环境下，则无法使用，这也算是它的一个最大硬伤。

本专栏知识点是通过<零声教育>的系统学习，进行梳理总结写下文章，对C/C++课程感兴趣的读者，可以点击链接，查看详细的服务：C/C++Linux服务器开发/高级架构师