Linux攻略：讓系統(tǒng)內(nèi)存不再泄漏的好方法

內(nèi)存泄漏

在此，談?wù)摰氖浅绦蛟O(shè)計(jì)中內(nèi)存泄漏和錯(cuò)誤的問(wèn)題，不過(guò)，并不是所有的程序都有這一問(wèn)題。首先，泄漏等一些內(nèi)存方面的問(wèn)題在有的程序語(yǔ)言中是不容易發(fā)生的。這些程序語(yǔ)言一般都認(rèn)為內(nèi)存管理太重要了，所以不能由程序員來(lái)處理，最好還是由程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)者來(lái)處理這些問(wèn)題，這樣的語(yǔ)言有Perl、Java等等。

然而，在一些語(yǔ)言(最典型的就是C和C++)中，程序語(yǔ)言的設(shè)計(jì)者也認(rèn)為內(nèi)存管理太重要，但必需由開(kāi)發(fā)人員自己來(lái)處理。內(nèi)存泄漏指的是程序員動(dòng)態(tài)分配了內(nèi)存，但是在使用完成后卻忘了將其釋放。除了內(nèi)存泄漏以外，在開(kāi)發(fā)人員自己管理內(nèi)存的開(kāi)發(fā)中，緩沖溢出、懸擺指針等其它一些內(nèi)存的問(wèn)題也時(shí)有發(fā)生。

問(wèn)題緣何產(chǎn)生

為了讓程序能夠處理在編譯時(shí)無(wú)法預(yù)知的數(shù)據(jù)占用內(nèi)存的大小，所以程序必需要從操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)地申請(qǐng)內(nèi)存，這就是所謂的動(dòng)態(tài)內(nèi)存。這時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)程序申請(qǐng)到內(nèi)存塊并且使用完成后，沒(méi)有將其歸還給操作系統(tǒng)的錯(cuò)誤。更糟的情況是所獲取的內(nèi)存塊的地址丟失，從而系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)識(shí)別、定位該內(nèi)存塊。還有其它的問(wèn)題，比如試圖訪問(wèn)已經(jīng)釋放的指針(懸擺指針)，再如訪問(wèn)已經(jīng)被使用了的內(nèi)存(內(nèi)存溢出)的問(wèn)題。

后果不容忽視

對(duì)于那些不常駐內(nèi)存的程序來(lái)說(shuō)，由于執(zhí)行過(guò)程很短，所以即使有漏洞可能也不會(huì)導(dǎo)致特別嚴(yán)重的后果。不過(guò)對(duì)于一些常駐內(nèi)存的程序(比如Web服務(wù)器Apache)來(lái)說(shuō)，如果出現(xiàn)這樣的問(wèn)題，后果將非常嚴(yán)重。因?yàn)橛袉?wèn)題的程序會(huì)不斷地向系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存，并且不釋放內(nèi)存，最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)存耗盡而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。此外，存在內(nèi)存泄漏問(wèn)題的程序除了會(huì)占用更多的內(nèi)存外，還會(huì)使程序的性能急劇下降。對(duì)于服務(wù)器而言，如果出現(xiàn)這種情況，即使系統(tǒng)不崩潰，也會(huì)嚴(yán)重影響使用。

懸擺指針會(huì)導(dǎo)致一些潛在的隱患，并且這些隱患不容易暴發(fā)。它非常不明顯，因此很難被發(fā)現(xiàn)。在這三種存在的問(wèn)題形式中，緩沖溢出可能是最危險(xiǎn)的。事實(shí)上，它可能會(huì)導(dǎo)致很多安全性方面的問(wèn)題(一個(gè)安全的程序包含很多要素，但是最重要的莫過(guò)于小心使用內(nèi)存)。正如上面所述，有時(shí)也會(huì)發(fā)生同一內(nèi)存塊被多次返還給系統(tǒng)的問(wèn)題，這顯然也是程序設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤。一個(gè)程序員非常希望知道在程序運(yùn)行的過(guò)程中，使用內(nèi)存的情況，從而能夠發(fā)現(xiàn)并且修正問(wèn)題。

如何處理

現(xiàn)在已經(jīng)有了一些實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)存問(wèn)題的技術(shù)。內(nèi)存泄漏問(wèn)題可以通過(guò)定時(shí)地終止和重啟有問(wèn)題的程序來(lái)發(fā)現(xiàn)和解決。在比較新的Linux內(nèi)核版本中，有一種名為OOM(Out Of Memory )殺手的算法，它可以在必要時(shí)選擇執(zhí)行Killed等程序。懸擺指針可以通過(guò)定期對(duì)所有已經(jīng)返還給系統(tǒng)的內(nèi)存置零來(lái)解決。解決內(nèi)存溢出問(wèn)題的方法則多種多樣。

事實(shí)上，在程序運(yùn)行時(shí)來(lái)解決這些問(wèn)題，顯然要麻煩得多，所以我們希望能夠在開(kāi)發(fā)程序時(shí)就發(fā)現(xiàn)并解決這些問(wèn)題。下面介紹一些可用的自由軟件。

工具一：垃圾回收器(GC)

在GCC(下載)工具包中，有一個(gè)“垃圾回收器(GC)”，它可以輕松檢測(cè)并且修正很多的內(nèi)存問(wèn)題。目前該項(xiàng)目由HP的Hans-J.Boehm負(fù)責(zé)。

使用的技術(shù)

GC使用的是名為Boehm-Demers-Weiser的可以持續(xù)跟蹤內(nèi)存定位的技術(shù)。它的算法通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存定位函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。程序使用這些函數(shù)進(jìn)行編譯，然后執(zhí)行，算法就會(huì)分析程序的操作。該算法非常著名并且比較容易理解，不會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題或者對(duì)程序有任何干擾。

性能

該工具有很好的性能，故可以有效提高程序效率。其代碼非常少并且可以直接在GCC中使用。

該工具沒(méi)有界面，使用起來(lái)比較困難，所以要想掌握它還是要花一些工夫的。一些現(xiàn)有的程序很有可能無(wú)法使用這個(gè)編輯器進(jìn)行配置。此外，為了讓所有的調(diào)用能被捕獲，所有的內(nèi)存調(diào)用(比如malloc()和free())都必須要使用由GC提供的相應(yīng)函數(shù)來(lái)代替。我們也可以使用宏來(lái)完成這一工作，但還是覺(jué)得不夠靈活。

結(jié)論

如果你希望能夠有跨平臺(tái)(體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng))的解決方案，那么就是它了。

工具二：Memprof

Memprof(下載)是一個(gè)非常具有吸引力且非常易于使用的軟件，它由Red Hat的Owen Talyor創(chuàng)立。這個(gè)工具是用于GNOME前端的Boehm-Demers-Weiser垃圾回收器。

使用的技術(shù)

就其核心技術(shù)來(lái)說(shuō)，Memprof和上面提到的GC沒(méi)有什么本質(zhì)的不同。不過(guò)在實(shí)現(xiàn)這一功能時(shí)，它是從程序中捕獲所有的內(nèi)存請(qǐng)示并且實(shí)時(shí)將其重定位到垃圾回收器。

性能

該工具的性能非常不錯(cuò)，其GUI設(shè)計(jì)得也不錯(cuò)(如圖1所示)。這個(gè)工具直接就可以執(zhí)行，并且其工作起來(lái)無(wú)需對(duì)源代碼進(jìn)行任何修改。在程序執(zhí)行時(shí)，這個(gè)工具會(huì)以圖形化的方式顯示內(nèi)存的使用情況，以幫助你了解程序運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)存的申請(qǐng)情況(如圖1)。

圖1 Memprof的GUI

該工具目前只能運(yùn)行于x86和PPC體系結(jié)構(gòu)之上的Linux系統(tǒng)之中。如果你需要用于其它的平臺(tái)，應(yīng)該想想使用其它的工具。該工具不是GTK應(yīng)用程序，所以需要一個(gè)完整的GNOME環(huán)境。這樣就使得其不能靈活用于所有的地方。此外，該工具的開(kāi)發(fā)工作進(jìn)展得也比較緩慢(現(xiàn)在是0.4.1版)。

結(jié)論

如果你喜歡GUI工具并且不介意只能用于Linux以及GNOME之下，該工具應(yīng)該可以說(shuō)是非常不錯(cuò)。

工具三：Valgrind

Valgrind(http://developer.kde.org/~sewardj/)是一個(gè)致力于解決所有內(nèi)存問(wèn)題的程序，而內(nèi)存泄漏只不過(guò)是其中的問(wèn)題之一而已。該工具的開(kāi)發(fā)人員是Julian Seward(以Bzip2和Cacheprof而聞名)。該工具宣稱自己“是專門致力于解決x86 Linux中開(kāi)放源代碼的內(nèi)存問(wèn)題”，事實(shí)上，它的確做到了自己的宣言。此外，它還可以描述CPU緩存的使用情況，不過(guò)這一功能并不常用。

使用的技術(shù)

在這個(gè)程序中使用的技術(shù)非常復(fù)雜，不過(guò)其文檔非常豐富和完整(http://developer.kde.org/~sewardj/docs/techdocs.html)。程序分配的每一字節(jié)的內(nèi)存都被一個(gè)有九位的狀況字跟蹤，其目的是用于識(shí)別其意圖。這種做法大大加重了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

性能

這個(gè)工具是我們這兒介紹的三款中性能最差的一個(gè)，原因是顯而易見(jiàn)的。該工具提供的信息細(xì)節(jié)是三個(gè)工具中最豐富的，因而速度也是最慢的。除了一些常見(jiàn)的問(wèn)題外，該工具還可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)存其它的一些問(wèn)題，甚至一些POSIX線程方面的問(wèn)題。緩沖的信息對(duì)于大部分程序來(lái)說(shuō)似乎沒(méi)有必要，不過(guò)它是一個(gè)查看程序性能的很好方式。對(duì)于Valgrind來(lái)說(shuō)，值得一提的就是其開(kāi)發(fā)速度非常快，其開(kāi)發(fā)社團(tuán)也非?；钴S。事實(shí)上，在Valgrind的主頁(yè)上作者甚至有一句話：“如果你在使用Valgrind過(guò)程中有任何問(wèn)題，請(qǐng)不要介意，給我發(fā)郵件吧”。

不過(guò)，該工具是專門用于x86的。其界面是純命令行方式，但是其可用性非常好。該工具可以直接在二進(jìn)制下運(yùn)行，所以在使用時(shí)并不需要對(duì)其進(jìn)行重新編譯。不過(guò)要熟練掌握它，還是需要使用者進(jìn)行一番努力的。此外，雖然該工具曾經(jīng)使用于Mozilla、OpenOffice等一些大的線程程序，但該工具對(duì)線程的支持并不完善。我想如果該工具要是有一個(gè)GUI界面，將會(huì)贏得更多人的青睞。

結(jié)論

如果你使用x86，對(duì)自己的代碼非常了解并且不介意使用命令行方式，那么這個(gè)程序?qū)⑹悄愕闹翋?ài)。

如果我在此介紹的三款工具你都不喜歡，那也沒(méi)有關(guān)系，可在下面站點(diǎn)中找到很多檢測(cè)內(nèi)存錯(cuò)誤的工具：http://www.sslug.dk/emailarkiv/bog/2001_08/msg00030.html。此外，還有一些商業(yè)工具，比如Purify、Geodesic等。在此就不詳細(xì)介紹。