值得收藏！5步搞定Linux內(nèi)核內(nèi)存泄漏

Linux是一種常用的開源操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域。在使用Linux系統(tǒng)時，內(nèi)存泄漏是一個常見的問題，它會導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降，甚至崩潰。進行內(nèi)存泄漏檢查是非常重要的。

內(nèi)存泄漏指的是程序在運行過程中分配的內(nèi)存空間沒有被正確釋放，導(dǎo)致這部分內(nèi)存無法再被其他程序使用。如果內(nèi)存泄漏問題得不到及時解決，系統(tǒng)的可用內(nèi)存會逐漸減少，最終可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

排查 Linux 系統(tǒng)的內(nèi)存泄漏問題是維護系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能的重要任務(wù)之一。內(nèi)存泄漏可能導(dǎo)致系統(tǒng)資源耗盡，進而影響系統(tǒng)的正常運行。本文將詳細(xì)介紹如何排查 Linux 系統(tǒng)的內(nèi)存泄漏問題，包括檢測、定位和解決內(nèi)存泄漏的步驟和方法。

開始部分

內(nèi)存泄漏是指程序在動態(tài)分配內(nèi)存后未能釋放已不再使用的內(nèi)存，導(dǎo)致系統(tǒng)中的可用內(nèi)存持續(xù)減少。Linux 系統(tǒng)中的內(nèi)存泄漏問題可能由應(yīng)用程序、驅(qū)動程序或內(nèi)核模塊引起。及早排查和解決內(nèi)存泄漏問題對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要。

主體部分

1. 使用系統(tǒng)工具檢測內(nèi)存泄漏

top 命令：通過 top 命令查看系統(tǒng)的內(nèi)存使用情況，觀察內(nèi)存的使用情況和波動情況，以初步判斷是否存在內(nèi)存泄漏。

free 命令：使用 free 命令查看系統(tǒng)的內(nèi)存使用情況，包括空閑內(nèi)存、已使用內(nèi)存和緩沖區(qū)內(nèi)存，幫助了解系統(tǒng)內(nèi)存的分配情況。

vmstat 命令：vmstat 命令可以監(jiān)控系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存情況，查看內(nèi)存的分頁活動和內(nèi)存交換情況，幫助發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏問題。

2. 使用工具和命令定位內(nèi)存泄漏

ps 命令：使用 ps 命令查看系統(tǒng)進程的內(nèi)存使用情況，特別關(guān)注內(nèi)存使用量異常增長或不釋放內(nèi)存的進程。

pmap 命令：pmap 命令可以查看進程的內(nèi)存映射情況，包括進程使用的共享庫、堆棧和匿名內(nèi)存等，幫助定位內(nèi)存泄漏的來源。

valgrind 工具：valgrind 是一款強大的內(nèi)存調(diào)試工具，可以檢測內(nèi)存泄漏、越界訪問等問題。通過 valgrind 工具分析程序的內(nèi)存使用情況，幫助定位內(nèi)存泄漏問題。

3. 分析和解決內(nèi)存泄漏問題

檢查代碼：檢查應(yīng)用程序、驅(qū)動程序或內(nèi)核模塊的代碼，查找可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的部分，如未釋放的內(nèi)存分配、循環(huán)引用等。

修復(fù)問題：根據(jù)定位的內(nèi)存泄漏問題，修改代碼并釋放未使用的內(nèi)存，確保系統(tǒng)能夠正常釋放內(nèi)存資源。

重新測試：修復(fù)內(nèi)存泄漏問題后，重新測試系統(tǒng)，確保內(nèi)存泄漏問題已經(jīng)解決，系統(tǒng)正常運行。

什么是內(nèi)存泄漏?

內(nèi)存泄漏指的是在程序運行時申請的內(nèi)存空間沒有被正確釋放，直到程序結(jié)束才會釋放，導(dǎo)致內(nèi)存無法再次被使用。

Linux內(nèi)核內(nèi)存泄漏指的就是運行于內(nèi)核態(tài)的程序申請的內(nèi)存沒有被正確釋放，導(dǎo)致整個Linux系統(tǒng)運行期間該部分內(nèi)存無法被再次使用，直到系統(tǒng)重啟該部分內(nèi)存才重新可以被使用。

根據(jù)經(jīng)驗，一般內(nèi)存泄露并耗盡內(nèi)存的代碼，一定是頻繁申請釋放內(nèi)存的部分。

內(nèi)核中可能會出現(xiàn)頻繁申請釋放的內(nèi)存可能有：

· 內(nèi)核管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如task_struct，inode等，而這些代碼一般都經(jīng)過大量測試，出現(xiàn)問題的可能性不大。

· 內(nèi)核IO子系統(tǒng)或者驅(qū)動，比如塊設(shè)備的BIO，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的SKB，存儲網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動。

Linux內(nèi)核使用層次化內(nèi)存管理的方法，每一層解決不同的問題，從下至上的關(guān)鍵部分如下：

· 物理內(nèi)存管理，主要用于描述內(nèi)存的布局和屬性，主要有Node、Zone和Page三個結(jié)構(gòu)，使內(nèi)存按照Page為單位來進行管理;

· Buddy內(nèi)存管理，主要解決外部碎片問題，使用get_free_pages等函數(shù)以Page的N次方為單位進行申請釋放;

· Slab內(nèi)存管理，主要解決內(nèi)部碎片問題，可以按照使用者指定的大小批量申請內(nèi)存(需要先創(chuàng)建對象緩存池);

· 內(nèi)核緩存對象，使用Slab預(yù)先分配一些固定大小的緩存，使用kmalloc、vmalloc等函數(shù)以字節(jié)為單位進行內(nèi)存申請釋放。

如果出現(xiàn)了內(nèi)核內(nèi)存泄漏的問題該怎么處理?

可以通過查看/proc/buddyinfo、 /proc/slabinfo文件來分析確定內(nèi)存是伙伴系統(tǒng)還是slab層泄漏的，當(dāng)然也可以利用一些專業(yè)的工具軟件來進行分析檢測。

總體解決思路可以按照以下步驟進行

第一步

使用內(nèi)核工具進行內(nèi)存泄漏監(jiān)測：Linux內(nèi)核提供了一些工具來檢測內(nèi)存泄漏，例如kmemleak和slabtop。這些工具可以幫助你定位內(nèi)存泄漏的源頭，從而更好地解決問題。

第二步

仔細(xì)檢查代碼：通過仔細(xì)檢查代碼，特別是與內(nèi)存分配和釋放相關(guān)的部分，查找可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的錯誤。檢查是否存在未釋放的內(nèi)存、使用不正確的內(nèi)存分配函數(shù)等問題。

第三步

使用內(nèi)存分析工具：使用內(nèi)存分析工具如Valgrind可以幫助檢測內(nèi)存泄漏和其他內(nèi)存錯誤。Valgrind可以對程序進行動態(tài)分析，找出內(nèi)存分配和釋放的問題，并提供相應(yīng)的報告。

第四步

進行內(nèi)存泄漏測試：通過編寫針對內(nèi)存泄漏的測試用例，模擬出內(nèi)存泄漏的情況，并使用調(diào)試工具跟蹤程序執(zhí)行過程，找出內(nèi)存泄漏的具體位置。

第五步

根據(jù)定位的內(nèi)存泄漏位置分析代碼上下文，進行代碼的修改。