linux系统的内存泄漏测试方法

本文总结了一种轻巧的内存泄漏测试方法及其python实现，该方法在Lenovo Bamboo系统的验收测试活动中得到过诸多检验，是一种易用有效的内存泄漏测试方法

一、 内存泄漏测试原理

1、 内存泄漏的危害。

内存泄漏的危害不必多说，会导致系统的可用内存越来越少，影响系统长时间运行的稳定性。

2、 常用的内存泄漏测试方法

一般而言，可概括为两种思路：

1） 内存分配、释放工具检查

如valgrind等内存测试工具。

2） Linux系统性能监测

如zabbix等linux性能监测工具，以及团队自研的检测linux性能的工具。

在方法一中，工具的原理一般是通过检查当程序动态分配内存后，是否有释放来判断有没有发生内存泄漏。其优点很明显，发现泄漏时能很方便定位到代码的具体哪个地方在泄漏内存。但缺点也很明显：一是工具容易误判，二是工具要干涉程序编译过程，使得工具使用起来很麻烦。这两个缺点对于黑盒测试人员来说尤其容易感受到。

其实，还有第三个缺点。作为测试人员，真正关心的难道是程序结束时内存有没有free吗？不然。绝大多数的进程原本就该持续运行永不结束（至少我们希望是这样），测试人员真正关心的是进程所使用的内存是基本稳定的，还是持续增长的。如果是持续增长的，就有影响系统长时间运行稳定性的风险。

综上， Bamboo OS测试人员根据方法二总结了内存泄漏测试方法，并利用python实现了工具脚本。

3、 linux内存管理机制

Linux的内存管理机制，网上的资料很多，就不多谈了。本文只对一些基本的概念啰嗦几句。

虚拟内存：linux上每个进程都有一个虚拟的地址空间，这个虚拟的地址空间大小在ps命令里体现为VSZ，在top命令里体现为VIRT。这空间可以很大，单个进程的VSZ超出整个系统的内存，也是很常见的。

常驻内存：只有实际要发生访问的内存，才会被映射到RAM上，在ps命令里体现为RSS，在top命令里体现为RES

如下图所示，vpp的VSZ为99G（你看，任性吧。）,RSS为787M。

（注：PS命令中内存基本单位是KB，B代表bit）

进程使用的内存，还有一种分法：私有内存和共享内存。

顾名思义，私有内存即是被该进程独享的内存，共享内存是多个进程共享的内存，一般地，当多个进程依赖相同的链接库时，链接库也会被映射到每一个进程的地址空间里。所以，即使RSS也未真正的反映进程到底占用了系统多少内存资源。

综上，测试linux系统上进程内存泄漏的一个基本思路为:

定期通过ps、cat proc/$pid/status、pmap –d $pid等命令，观测进程的rss和私有内存的变化。如果两者都在持续上涨，那么该进程有很大嫌疑存在内存泄漏。如果只有其中之一在涨，需进一步使用定位方法（或者请求开发协助），最好能弄明白具体原因。

监测linux内存性能的命令有很多，除上文提到过的命令外，用户态进程还有smaps，vmstat以及其他命令监测，内核一般是查看slabinfo。本文不介绍这些命令的详细用法。

二、 Bamboo 系统内存泄漏检测脚本的实现

1、 设计测试方法

视对系统的了解程度，可以选择性地

1) 通过审阅设计文档或历史缺陷、与开发部同事沟通交流，找出软件特性会进行动态分配内存的地方；

2) 设计测试步骤，测试步骤应当让最终的状态与初始状态是一个状态。比如，创建router ospf实例，进行实例的初始化和资源分配、协议交互后，又删去了此实例，系统回到初始状态；

3) 反复执行测试步骤并通过linux的命令观察内存变化。如果rss和私有内存持续上涨，则有嫌疑出现了内存泄漏；

4) 定位（或协调开发来定位）问题，可通过pmap命令的详细信息对比、gdb调试、valgrind或其他工具来定位。

2、 实现内存拷机测试脚本

内存拷机脚本工具包含两部分，memMonitor和mytest。

memMonitor是工作框架，依赖Bamboo系统的自动化测试平台，该平台能提供bamboos_ssh功能让脚本可以创建一个Bamboo系统实例并在该系统执行命令。笔者提供的版本是通过命令行来获取系统内存信息的，各功能函数通过分析字符串来获取数据，读者可以自行实现。内存监测结果的呈现可炫酷可简易，读者可自行实现。

memMonitor 的传参mytest是一个函数，这个函数里是测试人员设计的测试步骤（比如上文说过的创建和销毁ospf实例），对于工具的使用人员来说，他不需要关心memMonitor内部实现机制，只要设计他个人的mytest就可以了。

memMonitor脚本的基本架构如下。

import bamboos_ssh

import re

import time



'''

本用例通过linux提供的ps和pmap命令监控Bamboo系统里指定进程的内存变化。

'''



##--------------全局参数设置--设置检测范围-------------------------------##

processList = ['./omu','/bin/ffe/vpp/vpp','l3stackMain','srvc','nse','ospfd','nettool_server',

'infoc','ffe_mgmt','usermgr','nat','dhcpd','ntpd','bgpd','sysrepod']

##++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++##



def memMonitor(targetSystemIP,psName,repeatRounds,mytest):



rssList = []

privateList = []



##-----------------------------初始化工作------------------------------------- -##

dut1_ssh = bamboos_ssh.bamboos_ssh(targetSystemIP)

print('\n初始时完整获取ps信息，找到目标进程的进程号，获取该进程的pmap信息')

psAllInfo = dut1_ssh.exe_cmd( ['ps -aux'])

psID = getPsID(psName,psAllInfo)

psAllRssStart = getPsAllRss(processList,psAllInfo)

dut1_ssh.exe_cmd( ['pmap -d %s'%psID])

dut1_ssh.exe_cmd(['exit'])



##-----------------------------拷机过程-----------------------------------------##

##主循环多次执行测试员的拷机脚本，每次执行后获取rss内存和private内存信息

for i in range(0,repeatRounds+1):

try:

if 0 == i:

print('\n获取初始内存信息')

else:

print('\n第%d轮测试' % i)

mytest(dut1_ssh)

print('\n第%d次获取内存信息' % i)

rssMem = getRssMem(dut1_ssh,psID)

rssList.append(rssMem)

privateMem = getPrivateMem(dut1_ssh,psID)

privateList.append(int(privateMem))

dut1_ssh.exe_cmd(['exit'])

except BaseException as e:

print(e);print('第%d轮测试时异常终止了'%i);resultPrint(psName, rssList, privateList);break



##最后一轮测试时再次获取ps信息,以及目标进程的pmap信息

print('\n结束时完整获取ps信息,以及目标进程的pmap信息')

psAllInfo = dut1_ssh.exe_cmd(['ps -aux'])

psAllRssEnd = getPsAllRss(processList,psAllInfo)

dut1_ssh.exe_cmd(['pmap -d %s' % psID])

dut1_ssh.exe_cmd(['exit'])



##-------------------显示最终的监测结果------------------------------------------##

print('=========================拷机测试的结果=====================')

resultPrint(psName, rssList, privateList)

compareAllPsRss(processList, psAllRssStart, psAllRssEnd)

##-------------------清理测试环境，结束测试---------------------------------------##

dut1_ssh.close()

##++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++##



def getPsID(psName,psInfo):

#根据PSInfo检索出psID

# return psID



def getPsAllRss(psNameList,psAllInfo):

#通过psALLInfo检索出所有ps的RSS并返回

# return psRssList



def getRssMem(dut1_ssh,psID):

#根据 'cat /proc/%s/status | grep VmRSS' 命令找出每一个ps的rss内存值

# return rssMem



def getPrivateMem(dut1_ssh,psID):

#根据 'pmap -d %s | grep mapped' 命令找出每一个ps的私有内存值

# return privateMem



def resultPrint(psName,rssList,privateList):

#根据需要输出内存监测结果，可以是炫酷的图形化输出，也可以是简易输出，例如：

print('\n进程%s的物理内存占用趋势为:'%psName)

print(rssList)

print('\n进程%s的私有内存使用趋势为:'%psName)

print(privateList)



def compareAllPsRss(processList,psAllRssStart,psAllRssEnd):

#对所有进程的一个输出，可以是图形化的，也可以是简易的

3、 使用内存拷机测试脚本

使用实例：

1） 测试同学怀疑ntp特性在配置本地时钟存在内存泄漏，所以设置主要监测的进程是ntpd

2） 在mytest函数里定义了将反复执行的命令。

def mytest(dut1_ssh):

for i in range(0,10):

dut1_ssh.config(['ntp-service refclock-master 9'])

time.sleep(2)

dut1_ssh.config(['no ntp-service refclock-master'])

3） 主程序将反复执行mytest，并周期性的查看ntpd进程的rss内存和私有内存信息

4） 主程序在初始时和结束时获取了一次ntpd进程的完整pmap信息，方便在怀疑ntpd存在内存泄漏时进行进一步的定位分析。

运行结果：

主要的结果如下图所示：（笔者使用的版本当前未将数据图形化）

可以看到，ntpd的rss内存增长显著，私有内存也呈一直上涨趋势。所以，ntpd有很大嫌疑存在内存泄漏。

因为想进一步分析内存的变化，所以对比了程序执行前后ntpd的pmap信息。可以看到在结束时，pmap信息里多了更多的大小为4K的分页。测试人员将这一信息提供给开发同学定位。