使用mtrace追蹤JVM堆外內存泄露的方法

更新時間：2023年09月24日 15:48:30 作者：扣釘日記

這篇文章主要給大家介紹了如何使用mtrace追蹤JVM堆外內存泄露,文章通過代碼示例介紹的非常詳細,對大家的學習或工作有一定的幫助,需要的朋友可以參考下

mtrace追蹤內存泄露

glibc中提供了mtrace這個函數來開啟追蹤內存分配的功能，開啟后每次應用程序調用malloc或free函數時，會將內存分配釋放操作記錄在MALLOC_TRACE環(huán)境變量所指的文件里面，如下：

$ pid=`pgrep java`
# 配置gdb不調試信號，避免JVM收到信號后被gdb暫停
$ cat <<"EOF" > ~/.gdbinit
handle all nostop noprint pass
handle SIGINT stop print nopass
EOF
# 設置MALLOC_TRACE環(huán)境變量，將內存分配操作記錄在malloc_trace.log里
$ gdb -q -batch -ex 'call setenv("MALLOC_TRACE", "./malloc_trace.log", 1)' -p $pid
# 調用mtrace開啟內存分配追蹤
$ gdb -q -batch -ex 'call mtrace()' -p $pid
# 一段時間后，調用muntrace關閉追蹤
$ gdb -q -batch -ex 'call muntrace()' -p $pid

然后查看malloc_trace.log，內容如下：

可以發(fā)現，在開啟mtrace后，glibc將所有malloc、free操作都記錄了下來，通過從日志中找出哪些地方執(zhí)行了malloc后沒有free，即是內存泄露點。

于是glibc又提供了一個mtrace命令，其作用就是找出上面說的執(zhí)行了malloc后沒有free的記錄，如下：

$ mtrace malloc_trace.log | less -n
Memory not freed:
-----------------
           Address     Size     Caller
0x00007efe08008cc0     0x18  at 0x7efe726e8e5d
0x00007efe08008ea0    0x160  at 0x7efe726e8e5d
0x00007efe6cabca40     0x58  at 0x7efe715dc432
0x00007efe6caa9ad0   0x1bf8  at 0x7efe715e4b88
0x00007efe6caab6d0   0x1bf8  at 0x7efe715e4b88
0x00007efe6ca679c0   0x8000  at 0x7efe715e4947
# 按Caller分組統(tǒng)計一下，看看各Caller各泄露的次數及內存量
$ mtrace malloc_trace.log | sed '1,/Caller/d'|awk '{s[$NF]+=strtonum($2);n[$NF]++;}END{for(k in s){print k,n[k],s[k]}}'|column -t
0x7efe715e4b88  1010  7231600
0x7efe715dc432  1010  88880
0x7efe715e4947  997   32669696
0x7efe726e8e5d  532   309800
0x7efe715eb2f4  1     72
0x7efe715eb491  1     38

可以發(fā)現，0x7efe715e4b88這個調用點，泄露了1010次，那怎么知道這個調用點在哪個函數里呢？

根據指令地址找函數

之前我們介紹過Linux進程的虛擬內存布局，如下：

Stack：棧，向下擴展，為線程分配的棧內存。
Memory Mapping Segment：內存映射區(qū)域，通過mmap分配，如映射的*.so動態(tài)庫、動態(tài)分配的匿名內存等。
Heap：堆，向上擴展，動態(tài)分配內存的區(qū)域。
Data Segment：數據段，一般用來存儲如C語言中的全局變量。
Code Segment：代碼段，對于JVM來說，它從bin/java二進制文件加載而來。

而對于JVM來說，bin/java只是一個啟動進程的殼，真正的代碼基本都在動態(tài)庫中，如libjvm.so、libzip.so等。

而在Linux中，動態(tài)庫都是直接加載的，如下：

因此，通過如下步驟，即可知道某個指令地址來自哪個函數，如下：

根據指令地址，找到其所屬的動態(tài)庫，以及動態(tài)庫在進程虛擬內存空間中的起始地址。
根據指令地址減去起始地址，算出指令在動態(tài)庫中的偏移量地址。
反匯編動態(tài)庫文件，根據偏移量地址查找指令所在函數。

找動態(tài)庫及起始地址

$ pmap -x $pid -p -A 0x7efe715e4b88
Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode  Mapping
00007efe715d9000     108     108       0 r-x-- /opt/jdk8u222-b10/jre/lib/amd64/libzip.so
---------------- ------- ------- -------
total kB             108  163232  160716

通過pmap的-A選項，可以通過內存地址找內存映射區(qū)域，如上，Mapping列就是內存映射區(qū)域對應的動態(tài)庫文件，而Address列是其在進程虛擬內存空間中的起始地址。

計算指令在動態(tài)庫中的偏移量

# 指令地址減去動態(tài)庫起始地址
$ printf "%x" $((0x7efe715e4b88-0x00007efe715d9000))
bb88

反匯編并查找指令

$ objdump -d /opt/jdk8u222-b10/jre/lib/amd64/libzip.so | less -n

可以發(fā)現，進程地址0x7efe715e4b88上的指令，在inflateInit2_函數中。

當然，上面步驟有點復雜，其實也可以通過gdb來查，如下：

gdb -q -batch -ex 'info symbol 0x7efe715e4b88' -p $pid

這樣，我們找到了泄露的原生函數名，那是什么java代碼調用到這個函數的呢？

通過原生函數名找Java調用棧

通過arthas的profiler命令，可以采樣到原生函數的調用棧，如下：

[arthas@1]$ profiler execute 'start,event=inflateInit2_,alluser'
Profiling started
[arthas@1]$ profiler stop
OK
profiler output file: .../arthas-output/20230923-173944.html

打開這個html文件，可以發(fā)現相關的Java調用棧，如下：

外內存泄露的代碼路徑就找到了，只需要再看看代碼，識別一下哪些代碼路徑確實會導致內存泄露即可。

注：經過測試，發(fā)現profiler其實可以直接使用指令地址，所以不轉換為函數名稱，也是OK的。

通過jna開啟mtrace

gdb實際是C/C++的調試程序，通過gdb來直接調用native函數，可能會出現一些不確定因素。

眾所周知，Java提供了JNI機制，可實現Java調用native函數，而jna（Java Native Access）則對JNI技術進行了封裝，大大簡化了Java調用native函數的開發(fā)工作。

因此，我們可以使用jna來調用mtrace等native函數，如下：

引入jna庫

<dependency>
    <groupId>net.java.dev.jna</groupId>
    <artifactId>jna</artifactId>
    <version>4.2.2</version>
</dependency>

封裝并調用native函數

public class JnaTool {
    public interface CLibrary extends Library {
        void malloc_stats();
        void malloc_trim(int pad);
        void setenv(String name, String value, int overwrite);
        void mtrace();
        void muntrace();
    }
    private static CLibrary cLibrary;
    static {
        try {
            cLibrary = (CLibrary) Native.loadLibrary("c", CLibrary.class);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void mtrace(String traceFile) {
        if (cLibrary == null) return;
        cLibrary.setenv("MALLOC_TRACE", traceFile, 1);
        cLibrary.mtrace();
    }
    public static void muntrace() {
        if (cLibrary == null) return;
        cLibrary.muntrace();
    }
    public static void mallocStats() {
        if (cLibrary == null) return;
        cLibrary.malloc_stats();
    }
    public static void mallocTrim() {
        if (cLibrary == null) return;
        cLibrary.malloc_trim(0);
    }
}

這樣，就可以避免使用gdb而調用一些C庫函數了

以上就是使用mtrace追蹤JVM堆外內存泄露的方法的詳細內容，更多關于mtrace追蹤JVM內存泄露的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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