嵌入式系统内存泄漏检测

很多人喜欢抱怨，嵌入式系统什么调试工具都没提供。这是事实，嵌入式操作系统，除了vxWorks还算强大外，其它系统能提供的东西真的少的可怜。哥倒是挺喜欢这样，时不时做点小工具，调节下神经，算是个开心的事。内存泄漏的检测就是蛮好玩的，原理简单，应用简单，且容易看到成果。

内存泄漏，就是忘记释放之前分配的堆内存，malloc, realloc少做了free操作。内存泄漏工具的基本原理就是捕获每一次malloc，realloc和free操作，在分配时将分配信息保存在一个列表里，释放时再从列表里清除。工具在设计的关键在于如何设计这个表，做到能够适应大量分配、释放操作的非常高效的频繁更新。当然，这些操作本身还不能调用外部（本C文件外）一个内嵌了mallc，free的操作，比如printf就应该避免，否则会形成递归错误。

还有一点需要提前说明的，内存是不是泄漏，软件本身并不能确认的，要靠人工根据实际代码功能进行分析。工具只能提供一个谁的嫌疑最大，让分析者能更快的发现并找到问题。

至于高效的存取列表，可以用zlib里的hash和avl。它们的实例是提前配置的，不存在动态分配内存问题。当然，自己搞一个也不错，列表是高效的就行。

https://files.cnblogs.com/files/hhao020/cshell_prj_with_memleak_util.rar
链接包含zlib，memleak等，下载软件包，解压后在linux下编译。

要让程序附加内存泄漏检测功能，需要在公共头文件里重定义malloc，realloc和free操作，如下：

#define malloc(size) tml_malloc(size, __FUNCTION__, __LINE__)
#define realloc(mem, size) tml_malloc(mem, size, __FUNCTION__, __LINE__)
#define free(mem) tml_free(mem)
IMPORT void* tml_malloc(int size, const char* function, int line);
IMPORT void tml_free(void* mem);
IMPORT void* tml_realloc(void* mem, int size, const char* function, int line);

在我提供的代码中，这个是加入到zType_Def.h中的，因为我的代码里，只有zType_Def.h是应用必须引用的。当然，如果有不引用的，memory leak检测是没办法的。

这段程序，先把malloc等函数编程宏操作。因为编译器总是先做预编译，这个阶段是不管看到的东西是函数还是变量，只要字符串跟宏定义相同，就会被替换。等预编译完成，所有代码里就只有tml_malloc，而没malloc调用了；当然，memleak.c除外，它里面还是要调用真实的malloc，free的。

memleak.c实现如下：

/*----------------------------------------------------------
File Name  : xxx.c
Description: 
Author     : hhao020@gmail.com (bug fixing and consulting)
Date       : 2007-05-15
------------------------------------------------------------*/  
#include "zType_Def.h"

#ifdef malloc
#undef malloc
#endif

#ifdef free
#undef free
#endif

#ifdef realloc
#undef realloc
#endif


/** copy below lines to a common header file

#define malloc(size) tml_malloc(size, __FUNCTION__, __LINE__)
#define realloc(mem, size) tml_malloc(mem, size, __FUNCTION__, __LINE__)
#define free(mem)      tml_free(mem)
IMPORT void* tml_malloc(int size, const char* function, int line);
IMPORT void  tml_free(void* mem);
IMPORT void* tml_realloc(void* mem, int size, const char* function, int line);

** copy ends*/

//#include "zTraceApi.h"   //replace zlib with stdlib, to make the tool be lighter
//#include "zSalOS.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include "memleak.h"

typedef struct MEMORY_LEAK_TYPE
{
  void* mem;
  int   size;
  const char* function;
  int   line;
  int   tAlloc;
} MemLeak_t;

static MemLeak_t g_memleaks[128] = { {0,}, };



static int tml_insert(void* mem, int size, const char* function, int line)
{
  int i;
  for(i=0; i<TBL_SIZE(g_memleaks); i++)
  {
    if(g_memleaks[i].mem) continue;
    g_memleaks[i].mem = mem;
    g_memleaks[i].size = size;
    g_memleaks[i].function = function;
    g_memleaks[i].line = line;
    g_memleaks[i].tAlloc = time(0); //zTime(0);

    return 1;
  }

  return 0;
}

static int tml_remove(void* mem)
{
  int i;
  for(i=0; i<TBL_SIZE(g_memleaks); i++)
  {
    if(g_memleaks[i].mem != mem) continue;
    g_memleaks[i].mem = 0;

    return 1;
  }
  
  return 0;
}

void* tml_realloc(void* mem, int size, const char* function, int line)
{
  if(mem) //note, a null memory must cause exception and crash
  {
    tml_remove(mem);
  }

  mem = realloc(mem, size);

  if(mem)
  {
    tml_insert(mem, size, function, line);
  }

  return mem;
}

void* tml_malloc(int size, const char* function, int line)
{
  void *mem = malloc(size);
  
  if(mem) tml_insert(mem, size, function, line);
  
  return mem;
}

void  tml_free(void* mem)
{
  if(mem) //note, a null memory must cause exception and crash
  {
    tml_remove(mem);
  }

  free(mem);

  return;
}

int tml_cleanall()
{
  memset(&g_memleaks[0], 0, sizeof(g_memleaks));
  return 0;
}

int tml_show(int ref_seconds) //only those memory allocated before ref_seconds are leak candidates
{
  int now = time(0);
  
  int i;
  for(i=0; i<TBL_SIZE(g_memleaks); i++)
  {
    if(!g_memleaks[i].mem) continue;
    if(now - g_memleaks[i].tAlloc <= ref_seconds) continue;

    printf("mem: %p size: %6d  @%s:%d  tAlloc: -%d\n", g_memleaks[i].mem, g_memleaks[i].size, g_memleaks[i].function, g_memleaks[i].line, now-g_memleaks[i].tAlloc);
  }
  return 1;
}

看，undef又将刚才的宏全部去掉了，这时候看到的malloc和free，就是真实的系统内存操作函数。这里必须要注意，如果刚刚的宏定义所在文件被引用，则必须放在undef前。否则undef就不生效了。

再接着，就是tml_malloc等函数的实现。我给的例子，用了个简单的数组，只是抛砖引玉，实际不可以这样，因为malloc这类操作可能很频繁（否则也就不会内存泄漏了）。如此低效的插入删除，系统早累趴下了！

当然，哥写的程序，几乎不在运行期调用任何malloc或是free；内存泄漏检测这玩意，就是给一般项目用的。

哦，差点忘记了，光记下当前函数是不够的，还应该从当前TCB获取task信息和栈顶附近的几个调用，不会的话，翻前一篇系统挂起检测文章。这样就能找到准确的谁调用的，在做什么。Linux下做这个有点困难，嵌入式软件就很容易做到。不过也没啥，有了一个调用者信息，还有相对应的内存也可以dump出来分析，基本上问题都能解决了。

 

测试示例：

cshell_prj $ bin/target_a.linux.i32.exe 
->p=0

$1/> p=0

 = 0 (0x0) <:0x3d :61 :'=' : size=0>
->p=testMalloc(100)

$2/> p=testMalloc(100)

 = 150846704 (0x8FDBCF0) <:0x3d :61 :'=' : size=0>
->tml_show()

$3/> tml_show()

mem: 0x8fdbcf0 size:    100  @testMalloc:35  tAlloc: -4
 = 1 (0x1) <FUNCALL : size=0>
->testFree(p)

$4/> testFree(p)

 = 115480  (0x1C318) <FUNCALL : size=4>
->tml_show()

$5/> tml_show()

 = 1 (0x1) <FUNCALL : size=0>
->