【Android Linux內存及性能優化】七 程序內存泄漏檢查工具
本文接着
《【Android Linux內存及性能優化】(一) 進程內存的優化 - 堆段》
《【Android Linux內存及性能優化】(二) 進程內存的優化 - 棧段 - 環境變量 - ELF》
《【Android Linux內存及性能優化】(三) 進程內存的優化 - ELF執行文件的 數據段-代碼段》
《【Android Linux內存及性能優化】(四) 進程內存的優化 - 動態庫- 靜態庫》
《【Android Linux內存及性能優化】(五) 進程內存的優化 - 線程》
《【Android Linux內存及性能優化】(六) 系統內存的優化》
一、內存篇
1.1 系統當前可用內存
1.2 進程的內存使用
1.3 進程內存優化
1.4 系統內存優化
1.5 內存泄漏
解決內存泄漏，一個最好的辦法就是，不要讓你的進程成爲一個守護進程，完成工作後立刻退出，Linux 會自動回收該進程所佔有的內存，這樣你寫的程序即使存在一些內存泄漏，也無關大局。
1.5.1 mtrace() 和 muntrace()
首先介紹glibc 針對內存泄漏給出的解決方法， 在glibc 庫中實現了一個鉤子函數mtrace，mtrace的使用方法如下：
- 加入頭文件
<mcheck.h> - 在需要內存泄漏檢查的代碼的開始調用
void mtrace()，在需要內存泄漏檢查代碼結尾調用void muntrace()。
一般情況下不要調用muntrace，而讓程序自然結束，因爲有些內存釋放代碼要到 muntrace 之後運行。 - 用 debug 模式編譯檢查代碼（-g 或 -ggdb）
- 在運行程序之前，先設置環境變量
MALLOC_TRACE爲一文件名，這一文件將有內存分配信息。 - 運行程序，內存分配的log 將輸出到
MALLOC_TRACE所指向的文件中。
但實際上使用這程方法有兩個問題：
-
Log 文件增長得很大
-
程序運行很慢
因爲程序要把日誌寫到 Flash 上，而讀寫 Flash 是比較慢的，可以想辦法證mtrace 的日誌輸出在終端窗口，由終端軟件記錄下來。
如：export MALLOC_TRACE=/dev/stdout
有些設備沒有 stdout ，可以設置export MALLOC_TRACE=/proc/self/fd/1來實現另外：mtrace 函數內，試圖根據調用 malloc 的代碼指針，解析出對應的函數，這會導致進程的速諱莫如深變得很慢。
1.5.2 malloc() 和 free() 鉤子函數
在glibc 中，提供了 malloc 、free、realloc、memalign 的鉤子函數。
可以按照鉤子函數的原型，定義自已的函數，並在glibc 中設置相應的鉤子函數，這樣glibc 在處理內存相關的函數時，會調用鉤子函數，從而獲得相應的信息。
1.5.3 化整爲零法
一般對守護進程纔會花大力氣去檢測泄漏。對於進程仙存的優化，首先需要考慮爭取其不是守護進程，或者簡化其守護的部分。
將某些相對獨立、對內存影響較大的部分，分離出來通過進程來實現，這樣業務邏輯完成後，其所佔用的內存會隨進程的銷燬而得到釋放。
因此，可以考慮將守護進程中，很多相慶的模塊採用子進程的方式來實現，從而減少守護進程本身的復結性。
1.5.4 Dmalloc
dmalloc 是一個開源工具，其具體使用方法如下：
- 從 www.dmalloc.com 上下載dmalloc 的源代碼。
- 按照嵌入式平臺的要求對其進行編譯，生成靜態鏈接庫 libdmalloc.a
- 在需要檢測的源代碼中，包含 dmalloc.h： #include <dmalloc.h>
- 重新編譯程序代碼，gcc -ldmalloc -o program code.c
- 在嵌入式設備中，設置環境變量，定義log 的輸出文件
export DMALLOC_options=log=logname, debug=0x3 - 運行程序，待程序退出後，會將內存信息輸出到日誌文件中。
dmalloc 的原理：
dmalloc 通過宏定義，將代碼中的malloc 、realloc 等函數轉到自身定義的函數中，從而獲得了控制權，運用自身的代碼去跟蹤和檢測堆內存的分配和釋放。
dmalloc 的優點是：
- 運行簡單、能夠將內存分配和代碼行對應起來。
其侷限是：
- 需要修改所有使用 malloc 等函數的文件，對於大項目來說，使用起來非常麻煩。
- 必須擁有源碼。
- 只能等待進程運行結束後才能獲得結果，這對守護進程不適用。
- 雖然能夠獲得內存分配的日誌記錄，精確到具體文件具體行，但是沒有如何調用到該函數的棧信息。
- 使用dmalloc 將增強系統的健狀性，但不能完全檢測出所有的內存錯誤。
1.5.5 Valgrind
Valgrind 是一款非常強大的產品，它可以幫助程序員檢測無效的內存分配、訪問未初始化的內存、內存泄漏等。
Valgrind 包含一個核心，它提供了一個虛擬的CPU 運行程序，還有一系列的工具，它們完成調試、剖析和 一些類似的任務。
它的一個優點在於，它是對程序二進制代碼進行跟蹤、調試，不必修改代碼、重新編譯等，使用起來極其方便。
valgrind官網：http://valgrind.org。
valgrind 包含幾個標準的工具，分別如下：
1.5.5.1 memcheck
memcheck 控測程序中的內存管理存在的問題。
它檢查所有對應內存的讀寫操作，並截取所有的malloc /new/free/delete 調用，
因此，memcheck 工具能夠控測以下問題：
（1）使用未初始化的內存。
（2）讀/寫 已結被釋放的內存。
（3）讀/寫 內存越界。
（4）讀/寫 不恰當的內存棧空間。
（5）內存泄漏。
（6）使用 malloc/ new/ new[] 和 free / delete / delete[] 不匹配。
1.5.5.2 cachegrind
cachegrind 是一個 Cache 剖析器。
它模擬執行 CPU 中的 L1、D1 和 L2 Cache，因此它能很精確地指出代碼中的Cache 未命中。
如果需要，它可以打印出Cache 中未命中的次數，內存引用和發生 Cache 未命中的每一行代碼、每一個函數、每一個模塊 和 整個程序的摘要。
如果追求更細緻的信息，它可以打印出每一行機器碼的未命中次數。
在X86 和 ADM64 上，cachegrind 通過 CPUID 自動探測機器的Cache 配置，所以存多數情況下它不再需要更多的配置信息了。
1.5.5.3 valgrind
valgrind 查找多線程程序中的競爭數據。
它可以查找那些被多個線程訪問但沒有使用同步鎖的內存地址。
這表示這些地址在多線程訪問的時候沒有進行同步，很可能會引起很難查找的時序問題。
valgrind 使用方法如下：
valgrind --tool=tool_name program_name
比如，對ls -l 命令做內存檢查，只需要執行下面的命令就可以了：
valgrind --tool=memcheck ls -l
如果要檢查內存泄漏，只需要增回 --leak-check=yes 就 可以了，如下：
valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes ls -l
不同工具間加入的代碼變化非常大。在每個作用域的末尾，memcheck 加入代碼檢查每個片內存的訪問和進行值計算，代碼大小至少增加 12 倍，運行速度要比平時慢 25-50 倍。
valgrind 模擬程序中的每一條指令執行，因此檢查工具和剖析工具不僅對你的應用程序，還對共享庫、GNU C庫、X的客戶端都起作用。