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Linux进程内存监测与内存泄漏的检测方法

作者：码农爱学习

在嵌入式Linux开发中,了解内存泄漏至关重要,本文介绍了如何通过查看status文件和smaps文件中的VmRSS和USS来监测Linux进程内存使用情况,并通过cJSON解析示例展示了内存泄漏的成因及正确处理方法,需要的朋友可以参考下

在嵌入式Linux开发中，如果存在编程不当，申请的内存未按预期释放，就会存在内存泄漏的情况，严重的时候会导致整个程序因oom而崩溃，本篇先简单介绍一些Linux系统中查看指定进程的内存使用情况的方法，并通过一个实例来对比查看出现内存泄漏后的内存占用情况。

1 Linux进程内存使用情况的查看方法

这里暂且先介绍两种方式，查看status文件和查看smaps文件

1.1 proc/pid/status中的VmRSS

在 Linux 系统中，/proc/[pid]/status 文件中的 ‌VmRSS‌（Virtual Memory Resident Set Size）表示进程当前实际占用的‌物理内存大小‌。

示例：

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

在 Linux 系统的 /proc/[pid]/smaps文件中，‌Private_Clean‌ 和 ‌Private_Dirty‌ 之和代表了该进程‌独占的、实际驻留在物理内存中的页面大小‌。

Private_Clean 与 Private_Dirty 之和即为该进程的 ‌USS‌（Unique Set Size，唯一集大小）

示例：

一共18个内存分段：

1.3 获取RSS与USS的简易脚本

USS的计算：

RSS的计算：

#!/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 "进程 $PID 不存在"
    exit 1
fi

# 计算 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)"

这里解释下USS_KB的计算：

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

/Private_Dirty/ {pd += $2}

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

该脚本运行一次检查一次，若想持续运行，也可继续修改脚本，使之按指定时间间隔执行。

2 内存泄漏示例举例

这里以cJSON解析示例，cJSON_Parse会申请内存，生成json树，在使用完会，需要通过cJSON_Delete来释放内存。

2.1 存在内存泄漏的写法

这里test_parse_json是对json数据（从json文件读取，先保存在buf缓存中）进行解析和处理，期望解析得到的json树在外部释放。

这里的问题是，cJSON *jRoot不应该使用一次指针，而应该使用二级指针。

简单分析：

// 错误示例
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); // 释放cJSON_Parse申请的内存
    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时，没有对jRoot是NULL的错误打印，问题将被掩盖，因为json解析代码运行结果是正常的。

2.2 正确的写法

正确的做法是使用二级指针。

简单分析：

关于二级指针的介绍，具体可看之前的文章

// 正确示例
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); // 释放cJSON_Parse申请的内存
    printf("[%s:%d] [%d] cJSON_Delete\n", __func__, __LINE__, i);
}
else
{
    printf("[%s:%d] [%d] err, null jRoot!\n", __func__, __LINE__, i);
}

2.3 完整示例代码

// 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;
    }
    // 计算文件的大小
    fseek(fp, 0, SEEK_END);
    *buf_len = ftell(fp);
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    // 分配内存
    *buf = malloc(*buf_len + 1);
    if (NULL == *buf) 
    {
        fclose(fp);
        return -1;
    }
    memset(*buf, 0, *buf_len + 1);  // 清空，防止脏数据
    // 读取内存
    fread(*buf, 1, *buf_len, fp);
    fclose(fp);
    cJSON_Minify(*buf); // 删除注释+压缩
    printf("[%s:%d] buf_len:%d, buf:%s]\n", __func__, __LINE__, *buf_len, *buf);
    return 0;
}
// 错误示例
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);
    }
}
// 正确示例
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++) // 多循环几次，效果更明显
    {
        cJSON *jRoot = NULL;
#if 0
        // 错误示例
        test_parse_json(buf, jRoot);
#else   
        // 正确示例
        test_parse_json_2(buf, &jRoot);
#endif
        if (jRoot)
        {
            cJSON_Delete(jRoot); // 释放cJSON_Parse申请的内存
            printf("[%s:%d] [%d] cJSON_Delete\n", __func__, __LINE__, i);
        }
        else
        {
            printf("[%s:%d] [%d] err, null jRoot!\n", __func__, __LINE__, i);
        }
    }
    // 释放内存
    free(buf);
    buf = NULL;
    while(1)
    {
        sleep(1); // 程序先暂停在这里，便于观察内存使用情况
    }
    return 0;
}

3 运行结果

运行没有内存泄漏的分支，可以看到在循环5000次后，无论是USS还是RSS，都只有几百K

运行有内存泄漏的分支，可以看到在循环5000次后，因为每次都没有释放json，最终USS是约5MB，RSS是约6MB，对比可见内存未释放

4 总结

本篇初步介绍了Linux进程内存监测的简单方案，包括查看status和smaps文件中相关内存数据记录，然后通过cJSON的实例，对比有无内存泄漏的情况下，通过查询该进程的USS和RSS的大小，确认内存泄漏的存在。

以上就是Linux进程内存监测与内存泄漏的检测方法的详细内容，更多关于Linux内存监测与内存泄漏检测的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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