一、疑难杂症

从工作到现在，近几年在写C++大规模分布式系统相关，会遇到最头疼的几类问题，特别是新写大模块，或者重构功能基本都会遇到，如下：

内存泄漏
内存写坏
死锁
并发导致状态不对或者结果错误
…

上述几类问题，还可能互相夹杂影响，比如因为并发场景考虑不周全，任务引用计数获取和变化不原子，进而导致内存无法释放，结果不正确。
面对大规模C++工程，总会遇到上述问题，记录一些总结，方便查阅以及后续补充。

二、问题

2.1 内存泄漏

内存泄露有很多排查手段：

1. 检测工具类：

比如valgrind, valgrind是一个动态分析程序的工具框架。Valgrind工具可以自动检测许多内存管理（比如memcheck 模块）和线程错误。具体原理，这里不再赘述。从个人经验而言，valgrind对于中小规模程序检测特别有效，但是对于大规模系统，从曾经几次经验而来，并没有很好的效果，比如一些内存泄露场景，可能是需要高并发跑很久才能出现，而使用valgrind会很大影响程序的运行效率

2. 内存模块打标

这是个人觉得最为有效的使用方法，简而言之，对于每个内存占用的任务或者模块，需要有标记标识，同时后台支持打印这些MOD的内存占用。实现方式有很多，比如改造所有的内存分配器类似如下：

Allocator allocator;
// 初始化传入
allocator.init(int MOD_ID...)
// 分配内存传入
allocator.alloc(int MOD_ID...)

该方式在持续有内存泄露的时候，通过查看每个MOD的内存占用，很多情况下可以迅速定位具体的模块和任务，从而缩小排查的范围。
但是仍然也有例外，曾经查过一个内存泄露问题，MOD是数组类型，然后各处模块都用了数组类型，基本很难定位，该问题最终花了好几天查出来，也是个很有意思的问题。

3. eBPF & bcc

借助于内核提供的分析工具
BPF Compiler Collection (BCC)是基于eBPF的Linux内核分析、跟踪工具。
参考链接：BCC

BCC工具集如下：

其中通过memleak工具可以有效排查很多问题。但是也有一些限制：比如需要特定的内核版本，同时对应用程序有一定的影响。

4. 编码技巧

比如使用智能指针；比如设计任务或者类的析构函数，一定要尝试去释放所有内存

2.2 内存写坏

1. 工具类

(1) 比如valgrind；
(2) 比如Address Sanitizer（一个快速的内存错误检测工具）
(3) 比如借助一些工具，进行代码的静态检查，是否存在越界，是否存在线程局部变量过大等等

2. 程序运行检查

(1) 比如使用mprotect，参考之前一次排查文档：C+±如何排查内存写坏
(2) 程序关键数据结构，设计majic number, 特别是分配内存和释放内存，每次都检查是是否一致。设计校验和checksum等等
(3) vmalloc区域中广泛采用的guard page

3. 一些分析手段

类似之前的c++ 排查一次内存错乱问题

2.3 死锁

死锁问题很常见：一般通过pstack观察程序的堆栈，即可分析到现场。
死锁原因本质上是单个或多个模块因为加锁，导致形成资源的依赖。
场景比如：

单个线程重复加读锁，一个模块已经加锁了，但是因为逻辑复杂，调用一些函数，继续加该读锁，导致死锁
两个线程，因为加锁顺序，导致互相持有对方想获取的锁，类似如下场景：

存在锁lockA, lockB
线程A  获取lockA成功 尝试获取lockB
线程B  获取lockB成功 尝试获取lockA
导致死锁

调用层次不清楚

A模块获取lockA并持有
调用B模块或者B是回调，又尝试获取lockA

解决方式：

pstack确认现场
大规模程序设计，一定有层次感，比如如果要获取一批同样的锁，按照统一的顺序来加锁

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