在嵌入式Linux開(kāi)發(fā)中，如果存在編程不當(dāng)，申請(qǐng)的內(nèi)存未按預(yù)期釋放，就會(huì)存在內(nèi)存泄漏的情況，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致整個(gè)程序因oom而崩潰，本篇先簡(jiǎn)單介紹一些Linux系統(tǒng)中查看指定進(jìn)程的內(nèi)存使用情況的方法，并通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)對(duì)比查看出現(xiàn)內(nèi)存泄漏后的內(nèi)存占用情況。

1 Linux進(jìn)程內(nèi)存使用情況的查看方法

這里暫且先介紹兩種方式，查看status文件和查看smaps文件

1.1 proc/pid/status中的VmRSS

在 Linux 系統(tǒng)中，/proc/[pid]/status 文件中的 ‌VmRSS‌（Virtual Memory Resident Set Size）表示進(jìn)程當(dāng)前實(shí)際占用的‌物理內(nèi)存大小‌。

示例：

1.2 proc/pid/smaps中的USS(Private_Clean + Private_Dirty)

在 Linux 系統(tǒng)的 /proc/[pid]/smaps文件中，‌Private_Clean‌ 和 ‌Private_Dirty‌ 之和代表了該進(jìn)程‌獨(dú)占的、實(shí)際駐留在物理內(nèi)存中的頁(yè)面大小‌。

• ‌**Private (私有)**‌: 指該內(nèi)存頁(yè)僅被當(dāng)前進(jìn)程引用（引用計(jì)數(shù)為 1），其他進(jìn)程無(wú)法訪問(wèn)。這通常包括進(jìn)程的堆（heap）、棧（stack）以及私有數(shù)據(jù)段。
• ‌Clean (干凈)‌: 指該內(nèi)存頁(yè)的內(nèi)容與 backing store（如磁盤上的文件映射或初始狀態(tài)）‌一致‌，未被修改過(guò)。如果系統(tǒng)需要回收內(nèi)存，可以直接丟棄這些頁(yè)，無(wú)需寫回磁盤。
• ‌Dirty (臟)‌: 指該內(nèi)存頁(yè)的內(nèi)容‌已被修改‌，與原始來(lái)源不一致。如果系統(tǒng)需要回收這些頁(yè)，必須先將數(shù)據(jù)寫回交換分區(qū)（Swap）或關(guān)聯(lián)的文件中。

Private_Clean 與 Private_Dirty 之和即為該進(jìn)程的 ‌USS‌（Unique Set Size，唯一集大?。?/p>

示例：

一共18個(gè)內(nèi)存分段：

• 程序自身 ELF 文件映射段（3 段）
  • 55ee5c381000-55ee5c389000 r-xp … test5：可執(zhí)行代碼段 (.text)
  • 55ee5c588000-55ee5c589000 r–p … test5：只讀常量段 (.rodata)
  • 55ee5c589000-55ee5c58a000 rw-p … test5：全局?jǐn)?shù)據(jù)段 (.data/.bss)
• 進(jìn)程堆段（1 段）
  • 55ee5d904000-55ee5d925000 rw-p … [heap]：堆內(nèi)存
• libc-2.27.so C 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)映射（5 段）
  • 7f8fb5397000-7f8fb557e000 r-xp … libc-2.27.so：代碼段.text
  • 7f8fb557e000-7f8fb577e000 —p … libc-2.27.so：保護(hù)隔離頁(yè) (Gap 防護(hù)頁(yè))
  • 7f8fb577e000-7f8fb5782000 r–p … libc-2.27.so：只讀常量段.rodata
  • 7f8fb5782000-7f8fb5784000 rw-p … libc-2.27.so：全局?jǐn)?shù)據(jù)段
  • 7f8fb5784000-7f8fb5788000 rw-p …（匿名）：匿名私有段
• 動(dòng)態(tài)鏈接器 ld-2.27.so 映射（5 段）
  • 7f8fb5788000-7f8fb57b1000 r-xp … ld-2.27.so：鏈接器代碼段
  • 7f8fb598b000-7f8fb598d000 rw-p …（匿名）：鏈接器運(yùn)行時(shí)匿名內(nèi)存
  • 7f8fb59b1000-7f8fb59b2000 r–p … ld-2.27.so：鏈接器只讀常量段
  • 7f8fb59b2000-7f8fb59b3000 rw-p … ld-2.27.so：鏈接器全局?jǐn)?shù)據(jù)段
  • 7f8fb59b3000-7f8fb59b4000 rw-p …（匿名）：鏈接器額外匿名私有內(nèi)存
• 內(nèi)核預(yù)留特殊匿名段（4 段）
  • 7ffe646ef000-7ffe64710000 rw-p … [stack]：主線程棧
  • 7ffe64798000-7ffe6479b000 r–p … [vvar]：內(nèi)核只讀變量頁(yè)
  • 7ffe6479b000-7ffe6479c000 r-xp … [vdso]：虛擬動(dòng)態(tài)共享庫(kù)
  • ffffffff600000-ffffffffff601000 --xp … [vsyscall]：老式系統(tǒng)調(diào)用兼容段

1.3 獲取RSS與USS的簡(jiǎn)易腳本

USS的計(jì)算：

• 首先通過(guò)ps和grep、awk指令過(guò)濾出指定進(jìn)程（本例中是名為test5的程序）的進(jìn)程id
• 然后讀取該進(jìn)程id的smaps文件，再通過(guò)awk指令計(jì)算出Private_Clean + Private_Dirty得到USS

RSS的計(jì)算：

• 讀取該進(jìn)程id的status文件，grep指令找到VmRSS對(duì)應(yīng)的大小

#!/bin/bash

PID=`ps -aux | grep test5 | grep -v grep | grep -v test5.c | awk '{print $2}'`
FILE=/proc/$PID/smaps

if [ ! -f "$FILE" ]; then
    echo "進(jìn)程 $PID 不存在"
    exit 1
fi

# 計(jì)算 USS = Private_Clean + Private_Dirty
USS_KB=$(awk '/Private_Clean/ {pc += $2}
               /Private_Dirty/ {pd += $2}
               END {print pc + pd}' "$FILE")

RSS_KB=$(grep VmRSS /proc/$PID/status | awk '{print $2}')

echo "PID: $PID"
echo "USS: $USS_KB KB ($((USS_KB/1024)) MB)"
echo "RSS: $RSS_KB KB ($((RSS_KB/1024)) MB)"

這里解釋下USS_KB的計(jì)算：

USS_KB=$(awk '/Private_Clean/ {pc += $2}

• USS_KB=：定義 Shell 變量，用來(lái)存儲(chǔ)最終計(jì)算結(jié)果
• $(...)：命令替換，把括號(hào)內(nèi)命令的輸出賦值給變量
• awk：調(diào)用 awk 文本處理工具逐行掃描 $FILE 文件
• /Private_Clean/：awk 匹配規(guī)則：只要當(dāng)前行包含字符串 Private_Clean
• {pc += $2}：匹配成功后執(zhí)行的動(dòng)作
  • $2：當(dāng)前行的第二個(gè)字段（默認(rèn)以空格 / 制表符分割列）
  • pc：自定義變量，初始值默認(rèn)為 0，pc += $2，即所有Private_Clean行的第 2 列數(shù)值全部累加存入pc

/Private_Dirty/ {pd += $2}

• 類似的，所有Private_Dirty行的第 2 列數(shù)值全部累加存入pd

END {print pc + pd}' "$FILE")

• END { ... }：awk 內(nèi)置結(jié)束塊，等文件所有行全部遍歷處理完之后，只執(zhí)行一次
• print pc + pd：打印兩個(gè)累加值相加的結(jié)果
• "$FILE"：awk 腳本結(jié)束，指定要處理的文件是 Shell 變量 $FILE

該腳本運(yùn)行一次檢查一次，若想持續(xù)運(yùn)行，也可繼續(xù)修改腳本，使之按指定時(shí)間間隔執(zhí)行。

2 內(nèi)存泄漏示例舉例

這里以cJSON解析示例，cJSON_Parse會(huì)申請(qǐng)內(nèi)存，生成json樹，在使用完會(huì)，需要通過(guò)cJSON_Delete來(lái)釋放內(nèi)存。

2.1 存在內(nèi)存泄漏的寫法

這里test_parse_json是對(duì)json數(shù)據(jù)（從json文件讀取，先保存在buf緩存中）進(jìn)行解析和處理，期望解析得到的json樹在外部釋放。

這里的問(wèn)題是，cJSON *jRoot不應(yīng)該使用一次指針，而應(yīng)該使用二級(jí)指針。

簡(jiǎn)單分析：

• 參數(shù)cJSON *jRoot雖然是指針，但按照參數(shù)按值傳遞的原則，是傳入的外部cJSON *jRoot的NULL值（外部cJSON *jRoot是實(shí)參，其值NULL傳給函數(shù)參數(shù)中的形參cJSON *jRoot）
• 內(nèi)部的jRoot，實(shí)際是另一個(gè)副本，初始值就是傳入的NULL，然后接受cJSON_Parse的賦值
• test_parse_json退出后，外部的cJSON *jRoot實(shí)際未被修改，仍為NULL，所以未能釋放內(nèi)存，造成內(nèi)存泄漏

// 錯(cuò)誤示例
void test_parse_json(char *buf, cJSON *jRoot)
{
    jRoot = cJSON_Parse(buf);
    if (jRoot)
    {
        cJSON *json = NULL;
        
        if ((json = cJSON_GetObjectItem(jRoot, "version")))
        {
            printf("[%s:%d] version:%d\n", __func__, __LINE__, json->valueint);
        }
        
        char *data = cJSON_PrintUnformatted(jRoot);
        printf("[%s:%d] ok:%s\n", __func__, __LINE__, data);
        free(data);
    }
}

//================== 使用示例
cJSON *jRoot = NULL;
test_parse_json(buf, jRoot);

if (jRoot)
{
    cJSON_Delete(jRoot); // 釋放cJSON_Parse申請(qǐng)的內(nèi)存
    printf("[%s:%d] [%d] cJSON_Delete\n", __func__, __LINE__, i);
}
else
{
    printf("[%s:%d] [%d] err, null jRoot!\n", __func__, __LINE__, i);
}

如果在cJSON_Delete時(shí)，沒(méi)有對(duì)jRoot是NULL的錯(cuò)誤打印，問(wèn)題將被掩蓋，因?yàn)閖son解析代碼運(yùn)行結(jié)果是正常的。

2.2 正確的寫法

正確的做法是使用二級(jí)指針。

簡(jiǎn)單分析：

• 參數(shù)cJSON **jRoot是二級(jí)指針，但按照參數(shù)按值傳遞的原則，是傳入的外部cJSON *jRoot的地址（外部cJSON *jRoot是實(shí)參，其地址值傳給函數(shù)參數(shù)中的形參cJSON **jRoot）
• 內(nèi)部的jRoot，實(shí)際是另一個(gè)副本，初始值就是傳入的外部cJSON *jRoot的地址，而*jRoot就是外部cJSON *jRoot所存儲(chǔ)的值，然后接受cJSON_Parse的賦值，這里，外部的cJSON *jRoot就記錄到了內(nèi)部cJSON_Parse申請(qǐng)的內(nèi)存地址
• test_parse_json退出后，外部的cJSON *jRoot就可以釋放內(nèi)存

關(guān)于二級(jí)指針的介紹，具體可看之前的文章

// 正確示例
void test_parse_json_2(char *buf, cJSON **jRoot)
{
    *jRoot = cJSON_Parse(buf);
    if (*jRoot)
    {
        cJSON *json = NULL;

        if ((json = cJSON_GetObjectItem(*jRoot, "version")))
        {
            printf("[%s:%d] version:%d\n", __func__, __LINE__, json->valueint);
        }
        
        char *data = cJSON_PrintUnformatted(*jRoot);
        printf("[%s:%d] ok:%s\n", __func__, __LINE__, data);
        free(data);
    }
}

//================== 使用示例
cJSON *jRoot = NULL;
test_parse_json_2(buf, &jRoot);

if (jRoot)
{
    cJSON_Delete(jRoot); // 釋放cJSON_Parse申請(qǐng)的內(nèi)存
    printf("[%s:%d] [%d] cJSON_Delete\n", __func__, __LINE__, i);
}
else
{
    printf("[%s:%d] [%d] err, null jRoot!\n", __func__, __LINE__, i);
}

2.3 完整示例代碼

// gcc test5.c cjson/cJSON.c -o test5
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include "cjson/cJSON.h"
#define CONFIG_FILE1 "config1.json"
int read_json_file(const char *filePath, char **buf, int *buf_len)
{   
    FILE *fp = fopen(filePath, "r");
    if (!fp) 
    {
        printf("fopen:%s failed\n", filePath);
        return -1;
    }
    // 計(jì)算文件的大小
    fseek(fp, 0, SEEK_END);
    *buf_len = ftell(fp);
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    // 分配內(nèi)存
    *buf = malloc(*buf_len + 1);
    if (NULL == *buf) 
    {
        fclose(fp);
        return -1;
    }
    memset(*buf, 0, *buf_len + 1);  // 清空，防止臟數(shù)據(jù)
    // 讀取內(nèi)存
    fread(*buf, 1, *buf_len, fp);
    fclose(fp);
    cJSON_Minify(*buf); // 刪除注釋+壓縮
    printf("[%s:%d] buf_len:%d, buf:%s]\n", __func__, __LINE__, *buf_len, *buf);
    return 0;
}
// 錯(cuò)誤示例
void test_parse_json(char *buf, cJSON *jRoot)
{
    jRoot = cJSON_Parse(buf);
    if (jRoot)
    {
        cJSON *json = NULL;
        if ((json = cJSON_GetObjectItem(jRoot, "version")))
        {
            printf("[%s:%d] version:%d\n", __func__, __LINE__, json->valueint);
        }
        char *data = cJSON_PrintUnformatted(jRoot);
        printf("[%s:%d] ok:%s\n", __func__, __LINE__, data);
        free(data);
    }
}
// 正確示例
void test_parse_json_2(char *buf, cJSON **jRoot)
{
    *jRoot = cJSON_Parse(buf);
    if (*jRoot)
    {
        cJSON *json = NULL;
        if ((json = cJSON_GetObjectItem(*jRoot, "version")))
        {
            printf("[%s:%d] version:%d\n", __func__, __LINE__, json->valueint);
        }
        char *data = cJSON_PrintUnformatted(*jRoot);
        printf("[%s:%d] ok:%s\n", __func__, __LINE__, data);
        free(data);
    }
}
int main(void)
{   
    char *buf = NULL;
    int buf_len = 0;
    read_json_file(CONFIG_FILE1, &buf, &buf_len);
    printf("[%s:%d] buf_len:%d, buf:%s]\n", __func__, __LINE__, buf_len, buf);
    for (int i = 0; i < 5000; i++) // 多循環(huán)幾次，效果更明顯
    {
        cJSON *jRoot = NULL;
#if 0
        // 錯(cuò)誤示例
        test_parse_json(buf, jRoot);
#else   
        // 正確示例
        test_parse_json_2(buf, &jRoot);
#endif
        if (jRoot)
        {
            cJSON_Delete(jRoot); // 釋放cJSON_Parse申請(qǐng)的內(nèi)存
            printf("[%s:%d] [%d] cJSON_Delete\n", __func__, __LINE__, i);
        }
        else
        {
            printf("[%s:%d] [%d] err, null jRoot!\n", __func__, __LINE__, i);
        }
    }
    // 釋放內(nèi)存
    free(buf);
    buf = NULL;
    while(1)
    {
        sleep(1); // 程序先暫停在這里，便于觀察內(nèi)存使用情況
    }
    return 0;
}

3 運(yùn)行結(jié)果

運(yùn)行沒(méi)有內(nèi)存泄漏的分支，可以看到在循環(huán)5000次后，無(wú)論是USS還是RSS，都只有幾百K

運(yùn)行有內(nèi)存泄漏的分支，可以看到在循環(huán)5000次后，因?yàn)槊看味紱](méi)有釋放json，最終USS是約5MB，RSS是約6MB，對(duì)比可見(jiàn)內(nèi)存未釋放

4 總結(jié)

本篇初步介紹了Linux進(jìn)程內(nèi)存監(jiān)測(cè)的簡(jiǎn)單方案，包括查看status和smaps文件中相關(guān)內(nèi)存數(shù)據(jù)記錄，然后通過(guò)cJSON的實(shí)例，對(duì)比有無(wú)內(nèi)存泄漏的情況下，通過(guò)查詢?cè)撨M(jìn)程的USS和RSS的大小，確認(rèn)內(nèi)存泄漏的存在。

以上就是Linux進(jìn)程內(nèi)存監(jiān)測(cè)與內(nèi)存泄漏的檢測(cè)方法的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Linux內(nèi)存監(jiān)測(cè)與內(nèi)存泄漏檢測(cè)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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