使用 DrMemory 详细教程

Dr Memory 简介

Dr. Memory 是一个开源免费的内存检测工具，它可以及时发现内存相关的编程错误，好比未初始化访问、内存非法访问以及内存泄露等。它不只可以在 Linux 下面工做，也能在微软的 Windows 操做系统上工做。不过，本文撰写时，DrMemory 仅能支持 32 位程序，这是它的一个巨大缺陷，但相信随着开发的进行，DrMemory 会推出支持 64 位程序的版本。

Dr Memory 与 Valgrind 相似，能够直接检查已经编译好的可执行文件。用户不用改写被检查程序的源代码，也无须从新连接第三方库文件，使用起来很是方便。

Dr. Memory 创建在 DynamoRIO 这个动态二进制插桩平台上。动态监测程序的运行，并对内存访问相关的执行代码进行动态修改，记录其行为，并采用先进的算法进行错误检查。

根据 DrMemory 开发人员发表在 CGO 2011上的论文 Practical Memory Checking with Dr. Memory，DrMemory 对程序的正常执行影响较小，这在同类工具中是比较领先的。其 performance 和 Valgrind 的比较如图 1 所示(图片源自 DrMemory 主页)：

图 1. 和 Valgrind 的性能比较

 

Valgrind 对程序的正常运行影响较大，通常来讲若是进行全面内存检测，会使程序的运行速度有 50 到 300 倍的减慢。而 DrMemory 在这个方面则有必定的优点。

易用性和性能是 DrMemory 的主要优势，此外 DrMemory 能够用于调试 Windows 程序，所以它被普遍认为是 Windows 上的 Valgrind 替代工具。在 Linux 平台中，DrMemory 也每每能够做为 Valgrind 以外的另外一个选择。

DrMemory 对内存泄露的监测采用了比较独特的算法，大量减小了”false positive”，即虚假错误。若是您使用 Valgrind 等工具后仍没法找到程序中的内存错误，不妨试试 DrMemory 吧。

在 Linux 上，DrMemory 的目前版本尚不能调试 64 位程序，这是它的一个比较大的缺点。

DrMemory 的安装

在 Linux 上，安装 Dr Memory 很是简单，简单地将下载包解压便可，如

tar –xzvf DrMemory-Linux-1.4.6-2.tar.gz

要想使用 DrMemory，要保证下面这些软件已经正确安装：

perl、objdump、addr2line。

在任何一个当前的 Linux 发行版中，这几个软件应该都已经安装了，所以基本上您只须要下载 DrMemory 的 tar 包，而后解压便可使用了。

Windows 上 DrMemory 提供了可执行安装包，只需点击下一步，便可安装完毕。

Hello DrMemory，第一印象

DrMemory 的使用很简单，能够说它是傻瓜式。首先个人DrMemory安装路径是C:\Program Files (x86)\Dr. Memory\bin64\drmemory.exe；示例程序可执行文件路径：C:\Users\31937\Desktop\test\bin\Debug\test.exe，而后在执行drmemory.exe  C:\Users\31937\Desktop\test\bin\Debug\test.exe命令时，先须要将控制台路径切换到你的DrMemory安装路径下，而后执行drmemory.exe  C:\Users\31937\Desktop\test\bin\Debug\test.exe命令

C:\Program Files (x86)\Dr. Memory\bin64>drmemory.exe  C:\Users\31937\Desktop\test\bin\Debug\test.exe

示例程序1：

1 #include <stdlib.h>
2 using namespace std;
3 
4 int main()
5 {
6     int *pPtr = (int *)malloc(sizeof(int));
7     return 0;
8 }

 

执行完命令后控制台显示的结果为：

屏幕上会有如上所示的错误汇总，4 byte(s) of leak(s) 而且将定位在main.cpp的第6行。不错吧。根据提示，更多的细节被写入一个 result 文本文件。打开并查看该文件，就能够知道程序在哪里出现了内存错误了。真是太方便了。不过 result 文件是否容易阅读呢？下面咱们来详细解释如何阅读 DrMemory 产生的 result 文件。

1、DrMemory 错误报告类型

DrMemory总共能够检测出4种主要错误他们分别是内存非法访问（Unaddressable Access）、未初始化读（Uninitialized Access）、Heap 操做参数错误(Invalid Heap Argument) 、内存泄漏（Memory Leaks），下面对这几种主要错误来进行详细讲解：

1）内存非法访问（Unaddressable Access）

DrMemory 认为任何对未分配内存区域的读写都是非法的。

非法访问就是对以上三种方法分配的内存区域以外进行的访问。常见的问题包括 buffer overflow、数组越界、读写已经 free 的内存、堆栈溢出等等。让咱们测试下面这个问题程序。

例子程序2：

 1 #include <iostream>
 2 #include <stdlib.h>
 3 using namespace std;
 4 
 5 int main()
 6 {
 7     char *x = (char *)malloc(sizeof(char));
 8     char c = *(x+8);   //buffer overlow
11     return 0;
12 }

Buffer overflow

例子程序的第8 行存在 buffer overflow。在内存中，buffer 的分布以下图所示：

图 2. Buffer 分布

 

访问 x+8 将产生一个非法内存访问。对此，Dr Memory 将给出以下的错误信息：

 首先用大写的单词 UNADDRESSABLE ACCESS 代表这是一个非法访问错误。接着，“reading 0x01397620-0x01397621 1 byte(s)”表示这是一个非法读，读取的范围为 0x01397620到 0x01397621，一共读了 1 个 byte。接下来的三行是调用堆栈信息，能够方便地看到错误发生在哪一个源文件的哪一行（程序 t 须要在用 gcc 编译的时候给定-g 选项）。此外 DrMemory 还给出了一些辅助的错误信息。好比：

1.错误发生的位置：# 0 main               [C:/Users/31937/Desktop/test/main.cpp:8]

2.错误发生的时间：Note: @0:00:00.516 in thread 9716。这代表错误是程序开始的第 0.516 秒后发生的，有些状况下，人们能够根据这个时间进行辅助判断。

3.错误细节：Note: refers to 7 byte(s) beyond last valid byte in prior malloc。这里给出了错误的详细信息，如前所述，形成非法访问的可能不少，在本例中是 buffer overflow，所以这里的详细信息能够帮助咱们了解非法访问的具体缘由。

Note: prev lower malloc:  0x01397618-0x01397619。这里给出了 overflow 以前的合法内存地址，有些状况下对于查错 有必定的帮助。

Note: instruction: mov    0x08(%eax) -> %al。这里给出的是形成错误的具体指令。

2）未初始化读（Uninitialized Access）

读取未初始化的内存其结果是未知的，使用这样的数据是很危险的。让咱们查看下面这个测试程序(并不危险的程序)：

示例程序3：

 1 #include <iostream>
 2 #include <stdlib.h>
 3 using namespace std;
 4 
 5 class Test
 6 {
 7     public:int m_iNum;
 8 };
 9 int main()
10 {
11     Test pTest;
12     cout<<pTest.m_iNum;
13     return 0;
14 }

运行结果：

首先用大写的单词 UNINITIALIZED READ 代表这是一个未初始化读错误。这是常见的类成员变量没有进行初始化错误

3）Heap 操做参数错误(Invalid Heap Argument)

C 语言用 malloc()、free()等函数处理内存 heap 的使用。若是使用不当，会形成未知后果，好比传入 free()的参数不正确，可能形成 crash，或者用 new 分配，却用 free 来释放内存。这类错误 DrMemory 称之为 Invalid Heap Argument 错误。

示例程序4：

 1 #include <iostream>
 2 #include <stdlib.h>
 3 using namespace std;
 4 
 5 int main()
 6 {
 7     int *pPtr = (int *)malloc(sizeof(int));
 8     free(pPtr);
 9     free(pPtr);
10     return 0;
11 }

运行结果

首先用大写的单词 INVALID HEAP ARGUMENT 代表这是一个Heap 操做参数错误。

4）内存泄漏（Memory Leaks） 

内存泄露是常见的内存错误，咱们可能都曾经遇到过。不过 Dr.Memory 对内存泄露的定义比较独特，在程序退出以前，Dr.Memory 把全部依然被分配的内存分为三类：

Still-reachable allocation

不少程序分配了内存以后，在其整个生命周期内都不释放。虽然这是一种泄露，但实际上多数状况下这是无害的，甚至是特地这样设计的。所以 Dr.Memory 并不认为这是一种内存泄露，而称之为”Still-reachable allocation”。

Leak

有一些内存没法再被释放，由于指向该内存的指针丢失了。好比下面这个代码：

内存 Leak 例子代码

1 char *ptr = (char *)malloc(sizeof(char)*10);
2 char *ptr1 = (char *)malloc(sizeof(char)*100);

3 ptr=ptr1; //leak

DrMemory 称这类错误为内存泄露。由于这些内存已经没有办法被释放了。

Possible Leak

如前所述指向内存的指针被修改会被认为是一个 Leak，但并不是全部的指针修改都是一个 Leak。DrMemory 利用一些经验规则(Heuristic)将如下几种指针修改列为 Possible Leak。

第一种状况：C++程序利用 new[]分配了一个数组，该数组的每一个元素都是 拥有本身的析构函数的复杂数据结构。这种状况下，New 操做符为每一个元素加上一个 header 用来保存数组的个数，以便 delete[]操做符知道须要调用多少个析构函数。但 new[]返回 caller 的是 header 以后的地址，这样就变成了一个 mid-allocation 指针。这可能被 Dr memory 认为是一个内存泄露。但可使用-no_midchunk_new_ok 选项让 DrMemory 将这类错误报告为”possible leak”而非”leak”。

参考下图，理解这种状况。

图 4.mid-chunk new

从堆分配器的角度来看，buffer 的起点在 A 处，但 new 返回 B，给 Object 变量赋值。从某种角度上看，指针 A 丢失了，是一个 leak，但实际上，当调用 delete []操做符时，C++运行时库会自动将 Object 指针减 4，从而指向 A 点，再进行释放。某些编译器不使用这种作法，则没有这个问题。

第二种状况，某些 C++编译器在处理多继承时，会出现 mid-chunk 指针。很抱歉，具体细节本人也不甚了解。Dr Memory 的原文以下：it includes instances of a pointer to a class with multiple inheritance that is cast to one of the parents: it can end up pointing to the subobject representation in the middle of the allocation. 您能够用-no_midchunk_inheritance_ok 选项将这类“错误”报告为”possible leak” 。

还有一种可能：std::string 类把一个 char[]数组放置在分配空间中，并返回一个指针直接指向它，形成了一个 mid-allocation 指针。您能够用-no_midchunk_string_ok 选项让这类错误显示为”possible leak”。

示例程序5：

1 #include <stdlib.h>
2 using namespace std; 3 4 int main() 5 { 6 int *pPtr = (int *)malloc(sizeof(int)); 7 return 0; 8 }

 

显示的结果：

屏幕上会有如上所示的错误汇总，4 byte(s) of leak(s) 而且将定位在main.cpp的第6行。不错吧。根据提示，更多的细节被写入一个 result 文本文件。打开并查看该文件，就能够知道程序在哪里出现了内存错误了。真是太方便了。不过 result 文件是否容易阅读呢？下面咱们来详细解释如何阅读 DrMemory 产生的 result 文件。

结束语

很高兴也很遗憾我能为你们介绍一款新的内存调试工具。咱们恐怕已经面临太多的选择，假如您用 Google 搜索，会找到不少相似的工具，他们中的多数都不易使用，也许您花了不少的精力去学习某款工具的使用，却发现它根本就不适合您的环境。

惋惜，不一样的工具备不一样的优势和缺点，直到今天，尚没有一款工具可以替代全部其它的同类。写程序有时很无奈，尤为是面对内存错误的时候，多一个选择也许会让你摆脱困境。下一次，假如人们告诉您程序有内存泄露，那么不妨用 DrMemory 试一下。