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记一次Python脚本实现内存泄漏测试的方法及解决过程,经验分享篇

转载 2019-08-19 17:37:33

我下面这篇文章提供了一种轻巧的内存泄漏测试方法及其python实现,该方法在Lenovo Bamboo系统的验收测试活动中得到过诸多检验,是一种易用有效的内存泄漏测试方法。

一、内存泄漏测试原理

1、内存泄漏的危害。

内存泄漏的危害不必多说,会导致系统的可用内存越来越少,影响系统长时间运行的稳定性。

2、常用的内存泄漏测试方法

一般而言,可概括为两种思路:

1)内存分配、释放工具检查

如valgrind等内存测试工具。

2)Linux系统性能监测

如zabbix等linux性能监测工具,以及团队自研的检测linux性能的工具。

在方法一中,工具的原理一般是通过检查当程序动态分配内存后,是否有释放来判断有没有发生内存泄漏。其优点很明显,发现泄漏时能很方便定位到代码的具体哪个地方在泄漏内存。但缺点也很明显:一是工具容易误判,二是工具要干涉程序编译过程,使得工具使用起来很麻烦。这两个缺点对于黑盒测试人员来说尤其容易感受到。

其实,还有第三个缺点。作为测试人员,真正关心的难道是程序结束时内存有没有free吗?不然。绝大多数的进程原本就该持续运行永不结束(至少我们希望是这样),测试人员真正关心的是进程所使用的内存是基本稳定的,还是持续增长的。如果是持续增长的,就有影响系统长时间运行稳定性的风险。

综上, Bamboo OS测试人员根据方法二总结了内存泄漏测试方法,并利用python实现了工具脚本。

3、linux内存管理机制

Linux的内存管理机制,网上的资料很多,就不多谈了。本文只对一些基本的概念啰嗦几句。

虚拟内存:linux上每个进程都有一个虚拟的地址空间,这个虚拟的地址空间大小在ps命令里体现为VSZ,在top命令里体现为VIRT。这空间可以很大,单个进程的VSZ超出整个系统的内存,也是很常见的。

常驻内存:只有实际要发生访问的内存,才会被映射到RAM上,在ps命令里体现为RSS,在top命令里体现为RES

如下图所示,vpp的VSZ为99G(你看,任性吧。),RSS为787M。

(注:PS命令中内存基本单位是KB,B代表bit)

进程使用的内存,还有一种分法:私有内存和共享内存。

顾名思义,私有内存即是被该进程独享的内存,共享内存是多个进程共享的内存,一般地,当多个进程依赖相同的链接库时,链接库也会被映射到每一个进程的地址空间里。所以,即使RSS也未真正的反映进程到底占用了系统多少内存资源。

综上,测试linux系统上进程内存泄漏的一个基本思路为:

定期通过ps、cat proc/$pid/status、pmap –d $pid等命令,观测进程的rss和私有内存的变化。如果两者都在持续上涨,那么该进程有很大嫌疑存在内存泄漏。如果只有其中之一在涨,需进一步使用定位方法(或者请求开发协助),最好能弄明白具体原因。

监测linux内存性能的命令有很多,除上文提到过的命令外,用户态进程还有smaps,vmstat以及其他命令监测,内核一般是查看slabinfo。本文不介绍这些命令的详细用法。

二、Bamboo 系统内存泄漏检测脚本的实现

1、设计测试方法

视对系统的了解程度,可以选择性地

1)通过审阅设计文档或历史缺陷、与开发沟通交流,找出项目动态分配内存的地方;

2)设计测试步骤,测试步骤应当让最终的状态与初始状态时一个状态。比如,创建router ospf实例,进行实例的初始化和资源分配、协议交互后,又删去了此实例,系统回到初始状态;

3)反复执行测试步骤并通过linux的命令观察内存变化。如果rss和私有内存持续上涨,则有嫌疑出现了内存泄漏;

4)定位(或协调开发来定位)问题,可通过pmap命令的详细信息对比、gdb调试、valgrind或其他工具来定位。

2、实现内存拷机测试脚本

内存拷机脚本工具包含两部分,memMonitor和mytest。

memMonitor是工作框架,依赖Bamboo系统的自动化测试平台,该平台能提供bamboos_ssh功能让脚本可以创建一个Bamboo系统实例并在该系统执行命令。笔者提供的版本是通过命令行来获取系统内存信息的,各功能函数通过分析字符串来获取数据,读者可以自行实现。内存监测结果的呈现可炫酷可简易,读者可自行实现。

memMonitor 的传参mytest是一个函数,这个函数里是测试人员设计的测试步骤(比如上文说过的创建和销毁ospf实例),对于工具的使用人员来说,他不需要关心memMonitor内部实现机制,只要设计他个人的mytest就可以了。

memMonitor脚本的基本架构如下。

import bamboos_ssh

  import re

  import time

  '''

  本用例通过linux提供的ps和pmap命令监控Bamboo系统里指定进程的内存变化。

  '''

  ##--------------全局参数设置--设置检测范围-------------------------------##

  processList = ['./omu','/bin/ffe/vpp/vpp','l3stackMain','srvc','nse','ospfd','nettool_server',

   'infoc','ffe_mgmt','usermgr','nat','dhcpd','ntpd','bgpd','sysrepod']

  ##++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++##

  def memMonitor(targetSystemIP,psName,repeatRounds,mytest):

   rssList = []

   privateList = []

   ##-----------------------------初始化工作------------------------------------- -##

   dut1_ssh = bamboos_ssh.bamboos_ssh(targetSystemIP)

   print('\n初始时完整获取ps信息,找到目标进程的进程号,获取该进程的pmap信息')

   psAllInfo = dut1_ssh.exe_cmd( ['ps -aux'])

   psID = getPsID(psName,psAllInfo)

   psAllRssStart = getPsAllRss(processList,psAllInfo)

   dut1_ssh.exe_cmd( ['pmap -d %s'%psID])

   dut1_ssh.exe_cmd(['exit'])

   ##-----------------------------拷机过程-----------------------------------------##

   ##主循环多次执行测试员的拷机脚本,每次执行后获取rss内存和private内存信息

   for i in range(0,repeatRounds+1):

   try:

   if 0 == i:

   print('\n获取初始内存信息')

   else:

   print('\n第%d轮测试' % i)

   mytest(dut1_ssh)

   print('\n第%d次获取内存信息' % i)

   rssMem = getRssMem(dut1_ssh,psID)

   rssList.append(rssMem)

   privateMem = getPrivateMem(dut1_ssh,psID)

   privateList.append(int(privateMem))

   dut1_ssh.exe_cmd(['exit'])

   except BaseException as e:

   print(e);print('第%d轮测试时异常终止了'%i);resultPrint(psName, rssList, privateList);break

   ##最后一轮测试时再次获取ps信息,以及目标进程的pmap信息

   print('\n结束时完整获取ps信息,以及目标进程的pmap信息')

   psAllInfo = dut1_ssh.exe_cmd(['ps -aux'])

   psAllRssEnd = getPsAllRss(processList,psAllInfo)

   dut1_ssh.exe_cmd(['pmap -d %s' % psID])

   dut1_ssh.exe_cmd(['exit'])

   ##-------------------显示最终的监测结果------------------------------------------##

   print('=========================拷机测试的结果=====================')

   resultPrint(psName, rssList, privateList)

   compareAllPsRss(processList, psAllRssStart, psAllRssEnd)

   ##-------------------清理测试环境,结束测试---------------------------------------##

   dut1_ssh.close()

   ##++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++##

  def getPsID(psName,psInfo):

  #根据PSInfo检索出psID

  # return psID

  def getPsAllRss(psNameList,psAllInfo):

  #通过psALLInfo检索出所有ps的RSS并返回

  # return psRssList

  def getRssMem(dut1_ssh,psID):

  #根据 'cat /proc/%s/status | grep VmRSS' 命令找出每一个ps的rss内存值

  # return rssMem

  def getPrivateMem(dut1_ssh,psID):

  #根据 'pmap -d %s | grep mapped' 命令找出每一个ps的私有内存值

  # return privateMem

  def resultPrint(psName,rssList,privateList):

  #根据需要输出内存监测结果,可以是炫酷的图形化输出,也可以是简易输出,例如:

   print('\n进程%s的物理内存占用趋势为:'%psName)

   print(rssList)

   print('\n进程%s的私有内存使用趋势为:'%psName)

   print(privateList)

  def compareAllPsRss(processList,psAllRssStart,psAllRssEnd):

  #对所有进程的一个输出,可以是图形化的,也可以是简易的

3、使用内存拷机测试脚本

使用实例:

1)测试同学怀疑ntp特性在配置本地时钟存在内存泄漏,所以设置主要监测的进程是ntpd

2)在mytest函数里定义了将反复执行的命令。

def mytest(dut1_ssh):

   for i in range(0,10):

   dut1_ssh.config(['ntp-service refclock-master 9'])

   time.sleep(2)

   dut1_ssh.config(['no ntp-service refclock-master'])

3)主程序将反复执行mytest,并周期性的查看ntpd进程的rss内存和私有内存信息

4)主程序在初始时和结束时获取了一次ntpd进程的完整pmap信息,方便在怀疑ntpd存在内存泄漏时进行进一步的定位分析。

运行结果:

主要的结果如下图所示:(笔者使用的版本当前未将数据图形化)

可以看到,ntpd的rss内存增长显著,私有内存也呈一直上涨趋势。所以,ntpd有很大嫌疑存在内存泄漏。

因为想进一步分析内存的变化,所以对比了程序执行前后ntpd的pmap信息。可以看到在结束时,pmap信息里多了更多的大小为4K的分页。测试人员将这一信息提供给开发同学,开发同学据此很快找到了内存泄漏的原因在于NTP记录日志后没有释放分页。

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