execvp 的子进程无内存问题

Question

下面的代码来自《操作系统：三个简单的部分》一书。代码让我很困惑。我知道execvp当它运作良好时永远不会回来。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <assert.h>
#include <sys/wait.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
    int rc = fork();
    if (rc < 0) {
        // fork failed; exit
        fprintf(stderr, "fork failed\n");
        exit(1);
    } else if (rc == 0) {
        // child: redirect standard output to a file
        close(STDOUT_FILENO); 
        open("./p4.output", O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC, S_IRWXU);

        // now exec "wc"...
        char *myargs[3];
        myargs[0] = strdup("wc");   // program: "wc" (word count)
        myargs[1] = strdup("p4.c"); // argument: file to count
        myargs[2] = NULL;           // marks end of array
        execvp(myargs[0], myargs);  // runs word count
    } else {
        // parent goes down this path (original process)
        int wc = wait(NULL);
    assert(wc >= 0);
    }
    return 0;
}

我使用 Valgrind 来检查内存泄漏。上面的代码没有内存泄漏。当我删除该execvp行时，它会检测到肯定丢失：2 个块中的 8 个字节。为什么是这样？

Valgrind 命令：

valgrind --leak-check=full ./a.out

当我使用命令 valgrind --trace-children=yes --leak-check=full ./p4

==15091== Memcheck, a memory error detector
==15091== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==15091== Using Valgrind-3.13.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==15091== Command: ./p4
==15091==
==15092== Memcheck, a memory error detector
==15092== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==15092== Using Valgrind-3.13.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==15092== Command: /usr/bin/wc p4.c
==15092==
==15092==
==15092== HEAP SUMMARY:
==15092==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==15092==   total heap usage: 36 allocs, 36 frees, 8,809 bytes allocated
==15092==
==15092== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==15092==
==15092== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==15092== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)
==15091==
==15091== HEAP SUMMARY:
==15091==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==15091==   total heap usage: 0 allocs, 0 frees, 0 bytes allocated
==15091==
==15091== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==15091==
==15091== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==15091== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)
[root cpu-api]#

无论我分配多少字节，堆摘要总是说：==15092== 堆总使用量：36 个分配，36 个释放，8,809 个已分配字节

Answer 1

什么是“绝对丢失”的记忆？

首先，让我们讨论一下 Valgrind 报告“肯定丢失”的内容：如果在程序终止之前对已分配内存的所有引用都丢失了，Valgrind 将报告分配的内存为“肯定丢失”。换句话说，如果您的程序达到一种状态，其中由于不存在指向它的有效指针而无法释放已分配的内存，则这将计为“绝对丢失”。

这意味着这样的程序：

int main(void) {
    char *buf = malloc(10);
    // ...
    exit(0);
}

不会导致Valgrind出错，而这样的程序：

void func(void) {
    char *buf = malloc(10);
    // ...
} // memory is definitely lost here

int main(void) {
    func();
    exit(0);
}

将导致“绝对丢失”错误。

为什么第一个版本适用于 Valgrind？这是因为系统总是在程序退出时释放内存。如果你一直使用分配的内存块直到你的程序结束，真的没有必要显式调用free()它，这可以被认为只是浪费时间。出于这个原因，如果您在仍然持有对它的引用的同时不释放一些已分配的块，Valgrind 会假设您这样做是为了避免“无用”，free()因为您很聪明并且知道操作系统无论如何都会处理它.

但是，如果您忘记了free()某事，并且丢失了对它的所有引用，那么 Valgrind 会警告您，因为您应该拥有free()记忆。如果你不这样做，并且程序继续运行，那么每次进入有问题的块时都会发生同样的事情，你最终会浪费内存。这就是所谓的“内存泄漏”。一个非常简单的例子如下：

void func(void) {
    char *buf = malloc(10);
    // ...
} // memory is definitely lost here

int main(void) {
    while (1) {
        func();
    }
    exit(0);
}

该程序将使您的机器内存不足，最终可能导致系统死亡或冻结（警告：如果您不想冒冻结 PC 的风险，请不要进行测试）。如果您free(buf)在 结束之前正确调用func，则程序将无限期地运行而不会出现问题。

你的程序会发生什么

现在让我们看看您在哪里分配内存以及在哪里声明保存引用的变量。分配内存的程序的唯一部分是在if (rc == 0)块内，通过strdup，这里：

char *myargs[3];
myargs[0] = strdup("wc");   // program: "wc" (word count)
myargs[1] = strdup("p4.c"); // argument: file to count

这两个调用strdup()复制字符串并为此分配新内存。然后，在myargs数组中保存对新分配内存的引用，该引用在if块内声明。如果您的程序在没有释放分配的内存的情况下退出块，那么这些引用将丢失，并且您的程序将无法释放内存。

用execvp()：你的子进程被新进程（wc p4.c）代替，父进程的内存空间被操作系统扔掉（对于Valgrind，这和程序终止完全​​一样）。Valgrind不会将该内存计为丢失，因为在execvp()调用时仍然存在对已分配内存的引用。注意：这不是因为您将指向已分配内存的指针传递给execvp()，而是因为原始程序有效地终止并且操作系统保留了内存。

没有execvp()：您的子进程继续执行，并且在它退出myargs定义的代码块之后，它会丢失对已分配内存的任何引用（因为myargs[0]并且myargs[1]是唯一的引用）。Valgrind 然后正确地将其报告为“绝对丢失”，2 个块（2 个分配）中的8 个字节（3 个 for"wc"和 5 个 for "p4.c"）。如果由于execvp()任何原因调用失败，也会发生同样的事情。

其他注意事项

公平地说，没有真正需要调用strdup()您展示的程序。不像那些字符串需要复制，因为它们在其他地方使用（或类似的东西）。代码可能只是：

myargs[0] = "wc";   // program: "wc" (word count)
myargs[1] = "p4.c"; // argument: file to count

在任何情况下，使用exec*()函数族时的一个好习惯是exit()直接在它之后放置一个，以确保程序在exec*()失败时不会继续运行。像这样的东西：

execvp(myargs[0], myargs); 
perror("execvp failed");
exit(1);