内存问题检测

内存检测方式

gcc/g++ 内存检测方式如下，添加一些编译标签：

  • -fsanitize=leak   检测内存泄漏。例如添加标签：-fsanitize=leak -g -O0
  • -fsanitize=address  检测内存越界。例如添加标签：-fsanitize=address -g -O2，优化级别开启 O2 也可以检测到
  • -fsanitize=undefined  检测未定义的行为，例如：使用未初始化的变量、除 0、空指针解引用等

编译完，代码跑起来后，回放录包，录包跑完后，可以按 ctrl c，会输出内存检测结果（对应的调用栈）到标准出错

【注意：这种检测方式是运行时检测，如果有些代码没有运行到，这些代码就检测不到，需要链接 asan 库，或者 export LD_PRELOAD=/lib/aarch64-linux-gnu/libasan.so.5:${LD_PRELOAD}】

使用这种方式，实际上已经帮助系统组解决了一些中间件的 coredump 问题、planning 的内存泄漏问题、perception 的内存越界问题，比较好用

其中，协助 rs_perception 杨代玉解决内存问题时，【内存越界|内存泄漏检测方法-CSDN博客】文档很好：

内存问题，出现过的 case

可能导致内存问题的原因（后续协助算法做内存问题检测时，新的 case 可以继续在下面加）：

1. 释放了没有分配的内存，报错为：AddressSanitizer: attempting free on address which was not malloc()-ed

2. new 和 delete 不匹配，报错为：AddressSanitizer: alloc-dealloc-mismatch (operator new [] vs operator delete)

new 分配一个数组，应该用 delete[] 去释放，而不是用 delete 释放

例如：auto output = std::shared_ptr(new float[num_obj * 9]);
应该改为：
auto output = std::shared_ptr(new float[num_obj * 9], [](float* p) { delete[] p; });

3. 内存越界，报错为：AddressSanitizer: heap-buffer-overflow on address 或者 AddressSanitizer: stack-buffer-overflow on address

例如：使用 for(int i = 1; i < 4; ++i) 去遍历修改数组中的对象，数组长度为 3 的话，会存在内存越界问题

4. 内存泄漏，报错为：LeakSanitizer: detected memory leaks

  • 忘记释放内存

  • 存在循环引用问题。例如伪代码如下：

    struct A {

        std::shared_ptr<struct A> sa;

        std::shared_ptr<struct A> sb;

    }

    struct B {

        std::shared_ptr<struct A> sa;

        std::shared_ptr<struct B> sb;

    }

    int main () {

        shared_ptr<A> pa(new A());

        pa->sa = pa;  // 案例一：循环引用，自己的成员指向自己，出现循环引用。释放时，无法释放 pa

        shared_ptr<B> pb(new B());

        pa->sb = pb;  // 案例二：pa->sb 指向 pb，pb->sa 指向 pa，出现循环引用。释放时，会导致 pa 和 pb 都无法释放

        pb->sa = pa;

        return 0;

    }

5. 第三方库内存 bug

如下 pcl 库的 bug，升级到 pcl1.9 可解决

==9889==ERROR: AddressSanitizer: heap-buffer-overflow on address 0x007f6ab4eeb8 at pc 0x007f9b129370 bp 0x007c3bdf3940 sp 0x007c3bdf3960

READ of size 8 at 0x007f6ab4eeb8 thread T36

==9889==AddressSanitizer: while reporting a bug found another one. Ignoring.

    #0 0x7f9b12936f in Eigen::internal::handmade_aligned_free(void*) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/util/Memory.h:118

    #1 0x7f9b12936f in Eigen::internal::aligned_free(void*) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/util/Memory.h:206

    #2 0x7f9b12936f in void Eigen::internal::conditional_aligned_free<true>(void*) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/util/Memory.h:259

    #3 0x7f9b12936f in void Eigen::internal::conditional_aligned_delete_auto<float, true>(float*, unsigned long) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/util/Memory.h:446

    #4 0x7f9b12936f in Eigen::DenseStorage<float, -1, -1, -1, 0>::~DenseStorage() /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/DenseStorage.h:415

    #5 0x7f9b12936f in Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> >::~PlainObjectBase() /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/PlainObjectBase.h:98

    #6 0x7f9b12936f in Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>::~Matrix() /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/Matrix.h:178

    #7 0x7f9b12936f in void Eigen::internal::call_assignment<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const>, Eigen::internal::assign_op<float, float> >(Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>&, Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> const&, Eigen::internal::assign_op<float, float> const&, Eigen::internal::enable_if<Eigen::internal::evaluator_assume_aliasing<Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const>, Eigen::internal::evaluator_traits<Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> >::Shape>::value, void*>::type) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/AssignEvaluator.h:840

    #8 0x7f9b12936f in void Eigen::internal::call_assignment<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> >(Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>&, Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> const&) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/AssignEvaluator.h:826

    #9 0x7f9b12936f in Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>& Eigen::PlainObjectBase<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> >::_set<Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> >(Eigen::DenseBase<Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> > const&) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/PlainObjectBase.h:779

    #10 0x7f9b12936f in Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>& Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>::operator=<Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> >(Eigen::DenseBase<Eigen::CwiseBinaryOp<Eigen::internal::scalar_difference_op<float, float>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1> const, Eigen::Product<Eigen::Product<Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0>, Eigen::Matrix<float, -1, -1, 0, -1, -1>, 0> const> > const&) /usr/include/eigen3/Eigen/src/Core/Matrix.h:225

    #11 0x7f9b12936f in robosense::KalmanFilter::update(Eigen::Matrix<float, -1, 1, 0, -1, 1>&) /home/mogo/data/yangdaiyu/perception_ws/src/perception/lidar/robosense/modules/perception/lidar/tracking/src/filter/kalman_filter.cpp:137

6. coredump 文件，用 gdb 看到堆栈被踩坏，报错为：previous frame identical to this frame(corrupt stack?)

此时通过 gdb 看到的堆栈不一定是踩坏内存的堆栈，

栈是从高到低分配的，入栈时，sp 指针向低地址移动。假如在栈 #10 分配一个 int arr[100]。如果内存越界，例如执行了 arr[10000] = 123, 此时，10000 是高地址位，是有可能把栈踩坏的。踩坏时，不一定导致 coredump，程序继续运行，直到运行时报错，此时再看 coredump 文件，堆栈已经不是把内存踩坏时的堆栈了。

解问题方法：

    使用-fsanitize=address ，然后回放录包检测

    可以用反汇编看看，是不是把一些全局变量踩坏了，例如 futex

内存越界 demo

$ cat main.cpp

#include <stdio.h>

#include <string.h>

void fun(int n)

{

    printf("The %d step begin.\n", n);

    int a[10];

    for (int i = 0; i< n; i++) {

        a[i] = i;

    }

    if (n < 20) {

        fun(n +1);

    }

    printf("The %d step end\n", n);

}

int main(void)

{

    fun(8);

    return 0;

}

$ g++ main.cpp -o main -fsanitize=address -g -O2

$ ./main

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