Linux でメモリ リークを検出して解決する方法

メモリ リークとは、プログラムがメモリ領域を確保したものの、プロセスの実行中にそれが時間内に解放されず、ますます多くのメモリが占​​有され、さらにはシステムのクラッシュを引き起こす現象を指します。メモリ リークはソフトウェアの一般的な欠陥であり、Linux システムでは無視できない問題です。では、Linux でメモリ リークを見つけて修正するにはどうすればよいでしょうか?メモリ リークの検出と分析に役立つツールは何ですか?この記事では、Linux で一般的に使用されるメモリ リーク ツールをいくつか紹介します。これにより、Linux でメモリ リソースをより適切に管理および最適化できるようになります。

メモリ リークは次のカテゴリに分類できます:
1.メモリリークが頻繁に発生します。メモリ リークのあるコードは複数回実行されるため、実行されるたびにメモリ リークが発生します。
2.散発的なメモリ リーク。メモリ リークを引き起こすコードは、特定の状況または操作下でのみ発生します。頻繁と散発は相対的なものです。特定の状況では、たまにしか起こらないことが一般的になる場合があります。したがって、メモリ リークを検出するには、テスト環境とテスト方法が重要です。
3． 1 回限りのメモリ リーク。メモリ リークを引き起こすコードは 1 回だけ実行されるか、アルゴリズムの欠陥により常に 1 つのみのメモリ ブロックがリークされます。たとえば、シングルトン クラスのコンストラクターではメモリが割り当てられますが、デストラクターではメモリが解放されません。 Singleton クラスのインスタンスは 1 つだけであるため、メモリ リークは 1 回だけ発生します。
4.暗黙的なメモリ リーク。プログラムは実行中に継続的にメモリを割り当てますが、最後までメモリは解放されません。厳密に言えば、プログラムは要求されたすべてのメモリを最終的に解放するため、ここでメモリ リークは発生しません。しかし、数日、数週間、さらには数か月にわたって実行する必要があるサーバー プログラムの場合、メモリを時間内に解放しないと、最終的にシステムのメモリがすべて使い果たされる可能性があります。したがって、このタイプのメモリ リークを暗黙的メモリ リークと呼びます。

メモリ リーク検出ツール

メモリ リークを検出するにはさまざまな方法があります。以下に、Linux で一般的に使用されるメモリ リーク検出ツールを示します。

1、mtrace

アプリケーション環境: Linux GLIBC

プログラミング言語: C

使用法: ヘッダー ファイル mcheck.h をインクルードし、環境変数 MALLOC_TRACE を出力ファイル名として定義し、プログラムの開始時に mtrace() を呼び出します。

結果出力: ユーザー指定のファイル

設計アイデア: malloc、realloc、free 関数のフック関数を追加し、malloc フリーの各ペアの実行を記録します。

メリットとデメリット: malloc/realloc/freeによるメモリリークのみチェック可能

入手方法: GLIBC が付属しており、直接使用できます

2、memwatch

アプリケーション環境: Linux

プログラミング言語: C

使用法: コンパイル時に memwatch.h、-DMEMWATCH -DMW_STDIO および memwatch.c

を追加します。

結果出力: 出力ファイル名は memwatch.log です。プログラムの実行中に、エラー プロンプトが標準出力に表示されます

設計アイデア: malloc/realloc/calloc/strdup/free などを mwMalloc(sz,

FILE, LINE) などとして再定義し、操作のリンクされたリストを維持します。内部的に＃＃＃ 長所と短所: 二重解放、誤った解放、解放されていないメモリ、オーバーフロー、アンダーフローなどを検出できます。

入手方法: http://memwatch.sourceforge.net/

3、ヴァルグリンド

アプリケーション環境: Linux

プログラミング言語: C/C

使用法: コンパイル時に -g オプション (gcc -g filename.c -o filename など) を追加し、次のコマンドを使用してメモリ使用量を検出します。

結果出力: #valgrind –tool=memcheck –leak-check=yes –show-reachable=yes ./filename、メモリ使用量レポートが表示されます

設計思想: ソフトウェアのメモリ操作に応じて、有効なアドレス空間テーブルと無効なアドレス空間テーブル(プロセスのアドレス空間)を維持する

長所と短所: 検出可能:

• 初期化されていないメモリの使用
# 解放されたメモリの使用 (解放後のメモリの読み取り/書き込み)
malloc に割り当てられたメモリ領域よりも多くのメモリ領域を使用する (malloc ブロックの末尾からの読み取り/書き込み)
スタックへの不正アクセス（スタック上の不適切な領域の読み書き）
適用されたスペースが解放されたかどうか (メモリ リーク – malloc されたブロックへのポインタが永久に失われる)
malloc/new/new [] と free/delete/delete [])
• の使用の不一致
memcpy() および関連関数での src ポインターと dst ポインターの重複)
無料で繰り返します

入手方法: http://valgrind.org/

4、debug_new

アプリケーション環境: Linux/Windows

プログラミング言語: C

使用法: ヘッダー ファイル debug_new.h をインクルードし、debug_new.cpp をリンクします

結果出力: コンソール console

設計アイデア: new 演算子と delete 演算子をオーバーロードすることでメモリのアプリケーション/解放リクエストをキャプチャし、プログラム内でグローバル静的変数のハッシュ リストを維持します。 new 演算子では、ユーザーが要求したメモリを割り当てるだけでなく、割り当てられた各メモリに、割り当ての位置情報とリンク リスト ポインタを格納するヘッダーも追加します。New は、割り当てられたブロックを返します。メモリへのヘッド オフセット。この戻り値は以前に HASH 計算され、HASH リンク リストに追加されています。削除する場合は、解放するポインタアドレスを元にHASH計算を行い、配列のHASH値でリンクリストをたどって検索し、見つかった場合はノードを削除し、見つからなかった場合は中止します。このようにして、プログラムの終了後、この配列内に未解放のメモリ ブロックがあるかどうかを確認することで、メモリ リークがあるかどうかを判断できます。

長所と短所: クロスプラットフォーム、C プログラムのみに使用、

入手方法: http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-mleak2/index.html

要約

上記の分析ツールで使用される手法は、大きく次のカテゴリに分類できます。

1. メモリ割り当て・解放フック関数(フック)を登録します。 Linux では、malloc_hook や free_hook など 5 つのフック関数がありますが、Windows では、_CrtSetAllocHook フック関数を登録することで、メモリ割り当て時にこのリクエストを取得して処理できるようになります。 Visual Leak Detecter と mtrace はこの方法を使用します。

2. マクロ定義の置換を使用します。ユーザー コードの malloc と free をマクロ定義の mwMalloc(sz,

FILE

, LINE) などのカスタム関数に置き換えて、メモリ リクエストを追跡します。Memwatch はこのメソッドを使用します。 3. 演算子のオーバーロード。このメソッドは C 言語でのみ使用されます。new 演算子と delete 演算子をオーバーロードすることでメモリ要求の追跡を実装します。オーバーロードされた演算子はフック関数の意味に似ています。 debug_new はこのアプローチを採用しています。

これらのツールの出力方法も以下の種類に分かれます。

1. 通常、出力はデバッグ ウィンドウに出力されるのが一般的ですが、多くのソフトウェア自体が理想的な出力場所を提供しており、標準出力への GUI アプリケーションの出力は表示されません。 Visual Leak Detecter はこの方法を使用します。

2. 標準出力または標準エラー出力への出力: memwatch、valgrind、debug_new などのコンソール アプリケーションはすべてこのメソッドを使用して画面に出力できます。

3. ログ ファイルへの出力: mtrace や memwatch などのユーザー指定またはデフォルトのログ ファイルに結果を出力します。

また、これらのツールのメモリ検出方法は次の 2 種類に分かれます。

1. メモリ操作リンク リストを維持します。メモリ アプリケーション操作がある場合はこのリンク リストに追加され、解放操作がある場合はアプリケーション操作からリンク リストから削除されます。プログラム終了後もリンク リストに内容が残っている場合はメモリ リークが発生していることを意味し、解放されるメモリ操作がリンク リスト内で対応する操作が見つからない場合は、複数回解放されたことを意味します。 。この方法は、組み込みのデバッグ ツール、Visual Leak Detecter、mtrace、memwatch、debug_new とともに使用します。

2. プロセスのアドレス空間をシミュレートします。オペレーティング システムによるプロセス メモリ操作の処理に続いて、アドレス空間マッピングがユーザー モードで維持されますが、この方法にはプロセス アドレス空間の処理についての深い理解が必要です。 Windows のプロセス アドレス空間配布はオープン ソースではないため、シミュレーションが困難なため、Linux でのみサポートされています。このアプローチを採用しているのが valgrind です。

この記事を通じて、Linux でのメモリ リーク問題の基本を理解し、その原因、影響、および解決策を知る必要があります。また、Valgrind、Memwatch、Mtrace など、Linux で一般的に使用されるいくつかのメモリ リーク ツールと、その使用方法、長所と短所についても学びました。 Linux プログラムの開発およびテスト時に、これらのツールを使用してメモリ リークを検出および分析し、プログラムのパフォーマンスと安定性を向上させることをお勧めします。同時に、これらのツールを使用する際には、誤った判断や漏れを避けるためにいくつかの注意事項や制限事項にも注意してください。この記事が Linux システムをより効果的に使用し、Linux で高品質のプログラムを作成できるようにするのに役立つことを願っています。

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