鸿蒙轻内核的得力助手:带你掌握4种内存调试方法
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了鸿蒙轻内核的得力助手:带你掌握4种内存调试方法相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
本文分享自华为云社区《鸿蒙轻内核-内存调测-内存信息统计》,作者:zhushy 。
内存调测方法旨在辅助定位动态内存相关问题,提供了基础的动态内存池信息统计手段,向用户呈现内存池水线、碎片率等信息;提供了内存泄漏检测手段,方便用户准确定位存在内存泄漏的代码行,也可以辅助分析系统各个模块内存的使用情况;提供了踩内存检测手段,可以辅助定位越界踩内存的场景。
内存信息统计
1、基础概念
内存信息包括内存池大小、内存使用量、剩余内存大小、最大空闲内存、内存水线、内存节点数统计、碎片率等。
- 内存水线:即内存池的最大使用量,每次申请和释放时,都会更新水线值,实际业务可根据该值,优化内存池大小;
- 碎片率:衡量内存池的碎片化程度,碎片率高表现为内存池剩余内存很多,但是最大空闲内存块很小,可以用公式(fragment=100-最大空闲内存块大小/剩余内存大小)来度量;
- 其他参数:通过内存管理模块的调用接口,扫描内存池的节点信息,统计出相关信息。
2、功能配置
LOSCFG_MEM_WATERLINE:开关宏,默认打开;若关闭这个功能,在target_config.h中将这个宏定义为0。如需获取内存水线,需要打开该配置。
3、开发指导
关键结构体介绍:
typedef struct { UINT32 totalUsedSize; // 内存池的内存使用量 UINT32 totalFreeSize; // 内存池的剩余内存大小 UINT32 maxFreeNodeSize; // 内存池的最大空闲内存块大小 UINT32 usedNodeNum; // 内存池的非空闲内存块个数 UINT32 freeNodeNum; // 内存池的空闲内存块个数 #if (LOSCFG_MEM_WATERLINE == 1) // 默认打开,如需关闭,在target_config.h中将该宏设置为0 UINT32 usageWaterLine; // 内存池的水线值 #endif } LOS_MEM_POOL_STATUS;
- 内存水线获取
调用LOS_MemInfoGet接口,第1个参数是内存池首地址,第2个参数是LOS_MEM_POOL_STATUS类型的句柄,其中字段usageWaterLine即水线值。
- 内存碎片率计算
同样调用LOS_MemInfoGet接口,可以获取内存池的剩余内存大小和最大空闲内存块大小,然后根据公式(fragment=100-最大空闲内存块大小/剩余内存大小)得出此时的动态内存池碎片率。
4、编程实例
本实例实现如下功能:
1.创建一个监控线程,用于获取内存池的信息;
2.调用LOS_MemInfoGet接口,获取内存池的基础信息;
3.利用公式算出使用率及碎片率。
代码实现如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include "los_task.h" #include "los_memory.h" #include "los_config.h" void MemInfoTaskFunc(void) { LOS_MEM_POOL_STATUS poolStatus = {0}; LOS_MemInfoGet(m_aucSysMem0, &poolStatus); /* 算出内存池当前的碎片率百分比 */ unsigned char fragment = 100 - poolStatus.maxFreeNodeSize * 100 / poolStatus.totalFreeSize; /* 算出内存池当前的使用率百分比 */ unsigned char usage = LOS_MemTotalUsedGet(m_aucSysMem0) * 100 / LOS_MemPoolSizeGet(m_aucSysMem0); printf("usage = %d, fragment = %d, maxFreeSize = %d, totalFreeSize = %d, waterLine = %d\\n", usage, fragment, poolStatus.maxFreeNodeSize, poolStatus.totalFreeSize, poolStatus.usageWaterLine); } int MemTest(void) { unsigned int ret; unsigned int taskID; TSK_INIT_PARAM_S taskStatus = {0}; taskStatus.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)MemInfoTaskFunc; taskStatus.uwStackSize = 0x1000; taskStatus.pcName = "memInfo"; taskStatus.usTaskPrio = 10; ret = LOS_TaskCreate(&taskID, &taskStatus); if (ret != LOS_OK) { printf("task create failed\\n"); return -1; } return 0; }
编译运行输出的结果如下:
usage = 22, fragment = 3, maxFreeSize = 49056, totalFreeSize = 50132, waterLine = 1414
内存泄漏检测机制
1、基础概念
内存泄漏检测机制作为内核的可选功能,用于辅助定位动态内存泄漏问题。开启该功能,动态内存机制会自动记录申请内存时的函数调用关系(下文简称LR)。如果出现泄漏,就可以利用这些记录的信息,找到内存申请的地方,方便进一步确认。
2、功能配置
- LOSCFG_MEM_LEAKCHECK:开关宏,默认关闭;若打开这个功能,在target_config.h中将这个宏定义为1。
- LOSCFG_MEM_RECORD_LR_CNT:记录的LR层数,默认3层;每层LR消耗sizeof(void *)字节数的内存。
- LOSCFG_MEM_OMIT_LR_CNT:忽略的LR层数,默认4层,即从调用LOS_MemAlloc的函数开始记录,可根据实际情况调整。为啥需要这个配置?有3点原因如下:
- LOS_MemAlloc接口内部也有函数调用;- 外部可能对LOS_MemAlloc接口有封装;- LOSCFG_MEM_RECORD_LR_CNT 配置的LR层数有限;正确配置这个宏,将无效的LR层数忽略,就可以记录有效的LR层数,节省内存消耗。
3、开发指导
3.1 开发流程
该调测功能可以分析关键的代码逻辑中是否存在内存泄漏。开启这个功能,每次申请内存时,会记录LR信息。在需要检测的代码段前后,调用LOS_MemUsedNodeShow接口,每次都会打印指定内存池已使用的全部节点信息,对比前后两次的节点信息,新增的节点信息就是疑似泄漏的内存节点。通过LR,可以找到具体申请的代码位置,进一步确认是否泄漏。
调用LOS_MemUsedNodeShow接口输出的节点信息格式如下:每1行为一个节点信息;第1列为节点地址,可以根据这个地址,使用GDB等手段查看节点完整信息;第2列为节点的大小,等于节点头大小+数据域大小;第3~5列为函数调用关系LR地址,可以根据这个值,结合汇编文件,查看该节点具体申请的位置。
node size LR[0] LR[1] LR[2] 0x10017320: 0x528 0x9b004eba 0x9b004f60 0x9b005002 0x10017848: 0xe0 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0 0x10017928: 0x50 0x9b008ed0 0x9b068902 0x9b0687c4 0x10017978: 0x24 0x9b008ed0 0x9b068924 0x9b0687c4 0x1001799c: 0x30 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0 0x100179cc: 0x5c 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0
注意: 开启内存检测会影响内存申请的性能,且每个内存节点都会记录LR地址,内存开销也加大。
3.2 编程实例
本实例实现如下功能:构建内存泄漏代码段。
1. 调用LOS_MemUsedNodeShow接口,输出全部节点信息打印;
2. 申请内存,但没有释放,模拟内存泄漏;
3. 再次调用LOS_MemUsedNodeShow接口,输出全部节点信息打印;
4. 将两次log进行对比,得出泄漏的节点信息;
5. 通过LR地址,找出泄漏的代码位置;
3.3 示例代码
代码实现如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include "los_memory.h" #include "los_config.h" void MemLeakTest(void) { LOS_MemUsedNodeShow(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); void *ptr1 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); void *ptr2 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); LOS_MemUsedNodeShow(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); }
3.4 结果验证
编译运行输出log如下:
node size LR[0] LR[1] LR[2] 0x20001b04: 0x24 0x08001a10 0x080035ce 0x080028fc 0x20002058: 0x40 0x08002fe8 0x08003626 0x080028fc 0x200022ac: 0x40 0x08000e0c 0x08000e56 0x0800359e 0x20002594: 0x120 0x08000e0c 0x08000e56 0x08000c8a 0x20002aac: 0x56 0x08000e0c 0x08000e56 0x08004220 node size LR[0] LR[1] LR[2] 0x20001b04: 0x24 0x08001a10 0x080035ce 0x080028fc 0x20002058: 0x40 0x08002fe8 0x08003626 0x080028fc 0x200022ac: 0x40 0x08000e0c 0x08000e56 0x0800359e 0x20002594: 0x120 0x08000e0c 0x08000e56 0x08000c8a 0x20002aac: 0x56 0x08000e0c 0x08000e56 0x08004220 0x20003ac4: 0x1d 0x08001458 0x080014e0 0x080041e6 0x20003ae0: 0x1d 0x080041ee 0x08000cc2 0x00000000
对比两次log,差异如下,这些内存节点就是疑似泄漏的内存块:
0x20003ac4: 0x1d 0x08001458 0x080014e0 0x080041e6 0x20003ae0: 0x1d 0x080041ee 0x08000cc2 0x00000000
部分汇编文件如下:
MemLeakTest: 0x80041d4: 0xb510 PUSH {R4, LR} 0x80041d6: 0x4ca8 LDR.N R4, [PC, #0x2a0] ; g_memStart 0x80041d8: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041da: 0xf7fd 0xf93e BL LOS_MemUsedNodeShow ; 0x800145a 0x80041de: 0x2108 MOVS R1, #8 0x80041e0: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041e2: 0xf7fd 0xfbd9 BL LOS_MemAlloc ; 0x8001998 0x80041e6: 0x2108 MOVS R1, #8 0x80041e8: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041ea: 0xf7fd 0xfbd5 BL LOS_MemAlloc ; 0x8001998 0x80041ee: 0x0020 MOVS R0, R4 0x80041f0: 0xf7fd 0xf933 BL LOS_MemUsedNodeShow ; 0x800145a 0x80041f4: 0xbd10 POP {R4, PC} 0x80041f6: 0x0000 MOVS R0, R0
其中,通过查找0x080041ee,就可以发现该内存节点是在MemLeakTest接口里申请的且是没有释放的。
踩内存检测机制
踩内存检测机制作为内核的可选功能,用于检测动态内存池的完整性。通过该机制,可以及时发现内存池是否发生了踩内存问题,并给出错误信息,便于及时发现系统问题,提高问题解决效率,降低问题定位成本。
功能配置
LOSCFG_BASE_MEM_NODE_INTEGRITY_CHECK:开关宏,默认关闭;若打开这个功能,在target_config.h中将这个宏定义为1。
1. 开启这个功能,每次申请内存,会实时检测内存池的完整性。
2. 如果不开启该功能,也可以调用LOS_MemIntegrityCheck接口检测,但是每次申请内存时,不会实时检测内存完整性,而且由于节点头没有魔鬼数字(开启时才有,省内存),检测的准确性也会相应降低,但对于系统的性能没有影响,故根据实际情况开关该功能。
由于该功能只会检测出哪个内存节点被破坏了,并给出前节点信息(因为内存分布是连续的,当前节点最有可能被前节点破坏)。如果要进一步确认前节点在哪里申请的,需开启内存泄漏检测功能,通过LR记录,辅助定位。
注意:
开启该功能,节点头多了魔鬼数字字段,会增大节点头大小。由于实时检测完整性,故性能影响较大;若性能敏感的场景,可以不开启该功能,使用LOS_MemIntegrityCheck接口检测。
开发指导
开发流程
通过调用LOS_MemIntegrityCheck接口检测内存池是否发生了踩内存,如果没有踩内存问题,那么接口返回0且没有log输出;如果存在踩内存问题,那么会输出相关log,详见下文编程实例的结果输出。
编程实例
本实例实现如下功能:
1. 申请两个物理上连续的内存块;
2. 通过memset构造越界访问,踩到下个节点的头4个字节;
3. 调用LOS_MemIntegrityCheck检测是否发生踩内存。
示例代码
代码实现如下:
#include <stdio.h> #include <string.h> #include "los_memory.h" #include "los_config.h" void MemIntegrityTest(void) { /* 申请两个物理连续的内存块 */ void *ptr1 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); void *ptr2 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); /* 第一个节点内存块大小是8字节,那么12字节的清零,会踩到第二个内存节点的节点头,构造踩内存场景 */ memset(ptr1, 0, 8 + 4); LOS_MemIntegrityCheck(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); }
结果验证
编译运行输出log如下:
[ERR][OsMemMagicCheckPrint], 2028, memory check error! memory used but magic num wrong, magic num = 0x00000000 /* 提示信息,检测到哪个字段被破坏了,用例构造了将下个节点的头4个字节清零,即魔鬼数字字段 */ broken node head: 0x20003af0 0x00000000 0x80000020, prev node head: 0x20002ad4 0xabcddcba 0x80000020 /* 被破坏节点和其前节点关键字段信息,分别为其前节点地址、节点的魔鬼数字、节点的sizeAndFlag;可以看出被破坏节点的魔鬼数字字段被清零,符合用例场景 */ broken node head LR info: /* 节点的LR信息需要开启内存检测功能才有有效输出 */ LR[0]:0x0800414e LR[1]:0x08000cc2 LR[2]:0x00000000 pre node head LR info: /* 通过LR信息,可以在汇编文件中查找前节点是哪里申请,然后排查其使用的准确性 */ LR[0]:0x08004144 LR[1]:0x08000cc2 LR[2]:0x00000000 [ERR]Memory interity check error, cur node: 0x20003b10, pre node: 0x20003af0 /* 被破坏节点和其前节点的地址 */
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