值得收藏！5步搞定Linux内核内存泄漏

Linux是一种常用的开源操作系统，广泛应用于服务器、嵌入式设备等领域。在使用Linux系统时，内存泄漏是一个常见的问题，它会导致系统性能下降，甚至崩溃。进行内存泄漏检查是非常重要的。

内存泄漏指的是程序在运行过程中分配的内存空间没有被正确释放，导致这部分内存无法再被其他程序使用。如果内存泄漏问题得不到及时解决，系统的可用内存会逐渐减少，最终可能导致系统崩溃。

排查 Linux 系统的内存泄漏问题是维护系统稳定性和性能的重要任务之一。内存泄漏可能导致系统资源耗尽，进而影响系统的正常运行。本文将详细介绍如何排查 Linux 系统的内存泄漏问题，包括检测、定位和解决内存泄漏的步骤和方法。

开始部分

内存泄漏是指程序在动态分配内存后未能释放已不再使用的内存，导致系统中的可用内存持续减少。Linux 系统中的内存泄漏问题可能由应用程序、驱动程序或内核模块引起。及早排查和解决内存泄漏问题对系统的稳定性和性能至关重要。

主体部分

1. 使用系统工具检测内存泄漏

top 命令：通过 top 命令查看系统的内存使用情况，观察内存的使用情况和波动情况，以初步判断是否存在内存泄漏。

free 命令：使用 free 命令查看系统的内存使用情况，包括空闲内存、已使用内存和缓冲区内存，帮助了解系统内存的分配情况。

vmstat 命令：vmstat 命令可以监控系统的虚拟内存情况，查看内存的分页活动和内存交换情况，帮助发现内存泄漏问题。

2. 使用工具和命令定位内存泄漏

ps 命令：使用 ps 命令查看系统进程的内存使用情况，特别关注内存使用量异常增长或不释放内存的进程。

pmap 命令：pmap 命令可以查看进程的内存映射情况，包括进程使用的共享库、堆栈和匿名内存等，帮助定位内存泄漏的来源。

valgrind 工具：valgrind 是一款强大的内存调试工具，可以检测内存泄漏、越界访问等问题。通过 valgrind 工具分析程序的内存使用情况，帮助定位内存泄漏问题。

3. 分析和解决内存泄漏问题

检查代码：检查应用程序、驱动程序或内核模块的代码，查找可能导致内存泄漏的部分，如未释放的内存分配、循环引用等。

修复问题：根据定位的内存泄漏问题，修改代码并释放未使用的内存，确保系统能够正常释放内存资源。

重新测试：修复内存泄漏问题后，重新测试系统，确保内存泄漏问题已经解决，系统正常运行。

什么是内存泄漏?

内存泄漏指的是在程序运行时申请的内存空间没有被正确释放，直到程序结束才会释放，导致内存无法再次被使用。

Linux内核内存泄漏指的就是运行于内核态的程序申请的内存没有被正确释放，导致整个Linux系统运行期间该部分内存无法被再次使用，直到系统重启该部分内存才重新可以被使用。

根据经验，一般内存泄露并耗尽内存的代码，一定是频繁申请释放内存的部分。

内核中可能会出现频繁申请释放的内存可能有：

· 内核管理数据结构，如task_struct，inode等，而这些代码一般都经过大量测试，出现问题的可能性不大。

· 内核IO子系统或者驱动，比如块设备的BIO，网络协议栈的SKB，存储网络设备驱动。

Linux内核使用层次化内存管理的方法，每一层解决不同的问题，从下至上的关键部分如下：

· 物理内存管理，主要用于描述内存的布局和属性，主要有Node、Zone和Page三个结构，使内存按照Page为单位来进行管理;

· Buddy内存管理，主要解决外部碎片问题，使用get_free_pages等函数以Page的N次方为单位进行申请释放;

· Slab内存管理，主要解决内部碎片问题，可以按照使用者指定的大小批量申请内存(需要先创建对象缓存池);

· 内核缓存对象，使用Slab预先分配一些固定大小的缓存，使用kmalloc、vmalloc等函数以字节为单位进行内存申请释放。

如果出现了内核内存泄漏的问题该怎么处理?

可以通过查看/proc/buddyinfo、 /proc/slabinfo文件来分析确定内存是伙伴系统还是slab层泄漏的，当然也可以利用一些专业的工具软件来进行分析检测。

总体解决思路可以按照以下步骤进行

第一步

使用内核工具进行内存泄漏监测：Linux内核提供了一些工具来检测内存泄漏，例如kmemleak和slabtop。这些工具可以帮助你定位内存泄漏的源头，从而更好地解决问题。

第二步

仔细检查代码：通过仔细检查代码，特别是与内存分配和释放相关的部分，查找可能导致内存泄漏的错误。检查是否存在未释放的内存、使用不正确的内存分配函数等问题。

第三步

使用内存分析工具：使用内存分析工具如Valgrind可以帮助检测内存泄漏和其他内存错误。Valgrind可以对程序进行动态分析，找出内存分配和释放的问题，并提供相应的报告。

第四步

进行内存泄漏测试：通过编写针对内存泄漏的测试用例，模拟出内存泄漏的情况，并使用调试工具跟踪程序执行过程，找出内存泄漏的具体位置。

第五步

根据定位的内存泄漏位置分析代码上下文，进行代码的修改。