解決 memory leak in FreeBSD

by thinker

關鍵字:

memory leak 是 $C$/$C++$ programmer 最常遇到的問題之一，其來自於 $C$/$C++$ 並沒有內建 GC ，所有動態配置的記憶體，都必需由 programmer 自行管理。於是在人腦的不完美之下，經常有些記憶體忘了被釋放，使程式使用的記憶空間，隨時間的增長。

memory leak 是極難測知的，往往是在程式用光系統記憶體時，programmer 才有警覺。 $FreeBSD$ 的 $C$ library ，提供動態配置記憶體的使用報告，能讓 programmer 在程式結束時，得到結束時的使用狀態。透過這個功能，我們可以觀察有多少記憶體被使用，從而得知 memory leak 的使用狀況。

memory 使用報告的啟動方式是，設定 environment variable MALLOC_OPTIONS=P 。 $C$ library 在程式結束時，會檢查這個變數，從而列印出記憶體的使用報告。

例如，有一個程式 $test$.c 如下:
{{{#!cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, const char *argv[]) {
    char *buf;
    int i;
    
    for(i = 0; i < 10; i++) {
        buf = (char *)malloc(128);
        if(i % 2)
            free(buf);
    }
}
}}}
執行時，我們可以得到報告如下:
{{{
tmp$$ MALLOC_OPTIONS=P ./$test$
___ Begin malloc statistics ___
Number of CPUs: 1
Number of arenas: 1
Chunk size: 2097152 (2^21)
Quantum size: 16 (2^4)
Max small size: 512
Pointer size: 4
Assertions enabled
Allocated: 640, space used: 2097152

base:
         total
       1796276

chunks:
       nchunks   highchunks    curchunks
             1            1            1

huge:
     nmalloc      ndalloc    allocated
           0            0            0

arenas[0] statistics:
allocated: 640
calls:
      nmalloc      ndalloc     nmadvise
           10            5            0
large requests: 0
bins:
          bin   size nregs run_sz nrequests nruns hiruns curruns npromo  ndemo
[0..9]
           10 Q  128   509  65536        10     1      1       1      0      0
[11..36]
--- End malloc statistics ---
}}}
在這個程式中， allocate 10 次 128 大小的記憶體，但只有其中 5 次被 free 。因此，在最後程式結束時，應該有 128 * 5 = 640 bytes 的記憶體沒被釋放。第 9 行的 ```Allocated: 640''' 即是指系統最後使用的記憶體量為 640 bytes 。

== 不歸零的原因 ==
一個沒有 memory leak 的程式，應該在結束時，將所有的 memory  全都釋放掉， Allocated 應該歸零。但有時侯並不是這樣。例如:
{{{#!cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, const char *argv[]) {
    printf("hello %s\n", "world");
}
}}}
照理應該歸零，但事實上並不是
{{{
tmp$$ MALLOC_OPTIONS=P ./$test$
hello world
___ Begin malloc statistics ___
Number of CPUs: 1
Number of arenas: 1
Chunk size: 2097152 (2^21)
Quantum size: 16 (2^4)
Max small size: 512
Pointer size: 4
Assertions enabled
Allocated: 4096, space used: 2097152

[........ skipped ........]
}}}
系統還留有 4Kbytes 的空間沒被釋放，但我們明明沒使用任何動態配置記憶體。這是由 printf 所造成的， printf 會自行配置一塊空間重複使用。因此，最後會留下這一段空間。同樣的情況，也可能發生在其它的 library 裡，因此我們並不以使用空間歸零作為判斷依據。

== 重複次數 ==
小弟使用的方法，是將要測試的程式碼，以 for loop 重複 N 次和 K 次， N != K 。雖然一些 library 可能會配置一些空間。但重複 N 次和 K 次後，最後留下末釋放的空間，應該是相同的。若不相同，那表示有 memory leak 發生。

例如:
{{{#!cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#define N 100

int main(int argc, const char *argv[]) {
    char *buf;
    int i;
    
    printf("hello %s\n", "world");
    for(i = 0; i < N; i++) {
        buf = (char *)malloc(256);
        free(buf);
    }
}
}}}
不論 N 是 100 或者 1000 ，得到的結果應該是一樣的:
{{{
tmp$$ MALLOC_OPTIONS=P ./$test$
hello world
___ Begin malloc statistics ___
Number of CPUs: 1
Number of arenas: 1
Chunk size: 2097152 (2^21)
Quantum size: 16 (2^4)
Max small size: 512
Pointer size: 4
Assertions enabled
Allocated: 4096, space used: 2097152

[...... skipped ......]
}}}

== 最後 ==
透過 unit $test$ 和記憶體使用報告， $FreeBSD$ 能很容易得知記憶體的使用狀況，並偵測 memory leak 的情況。對 $C$/$C++$ 的 programmer 而言，最好能為每一個 module 進行 unit $test$ ，進而確定沒有 memory leak 發生，以免在未來造成更大的記憶體災難。

最後更新時間: 2007-05-31 10:33:33 CST | 引用

查詢:

COMMENTS: