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1. 內存溢出

內存溢出 OOM （out of memory），是指程序在申請內存時，沒有足夠的內存空間供其使用，出現(xiàn)out of memory；比如申請了一個int,但給它存了long才能存下的數，那就是內存溢出。

2. 內存泄漏

內存泄露 memory leak，是指程序在申請內存后，無法釋放已申請的內存空間，一次內存泄露危害可以忽略，但內存泄露堆積后果很嚴重，無論多少內存,遲早會被占光。最終的結果就是導致OOM。

內存泄漏是指你向系統(tǒng)申請分配內存進行使用(new)，可是使用完了以后卻不歸還(delete)，結果你申請到的那塊內存你自己也不能再訪問（也許你把它的地址給弄丟了），而系統(tǒng)也不能再次將它分配給需要的程序。

3. 造成內存泄露常見的三種情況

1，指針重新賦值

2，錯誤的內存釋放

3，返回值的不正確處理

3.1 指針重新賦值

如下代碼：

char * p = (char *)malloc(10);
char * np = (char *)malloc(10);

其中，指針變量 p 和 np 分別被分配了 10 個字節(jié)的內存。

如果程序需要執(zhí)行如下賦值語句：

p=np;

這時候，指針變量 p 被 np 指針重新賦值，其結果是 p 以前所指向的內存位置變成了孤立的內存。它無法釋放，因為沒有指向該位置的引用，從而導致 10 字節(jié)的內存泄漏。

因此，在對指針賦值前，一定確保內存位置不會變?yōu)楣铝⒌摹?/p>

類似的情況，連續(xù)重復new的情況也是類似：

int *p = new int;
p = new int...;//錯誤

3.2 錯誤的內存釋放

假設有一個指針變量 p，它指向一個 10 字節(jié)的內存位置。該內存位置的第三個字節(jié)又指向某個動態(tài)分配的 10 字節(jié)的內存位置。

如果程序需要執(zhí)行如下賦值語句時：

free(p);

很顯然，如果通過調用 free 來釋放指針 p，則 np 指針也會因此而變得無效。np 以前所指向的內存位置也無法釋放，因為已經沒有指向該位置的指針。換句話說，np 所指向的內存位置變?yōu)楣铝⒌模瑥亩鴮е聝却嫘孤?/p>

因此，每當釋放結構化的元素，而該元素又包含指向動態(tài)分配的內存位置的指針時，應首先遍歷子內存位置（如本示例中的 np），并從那里開始釋放，然后再遍歷回父節(jié)點，如下面的代碼所示：

free(p->np);
free(p);

3.3 返回值的不正確處理

有時候，某些函數會返回對動態(tài)分配的內存的引用，如下面的示例代碼所示：

char *f(){
return (char *)malloc(10);
}
void f1(){
f();
}

函數 f1 中對 f 函數的調用并未處理該內存位置的返回地址，其結果將導致 f 函數所分配的 10 個字節(jié)的塊丟失，并導致內存泄漏。

4 在內存分配后忘記使用 free 進行釋放

4. 如何避免內存泄露？

確保沒有在訪問空指針。
每個內存分配函數都應該有一個 free 函數與之對應，alloca 函數除外。
每次分配內存之后都應該及時進行初始化，可以結合 memset 函數進行初始化，calloc 函數除外。
每當向指針寫入值時，都要確保對可用字節(jié)數和所寫入的字節(jié)數進行交叉核對。
在對指針賦值前，一定要確保沒有內存位置會變?yōu)楣铝⒌摹?/li>
每當釋放結構化的元素（而該元素又包含指向動態(tài)分配的內存位置的指針）時，都應先遍歷子內存位置并從那里開始釋放，然后再遍歷回父節(jié)點。
始終正確處理返回動態(tài)分配的內存引用的函數返回值。

5.定位內存泄漏（valgrind）（重點）

5.1、基本概念

Valgrind是一個GPL的軟件，用于Linux（For x86, amd64 and ppc32）程序的內存調試和代碼剖析。你可以在它的環(huán)境中運行你的程序來監(jiān)視內存的使用情況，比如C 語言中的malloc和free或者 C++中的new和 delete。使用Valgrind的工具包，你可以自動的檢測許多內存管理和線程的bug，避免花費太多的時間在bug尋找上，使得你的程序更加穩(wěn)固。

安裝Valgrind

//valgrind下載：
http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.12.0.tar.bz2

valgrind安裝：
1. tar -jxvf valgrind-3.12.0.tar.bz2
2. cd valgrind-3.12.0
3. ./configure
4. make
5. sudo make install

應用環(huán)境：Linux

編程語言：C/C++

使用方法：編譯時加上-g選項，如 gcc -g filename.c -o filename,使用如下命令檢測內存使用情況：

最常用的命令格式：
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full ./test

valgrind --tool=memcheck --leak-check=full --show-reachable=yes --trace-children=yes ./filename

其中--leak-check=full指的是完全檢查內存泄漏，--show-reachable=yes是顯示內存泄漏的地點，--trace-children=yes是跟入子進程。

如果您的程序是會正常退出的程序，那么當程序退出的時候valgrind自然會輸出內存泄漏的信息。如果您的程序是個守護進程，那么也不要緊，我們只要在別的終端下殺死m(xù)emcheck進程（因為valgrind默認使用memcheck工具，就是默認參數--tools=memcheck）

參數選擇

-tool= 最常用的選項。運行 valgrind中名為toolname的工具。默認memcheck。
memcheck ------> 這是valgrind應用最廣泛的工具，一個重量級的內存檢查器，能夠發(fā)現(xiàn)開發(fā)中絕大多數內存錯誤使用情況，比如：使用未初始化的內存，使用已經釋放了的內存，內存訪問越界等。
callgrind ------> 它主要用來檢查程序中函數調用過程中出現(xiàn)的問題。
cachegrind ------> 它主要用來檢查程序中緩存使用出現(xiàn)的問題。
helgrind ------> 它主要用來檢查多線程程序中出現(xiàn)的競爭問題。
massif ------> 它主要用來檢查程序中堆棧使用中出現(xiàn)的問題。
extension ------> 可以利用core提供的功能，自己編寫特定的內存調試工具
-h –help 顯示幫助信息。
-version 顯示valgrind內核的版本，每個工具都有各自的版本。
-q –quiet 安靜地運行，只打印錯誤信息。
-v –verbose 更詳細的信息, 增加錯誤數統(tǒng)計。
-trace-children=no|yes 跟蹤子線程? [default: no]
-track-fds=no|yes 跟蹤打開的文件描述？[default: no]
-time-stamp=no|yes 增加時間戳到LOG信息? [default: no]
-log-fd= 輸出LOG到描述符文件 [2=stderr]
-log-file= 將輸出的信息寫入到filename.PID的文件里，PID是運行程序的進行ID
-log-file-exactly= 輸出LOG信息到 file
-log-file-qualifier=取得環(huán)境變量的值來做為輸出信息的文件名。[none] -log-socket=ipaddr:port 輸出LOG到socket ，ipaddr:port LOG信息輸出 -xml=yes 將信息以xml格式輸出，只有memcheck可用 -num-callers= show callers in stack traces [12] -error-limit=no|yes 如果太多錯誤，則停止顯示新錯誤? [yes] -error-exitcode= 如果發(fā)現(xiàn)錯誤則返回錯誤代碼 [0=disable] -db-attach=no|yes 當出現(xiàn)錯誤，valgrind會自動啟動調試器gdb。[no] -db-command= 啟動調試器的命令行選項[gdb -nw %f %p]

設計思路：根據軟件的內存操作維護一個有效地址空間表和無效地址空間表（進程的地址空間）

5.2、多個工具

1、Memcheck

最常用的工具，用來檢測程序中出現(xiàn)的內存問題，所有對內存的讀寫都會被檢測到，一切對malloc()/free()/new/delete的調用都會被捕獲。所以，Memcheck 工具主要檢查下面的程序錯誤

能夠檢測：

使用未初始化的內存 (Use of uninitialised memory)
使用已經釋放了的內存 (Reading/writing memory after it has been free’d)
使用超過 malloc分配的內存空間(Reading/writing off the end of malloc’d blocks)
對堆棧的非法訪問 (Reading/writing inappropriate areas on the stack)
申請的空間是否有釋放 (Memory leaks – where pointers to malloc’d blocks are lost forever)
malloc/free/new/delete申請和釋放內存的匹配(Mismatched use of malloc/new/new [] vs free/delete/delete [])
src和dst的重疊(Overlapping src and dst pointers in memcpy() and related functions)
重復free

Callgrind

和gprof類似的分析工具，但它對程序的運行觀察更是入微，能給我們提供更多的信息。和gprof不同，它不需要在編譯源代碼時附加特殊選項，但加上調試選項是推薦的。Callgrind收集程序運行時的一些數據，建立函數調用關系圖，還可以有選擇地進行cache模擬。在運行結束時，它會把分析數據寫入一個文件。callgrind_annotate可以把這個文件的內容轉化成可讀的形式。

Cachegrind

Cache分析器，它模擬CPU中的一級緩存I1，Dl和二級緩存，能夠精確地指出程序中cache的丟失和命中。如果需要，它還能夠為我們提供cache丟失次數，內存引用次數，以及每行代碼，每個函數，每個模塊，整個程序產生的指令數。這對優(yōu)化程序有很大的幫助。

Helgrind

它主要用來檢查多線程程序中出現(xiàn)的競爭問題。Helgrind尋找內存中被多個線程訪問，而又沒有一貫加鎖的區(qū)域，這些區(qū)域往往是線程之間失去同步的地方，而且會導致難以發(fā)掘的錯誤。Helgrind實現(xiàn)了名為“Eraser”的競爭檢測算法，并做了進一步改進，減少了報告錯誤的次數。不過，Helgrind仍然處于實驗階段。

Massif

堆棧分析器，它能測量程序在堆棧中使用了多少內存，告訴我們堆塊，堆管理塊和棧的大小。Massif能幫助我們減少內存的使用，在帶有虛擬內存的現(xiàn)代系統(tǒng)中，它還能夠加速我們程序的運行，減少程序停留在交換區(qū)中的幾率。

5.3、使用原理

Memcheck 能夠檢測出內存問題，關鍵在于其建立了兩個全局表。

1、Valid-Value 表：

對于進程的整個地址空間中的每一個字節(jié)(byte)，都有與之對應的 8 個 bits；對于 CPU 的每個寄存器，也有一個與之對應的 bit 向量。這些 bits 負責記錄該字節(jié)或者寄存器值是否具有有效的、已初始化的值。

2、Valid-Address 表

對于進程整個地址空間中的每一個字節(jié)(byte)，還有與之對應的 1 個 bit，負責記錄該地址是否能夠被讀寫。

檢測原理：

當要讀寫內存中某個字節(jié)時，首先檢查這個字節(jié)對應的 A bit。如果該A bit顯示該位置是無效位置，memcheck 則報告讀寫錯誤。
內核（core）類似于一個虛擬的 CPU 環(huán)境，這樣當內存中的某個字節(jié)被加載到真實的 CPU 中時，該字節(jié)對應的 V bit也被加載到虛擬的 CPU 環(huán)境中。一旦寄存器中的值，被用來產生內存地址，或者該值能夠影響程序輸出，則 memcheck 會檢查對應的V bits，如果該值尚未初始化，則會報告使用未初始化內存錯誤。

5.4、具體使用