使用memleak检查和调试内存泄漏

小型的嵌入式应用中常常会出现许多内存问题，不少状况下难以定位问题出如今哪里。

我在 sourceforge 上找了些检测 C 内存泄漏的工具，感受比较易用的是 memleak，下面就来简要介绍一下它的使用。

下载获得的 memleak 压缩包大小不到 15 kB，解压后只有两个文件：memleak.c 和 memleak.h。在使用过程当中只须要包含头文件 memleak.h 就可使用 memleak 提供的几个易用而有效的内存检测函数了。

memleak的原理是利用C语言的宏调用来替代原有的函数调用，好比咱们在代码中调用malloc(s)，实际是调用了：dbg_malloc(s)，这个宏定义在 memleak.h 中给出：
#define malloc(s) (FILE_LINE, dbg_malloc(s))

memleak 维护了一个链表，在这个链表中保存着程序中对内存函数调用的记录，这些函数包括：malloc、calloc、realloc、free。每次调用这些函数时，就会更新这个链表。
有了这个表，咱们就能够在适当的位置调用 memleak 提供的函数，显示一些重要的信息，包括 malloc、calloc、realloc、free调用的次数，申请及分配的内存数，调用的文件和位置等等，信息很是详细。有了这些功能，咱们就很容易定位内存使用的错误源。

因为 memleak 在某些交叉编译器下不能正常编译经过，这里我将 memleak.c 中的结构体 struct head 修改以下：

struct head
{
struct head *addr;
size_t size;
char *file;
unsigned line;
/* two addresses took the same space as an address and an integer on many archs => usable */
union lf {
struct { struct head*prev, *next; } list;
struct { char *file; unsigned line; } free;
} u;
};

memleak.c 文件中其它调用到 head 中共用体 u 的地方也要作相应的修改。
修改后的文件能够 点击这里下载。

 

memleak 提供了如下几个函数接口：

extern void dbg_init(int history_length);
extern int dbg_check_addr(char *msg, void *ptr, int opt);
extern void dbg_mem_stat(void);
extern void dbg_zero_stat(void);
extern void dbg_abort(char *msg);
extern void dbg_heap_dump(char *keyword);
extern void dbg_history_dump(char *keyword);
extern void dbg_catch_sigsegv(void);

详细的介绍请查看 memleak.c 头部的注释或查看源代码理解。

 

下面举个简单的例子：

#include 
#include 
#include "memleak.h"
int main(void)
{
char * s, * t;
dbg_init(10);
s = (char *)malloc(100);    // 申请 100 bytes
t = (char *)malloc(11);     // 再申请 11 bytes
free(s);                    // 释放 100 bytes
s = (char *)malloc(80);     // 从新申请 80 bytes
dbg_heap_dump("");          // 显示调用栈
dbg_mem_stat();             // 显示调用统计
free(t);                    // 释放 11 bytes
free(s);                    // 释放 80 bytes
dbg_mem_stat();             // 再次显示调用统计
return 0;
}

编辑后保存为 test.c，与 memleak.c 和 memleak.h 放于同一目录下。
而后编写一 Makefile：

CC = gcc
EXEC = test
CSRC = test.c memleak.c
OBJS = $(patsubst %.c,%.o, $(CSRC))
all: $(EXEC)
$(EXEC): $(OBJS)
$(CC) $(OBJS) $(LDFLAGS) $(LDLIBS) -o $@
$(OBJS): %.o : %.c
$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
clean:
-rm -f $(EXEC) *.elf *.gdb *.o

也保存于同一目录，在该目录下 make 编译，执行 ./test 后输出以下：

***** test.c:14: heap dump start
(alloc: test.c:11 size: 11)
(alloc: test.c:13 size: 80)
***** test.c:14: heap dump end
test.c:15: m: 3, c: 0, r: 0, f: 1, mem: 91
test.c:18: m: 3, c: 0, r: 0, f: 3, mem: 0

怎么样，很简单吧？

 

memleak 中还有一个函数 dbg_catch_sigsegv(void)，能够绑定系统出现 SIGSEGV 信号时的处理函数，咱们能够经过修改 memleak.c 中的 sigsegv_handler，自定义这个 SIGSEGV 信号处理函数。不知道 uClinux 下的 SIGSEGV 信号是否也存在，有的话调试一些内存问题就更容易了。

最后从网上摘来一段 SIGSEGV 的介绍：

SIGSEGV --- Segment Fault. The possible cases of your encountering this error are:
1.buffer overflow --- usually caused by a pointer reference out of range.
2.stack overflow --- please keep in mind that the default stack size is 8192K.
3.illegal file access --- file operations are forbidden on our judge system.