内存调试－ MEMWATCH

MEMWATCH 由 Johan Lindh 编写，是一个开放源代码 C 语言内存错误检测工具，您可以自己下载它（请参阅本文后面部分的参考资料）。
只要在代码中添加一个头文件并在 gcc 语句中定义了 MEMWATCH 之后，您就可以跟踪程序中的内存泄漏和错误了。
MEMWATCH 支持 ANSI C，它提供结果日志纪录，能检测双重释放（double-free）、错误释放（erroneous free）、没有释放的内存（unfreed memory）、溢出和下溢等等。

1．下载Memwatch,
http://www.linkdata.se/

2．解压后可以看到memwatch.c、memwatch.h、test.c等文件；
2．1 首先运行源代码中的事例程序，检测是否捕捉到内存错误，具体步骤如下：
Linux and other *nixes with gcc:
gcc -o test -DMEMWATCH -DMEMWATCH_STDIO test.c memwatch.c
Windows 95, Windows NT with MS Visual C++:
cl -DMEMWATCH -DMEMWATCH_STDIO test.c memwatch.c
Then simply run the test program.
./test
成功运行后，会看到一个名为"memwatch.log" 的文件，里面记录了内存泄漏的具体情况。

3．上面事例运行成功后，就可以将测试自己的代码了。
3.1 首先将memwatch.c、memwatch.h复制到被测代码中。
3.2 将源码中每个文件都包含memwatch.h；如果源码中的所有文件都用到了一个文件，也可以将其添加到该文件中。
3.3 重新编译源代码，并在gcc选项中使用 –DMEMWATCH，如果需要对出错时进行控制，可以添加-DMEMWATCH_STDIO 选项，此时调试出错时可以在标准输出上看到"Abort, Retry,Ignore?”
3.4 编译成功后，运行程序！如果操作无误，可以memwatch.log，里面记录了内存调试的具体情况。

4．容易出现的问题
4.1 在memwatch.h之后包含string.h时，编译时提示strdup()出错！
解决办法：可以将string.h放置在memwatch.h之前；也可以修改memwatch.h，使其包含
string.h.
4.2 运行程序后，没有出现memwatch.log文件
解决办法：在编译时可能没有定义MEMWATCH；也可能是有些文件没有包含memwatch.h；查看后解决
总结：MEMWATCH 为您显示真正导致问题的行。如果您释放一个已经释放过的指针，它会告诉您。对于没有释放的内存也一样。日志结尾部分显示统计信息，包括泄漏了多少内存，使用了多少内存，以及总共分配了多少内存。

清单 1. 内存样本（test1.c） #include
#include
#include "memwatch.h"
int main(void)
{
char *ptr1;
char *ptr2;
ptr1 = malloc(512);
ptr2 = malloc(512);
ptr2 = ptr1;
free(ptr2);
free(ptr1);
}

清单 1 中的代码将分配两个 512 字节的内存块，然后指向第一个内存块的指针被设定为指向第二个内存块。结果，第二个内存块的地址丢失，从而产生了内存泄漏。
现在我们编译清单 1 的 memwatch.c。下面是一个 makefile 示例：
test1 gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO test1.c memwatch
c -o test1

当您运行 test1 程序后，它会生成一个关于泄漏的内存的报告。清单 2 展示了示例 memwatch.log 输出文件。

清单 2. test1 memwatch.log 文件 MEMWATCH 2.67 Copyright (C) 1992-1999 Johan Lindh
...
double-free:  test1.c(15), 0x80517b4 was freed from test1.c(14)
...
unfreed:  test1.c(11), 512 bytes at 0x80519e4
{FE FE FE FE FE FE FE FE FE FE FE FE ..............}
Memory usage statistics (global):
N)umber of allocations made:  2
L)argest memory usage :  1024
T)otal of all alloc() calls:  1024
U)nfreed bytes totals :  512

MEMWATCH 为您显示真正导致问题的行。如果您释放一个已经释放过的指针，它会告诉您。对于没有释放的内存也一样。日志结尾部分显示统计信息，包括泄漏了多少内存，使用了多少内存，以及总共分配了多少内存。

linux下的测试工具真是少之又少，还不好用，最近试用了memwatch，感觉网上的介绍不太好，所以放在这里跟大家分享。其实大部分都是看的帮助，很多地方翻译得不好还有错，请原谅指出最好看原文。如果转载或引用，请注明我的博客地址，谢谢。

1 介绍
MemWatch由 Johan Lindh 编写，是一个开放源代码 C 语言内存错误检测工具。MemWatch支持 ANSI C，它提供结果日志纪录，能检测双重释放（double-free）、错误释放（erroneous free）、内存泄漏（unfreed memory）、溢出(Overflow)、下溢(Underflow)等等。

1.1 MemWatch的内存处理
MemWatch将所有分配的内存用0xFE填充，所以，如果你看到错误的数据是用0xFE填充的，那就是你没有初始化数据。例外是calloc()，它会直接把分配的内存用0填充。
MemWatch将所有已释放的内存用0xFD填充(zapped with 0xFD).如果你发现你使用的数据是用0xFD填充的，那你就使用的是已释放的内存。在这种情况，注意MemWatch会立即把一个"释放了的块信息" 填在释放了的数据前。这个块包括关于内存在哪儿释放的信息，以可读的文本形式存放，格式为"FBI<counter>filename(line)"。如:"FBI<267>test.c(12)".使用FBI会降低free()的速度，所以默认是关闭的。使用mwFreeBufferInfo(1)开启。
为了帮助跟踪野指针的写情况，MemWatch能提供no-mans-land（NML）内存填充。no-mans-land将使用0xFC填充.当no-mans-land开启时，MemWatch转变释放的内存为NML填充状态。

1.2初始化和结束处理
一般来说，在程序中使用MemWatch的功能，需要手动添加mwInit()进行初始化，并用对应的mwTerm ()进行结束处理。
当然，如果没有手动调用mwInit()，MemWatch能自动初始化.如果是这种情形，memwatch会使用atext()注册mwTerm()用于atexit-queue. 对于使用自动初始化技术有一个告诫;如果你手动调用atexit()以进行清理工作，memwatch可能在你的程序结束前就终止。为了安全起见，请显式使用mwInit()和mwTerm().

涉及的函数主要有：mwInit() mwTerm() mwAbort()

1.3 MemWatch的I/O 操作
对于一般的操作，MemWatch创建memwatch.log文件。有时，该文件不能被创建;MemWatch会试图创建memwatNN.log文件，NN在01~99之间。
如果你不能使用日志，或者不想使用，也没有问题。只要使用类型为"void func(int c)"的参数调用mwSetOutFunc()，然后所有的输出都会按字节定向到该函数.
当ASSERT或者VERIFY失败时，MemWatch也有Abort/Retry/Ignore处理机制。默认的处理机制没有I/O操作，但是会自动中断程序。你可以使用任何其他Abort/Retry/Ignore的处理机制,只要以参数"void func(int c)"调用mwSetAriFunc()。后面在1.2使用一节会详细讲解。
涉及的函数主要有：mwTrace() mwPuts() mwSetOutFunc() mwSetAriFunc() mwSetAriAction() mwAriHandler()mwBreakOut()

1.4 MemWatch对C++的支持
可以将MemWatch用于C++,但是不推荐这么做。请详细阅读memwatch.h中关于对C++的支持。

2 使用
2.1 为自己的程序提供MemWatch功能
在要使用MemWatch的.c文件中包含头文件"memwatch.h"
使用GCC编译（注意：不是链接）自己的程序时，加入-DMEMWATCH -DMW_STDIO
如：gcc -DMEMWATCH -DMW_STDIO –o test.o –c test1.c

2.2 使用MemWatch提供的功能
1）在程序中常用的MemWatch功能有：
mwTRACE ( const char* format_string, ... );或TRACE ( const char* format_string, ... );
mwASSERT ( int, const char*, const char*, int )或ASSERT ( int, const char*, const char*, int )
mwVERIFY ( int, const char*, const char*, int )或VERIFY ( int, const char*, const char*, int )
mwPuts ( const char* text )
ARI机制（ mwSetAriFunc(int (*func)(const char *))，mwSetAriAction(int action)，mwAriHandler ( const char* cause )）
mwSetOutFunc (void (*func)(int))
mwIsReadAddr(const void *p, unsigned len )
mwIsSafeAddr(void *p, unsigned len )
mwStatistics ( int level )
mwBreakOut ( const char* cause)

2）mwTRACE，mwASSERT，mwVERIFY和mwPuts顾名思义，就不再赘述。仅需要注意的是，Memwatch定义了宏 TRACE, ASSERT 和 VERIFY.如果你已使用同名的宏,memwatch2.61及更高版本的memwatch不会覆盖你的定义。MemWatch2.61及以后，定义了 mwTRACE, mwASSERT 和 mwVERIFY宏，这样，你就能确定使用的是memwatch的宏定义。2.61版本前的memwatch会覆盖已存在的同名的TRACE, ASSERT 和 VERIFY定义。
当然，如果你不想使用MemWatch的这几个宏定义，可以定义MW_NOTRACE, MW_NOASSERT 和 MW_NOVERIFY宏，这样MemWatch的宏定义就不起作用了。所有版本的memwatch都遵照这个规则。

3）ARI机制即程序设置的“Abort, Retry, Ignore选择陷阱。

mwSetAriFunc：
设置“Abort, Retry, Ignore”发生时的MemWatch调用的函数.当这样设置调用的函数地址时，实际的错误消息不会打印出来，但会作为一个参数进行传递。
如果参数传递NULL，ARI处理函数会被再次关闭。当ARI处理函数关闭后， meewatch会自动调用有mwSetAriAction()指定的操作。
正常情况下，失败的ASSERT() or VERIFY()会中断你的程序。但这可以通过mwSetAriFunc()改变，即通过将函数"int myAriFunc(const char *)"传给它实现。你的程序必须询问用户是否中断，重试或者忽略这个陷阱。返回2用于Abort， 1用于Retry，或者0对于Ignore。注意retry时，会导致表达式重新求值.
MemWatch有个默认的ARI处理器。默认是关闭的，但你能通过调用mwDefaultAri()开启。注意这仍然会中止你的程序除非你定义MEMWATCH_STDIO允许MemWatch使用标准C的I/O流。
同时，设置ARI函数也会导致MemWatch不将ARI的错误信息写向标准错误输出，错误字符串而是作为'const char *'参数传递到ARI函数.

mwSetAriAction：
如果没有ARI处理器被指定，设置默认的ARI返回值。默认是MW_ARI_ABORT

mwAriHandler：
这是个标准的ARI处理器，如果你喜欢就尽管用。它将错误输出到标准错误输出，并从标准输入获得输入。

mwSetOutFunc：
将输出转向调用者给出的函数(参数即函数地址)。参数为NULL，表示把输出写入日志文件memwatch.log.

mwIsReadAddr:
检查内存是否有读取的权限

mwIsSafeAddr:
检查内存是否有读、写的权限

mwStatistics:
设置状态搜集器的行为。对应的参数采用宏定义。

#define MW_STAT_GLOBAL 0       /* 仅搜集全局状态信息 */
#define MW_STAT_MODULE 1       /* 搜集模块级的状态信息 */
#define MW_STAT_LINE    2       /* 搜集代码行级的状态信息 */
#define MW_STAT_DEFAULT 0       /* 默认状态设置 */

mwBreakOut:
当某些情况MemWatch觉得中断(break into)编译器更好时，就调用这个函数.如果你喜欢使用MemWatch,那么可以在这个函数上设置执行断点。
其他功能的使用，请参考源代码的说明。

2.3分析日志文件
日志文件memwatch.log中包含的信息主要有以下几点：
测试日期
状态搜集器的信息
使用MemWatch的输出函数或宏（如TRACE等）的信息。
MemWatch捕获的错误信息
内存使用的全局信息统计，包括四点：1）分配了多少次内存 2）最大内存使用量3）分配的内存总量 4）为释放的内存总数
MemWatch捕获的错误记录在日志文件中的输出格式如下：
message: <sequence-number> filename(linenumber), information

2.4 注意事项
mwInit()和mwTerm()是对应的.所以使用了多少次mwInit()，就需要调用多少次
mwTerm()用于终止MemWatch.
如果在流程中捕获了程序的异常中断，那么需要调用mwAbort()而不是
mwTerm()。即使有显示的调用mwTerm()，mwAbort()也将终止MemWatch。
MemWatch不能确保是线程安全的。如果你碰巧使用Wind32或者你使用了线程，作为2.66，是初步支持线程的。定义WIN32或者MW_PTHREADS以明确支持线程。这会导致一个全局互斥变量产生，同时当访问全局内存链时，MemWatch会锁定互斥变量，但这远不能证明是线程安全的。

3 结论
从MemWatch的使用可以得知，无法用于内核模块。因为MemWatch自身就使用了应用层的接口，而不是内核接口。但是，对于普通的应用层程序，我认为还是比较有用，并且是开源的，可以自己修改代码实现；它能方便地查找内存泄漏，特别是提供的接口函数简单易懂，学习掌握很容易，对应用层程序的单元测试会较适用。

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