[記憶體泄露]Purify工具介紹

C／C++記憶體問題檢查利器——Purify

一、引言

我們都知道軟體的測試（在以產品為主的軟體公司中叫做QA—Quality Assessment）佔了整個軟體工程的30% -50%，但有這麼一種說法，即使是最優秀測試專家設計出來的測試案例，也無法徹底地檢測到記憶體上的問題。

使用C/C++開發的團隊一定有被其記憶體問題折磨過的經曆，記憶體問題一直是C/C++開發人員的心頭之痛。特別當程式越來越多時，類的繼承和關聯越來越多時，記憶體問題也就越來越多，很多時候，開發人員在不經意的時候就帶入了記憶體問題。這是C/C++世界中很難避免的東西，哪怕是有10年以上開發經驗的老手，也難以避免或是杜絕記憶體問題。

而且，記憶體的問題是讓人很難察覺的，特別是對於記憶體問題排名第一的Memory Leak來說，在幾萬行代碼中出現Memory Leak的機率幾乎是100%，而且要靠一般的手段是很難檢測出這種程式錯誤的。它並不像“野指標”或是“數組越界”那麼容易暴露出來（這些會讓程式異常退出，而Memory
Leak則不會）。當你發現你的伺服器端的程式，每隔一個月（或是更長的時間）就把伺服器上的記憶體全部耗盡時，讓伺服器有規律地每過幾個月就當機一次，那麼你的程式可能是中了Memory Leak了，同時，你會發現在數十萬行代碼中尋找這種Memory
Leak無異於大海撈針。

於是，正如《駭客帝國II》中描述的那樣，當你的程式越來越大，越來越複雜的時候，你會發現程式就越來越不受你的控制，有一些讓你記憶體出現問題乃至讓你應用程式崩潰的變數，他們生存在系統的邊緣，你怎麼找也找不到，這種情況下，除了用程式測試程式，別無其它的方法。對於C/C++記憶體問題中的Memory
Leak這種頂級殺手，那怕最牛的程式員再加上最牛的系統架構師也很難把其找出來，對此，我們只有依靠程式，用程式去尋找這種系統的BUG。這麼讓我們事半功倍。

在我們尋求解決記憶體問題的同時，讓我們所感到幸運的時，目前，已經有許多小的軟體可供我們選擇，如MallocDebug，Valgrind，Kcachegrind，dmalloc，NuMega，BoundsCheck，ParaSoft，Insure++等等，在這裡，我想向大家介紹的是Rational 公司（呵呵，應該是IBM了）的 Purify，這是我覺得最專業，也是最強大的記憶體偵查工具。

Purify 所支援的作業系統有Windows 2000/XP Professional/NT、Sun Solaris、HP-UX、SGI-IRIX。我不知道其支不支援Linux，但在其網站上，我並沒有看到這樣的資訊，但又聽別人說他支援，所以在這裡我不敢斷言它不支援，想想要做UNIX下的軟體能有不支援Linux的嗎？可能很少吧。

下面，是我所使用的Purify的版本和運行Purify的作業系統：

> purify -version

Version 2003.06.00 Solaris 2

> uname -a

SunOS hostname 5.8 Generic_108528-11 sun4u sparc SUNW,Ultra-60

我會基於這個版本向你介紹Purify的強大功能。

二、  Purify簡介

在C/C++的軟體開發中，沒有任何一種工具可以讓你的應用程式避免引入記憶體問題，但是我們可以使用諸如Purify這樣的工具對已經做好了的程式進行記憶體問題的檢查。Purify的強大之處是可以找到應用程式中全面的記憶體問題，並可以和GDB/DBX等調試器以配合使用，讓你對你的記憶體錯誤一目瞭然。

Purify是一個Run-Time的工具，也就是說只有在程式運行過程中，根據程式的運行情況來查看在某種運行條件下程式是否有記憶體上的問題，它可以在一個非常複雜的程式中尋找記憶體錯誤，包括那種多進程或多線程的程式，它也可以進行測試。

Purify對程式中的每一個記憶體操作都進行檢測，並對精確報告記憶體出現錯誤的變數和語句，以提供出現錯誤原因的分析。Purify主要檢測的是下面這些記憶體錯誤：

數組記憶體是否越界讀/寫。

是否使用了未初始化的記憶體。

是否對已釋放的記憶體進行讀/寫。

是否對null 指標進行讀/寫。

l   記憶體漏洞。

在軟體工程中，以我的經驗而言，最好是在編碼階段時就使用Purify檢測記憶體存問題，一直到交給測試人員測試。請相信我，在一個大型的C/C++軟體產品中，即使檢測出了記憶體問題，離真正地解決它還有一定的距離，所以為了讓這個“距離”不算太遠，最好還是在功能模組完成時就進行Purify的記憶體檢測。

一般而言，在軟體測試中，首要的是軟體的功能測試，然後是反面案例測試，再而是壓力測試。就我個人經驗而言，使用記憶體偵查工具的階段應該是編碼階段、模組合并後、以及程式邏輯測試完成以後，直到產品發布前，也要做一個記憶體測試。

要使用Purify這個工具很簡單，首先在你安裝好了的Purify的目錄上你會看到兩個Shell指令碼：purifyplus_setup.csh（對應於C-Shell） purifyplus_setup.sh（對應於標準Shell）。你先執行一下這兩個指令碼，以便讓Purify設定好一些環境參數，如：

> source purifyplus_setup.csh

而對於你的程式而言，你需要這樣使用：

   　> purify cc –g –o myProgram myProgram.c

     > purify cc –g –c –o myLib.o myLib.c

         就這麼簡單，然後你只要運行你的程式就行了，Purify會向你提交一份記憶體問題的報告清單，以供你分析。Purify使用的是OCI（Object
Code Insertion）技術，它會在你的目標程式中插入一些它自己的函數，這些函數主要都是記憶體檢測的語句，這些語句將會放置在程式中所有，記憶體操作之前，一旦在程式運行時發現記憶體問題，Purify所插入的這些語句就會向你報告。一般來說，所有的記憶體偵查工具都是這樣工作的。當被Purify編譯過的程式運行時，Purify會彈出一個圖形介面的視窗，來向你報告記憶體問題。

Purify在 報告記憶體問題的時候，可以指出來源程式中哪個地方出現記憶體問題，但對於記憶體流失而言，它只能指出出現問題的記憶體是哪一塊，也就是指出記憶體是在哪裡被分配的， 而不是指出記憶體泄露是如何發生的。這是比較合乎情理的，所以，即使你知道那塊記憶體發生了泄漏，你也不一定能找到究竟在什麼時候發生的。當然，如果你讓Purify配合GDB一起使用，那麼要找到這種問題的根本原因，也不是什麼困難的事情。