Linux进程内存监控与内存泄漏的检测方法

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 (私有)**‌: 指该内存页仅被当前进程引用（引用计数为 1），其他进程无法访问。这通常包括进程的堆（heap）、栈（stack）以及私有数据段。
• ‌Clean (干净)‌: 指该内存页的内容与 backing store（如磁盘上的文件映射或初始状态）‌一致‌，未被修改过。如果系统需要回收内存，可以直接丢弃这些页，无需写回磁盘。
• ‌Dirty (脏)‌: 指该内存页的内容‌已被修改‌，与原始来源不一致。如果系统需要回收这些页，必须先将数据写回交换分区（Swap）或关联的文件中。

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：

• 程序自身 ELF 文件映射段（3 段）
  • 55ee5c381000-55ee5c389000 r-xp … test5：可执行代码段 (.text)
  • 55ee5c588000-55ee5c589000 r–p … test5：只读常量段 (.rodata)
  • 55ee5c589000-55ee5c58a000 rw-p … test5：全局数据段 (.data/.bss)
• 进程堆段（1 段）
  • 55ee5d904000-55ee5d925000 rw-p … [heap]：堆内存
• libc-2.27.so C 标准库映射（5 段）
  • 7f8fb5397000-7f8fb557e000 r-xp … libc-2.27.so：代码段.text
  • 7f8fb557e000-7f8fb577e000 —p … libc-2.27.so：保护隔离页 (Gap 防护页)
  • 7f8fb577e000-7f8fb5782000 r–p … libc-2.27.so：只读常量段.rodata
  • 7f8fb5782000-7f8fb5784000 rw-p … libc-2.27.so：全局数据段
  • 7f8fb5784000-7f8fb5788000 rw-p …（匿名）：匿名私有段
• 动态链接器 ld-2.27.so 映射（5 段）
  • 7f8fb5788000-7f8fb57b1000 r-xp … ld-2.27.so：链接器代码段
  • 7f8fb598b000-7f8fb598d000 rw-p …（匿名）：链接器运行时匿名内存
  • 7f8fb59b1000-7f8fb59b2000 r–p … ld-2.27.so：链接器只读常量段
  • 7f8fb59b2000-7f8fb59b3000 rw-p … ld-2.27.so：链接器全局数据段
  • 7f8fb59b3000-7f8fb59b4000 rw-p …（匿名）：链接器额外匿名私有内存
• 内核预留特殊匿名段（4 段）
  • 7ffe646ef000-7ffe64710000 rw-p … [stack]：主线程栈
  • 7ffe64798000-7ffe6479b000 r–p … [vvar]：内核只读变量页
  • 7ffe6479b000-7ffe6479c000 r-xp … [vdso]：虚拟动态共享库
  • ffffffff600000-ffffffffff601000 --xp … [vsyscall]：老式系统调用兼容段

1.3 获取RSS与USS的简易脚本

USS的计算：

• 首先通过ps和grep、awk指令过滤出指定进程（本例中是名为test5的程序）的进程id
• 然后读取该进程id的smaps文件，再通过awk指令计算出Private_Clean + Private_Dirty得到USS

RSS的计算：

• 读取该进程id的status文件，grep指令找到VmRSS对应的大小

#!/bin/bashPID=`ps -aux | grep test5 | grep -v grep | grep -v test5.c | awk '{print $2}'`FILE=/proc/$PID/smapsif [ ! -f "$FILE" ]; then    echo "进程 $PID 不存在"    exit 1fi# 计算 USS = Private_Clean + Private_DirtyUSS_KB=$(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}

• USS_KB=：定义 Shell 变量，用来存储最终计算结果
• $(...)：命令替换，把括号内命令的输出赋值给变量
• awk：调用 awk 文本处理工具逐行扫描 $FILE 文件
• /Private_Clean/：awk 匹配规则：只要当前行包含字符串 Private_Clean
• {pc += $2}：匹配成功后执行的动作
  • $2：当前行的第二个字段（默认以空格 / 制表符分割列）
  • pc：自定义变量，初始值默认为 0，pc += $2，即所有Private_Clean行的第 2 列数值全部累加存入pc

/Private_Dirty/ {pd += $2}

• 类似的，所有Private_Dirty行的第 2 列数值全部累加存入pd

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

• END { ... }：awk 内置结束块，等文件所有行全部遍历处理完之后，只执行一次
• print pc + pd：打印两个累加值相加的结果
• "$FILE"：awk 脚本结束，指定要处理的文件是 Shell 变量 $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：

• 参数cJSON *jRoot虽然是指针，但按照参数按值传递的原则，是传入的外部cJSON *jRoot的NULL值（外部cJSON *jRoot是实参，其值NULL传给函数参数中的形参cJSON *jRoot）
• 内部的jRoot，实际是另一个副本，初始值就是传入的NULL，然后接受cJSON_Parse的赋值
• test_parse_json退出后，外部的cJSON *jRoot实际未被修改，仍为NULL，所以未能释放内存，造成内存泄漏

// 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:%dn", __func__, __LINE__, json->valueint);        }                char *data = cJSON_PrintUnformatted(jRoot);        printf("[%s:%d] ok:%sn", __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_Deleten", __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：

• 参数cJSON **jRoot是二级指针，但按照参数按值传递的原则，是传入的外部cJSON *jRoot的地址（外部cJSON *jRoot是实参，其地址值传给函数参数中的形参cJSON **jRoot）
• 内部的jRoot，实际是另一个副本，初始值就是传入的外部cJSON *jRoot的地址，而*jRoot就是外部cJSON *jRoot所存储的值，然后接受cJSON_Parse的赋值，这里，外部的cJSON *jRoot就记录到了内部cJSON_Parse申请的内存地址
• test_parse_json退出后，外部的cJSON *jRoot就可以释放内存

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:%dn", __func__, __LINE__, json->valueint);        }                char *data = cJSON_PrintUnformatted(*jRoot);        printf("[%s:%d] ok:%sn", __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_Deleten", __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 failedn", 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:%dn", __func__, __LINE__, json->valueint);        }        char *data = cJSON_PrintUnformatted(jRoot);        printf("[%s:%d] ok:%sn", __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:%dn", __func__, __LINE__, json->valueint);        }        char *data = cJSON_PrintUnformatted(*jRoot);        printf("[%s:%d] ok:%sn", __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_Deleten", __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本站其它相关文章！

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