CN1286429A - 一种嵌入处理机内存的检测和监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入处理机内存的检测和监控方法,该方法不用对原程序进行重新插装,也无需增加硬件资源,而是通过标记嵌入处理机的内存块,就可以在监控机的人机界面上提供嵌入处理机内存环境的实时映像,实时地检测嵌入处理机中内存泄露,写越界等错误,并提供详细的日志,可用于对程序的错误和缺陷进行跟踪分析,节省进行错误检查和故障定位的时间。

Description

一种嵌入处理机内存的检测和监控方法

本发明涉及一种计算机内存的检测和监控方法。

在程序的运行过程中，各程序段经常会动态地申请一些存储空间，使用完毕后再释放所申请的存储空间。这样，存储器就被划分为一些具有一定大小、一定生存时间的内存块。每个内存块在其有效期内，只能被特定的程序段使用。也就是说，每一块内存块都应该能够被成功地申请或者释放。但是，由于程序员的误操作、***设计或程序设计的缺陷，内存块有可能被其他的程序块误操作(越界)、或在其生存期已经结束而未被释放(泄漏)的错误发生。

在嵌入处理机中，程序运行在特定的硬件平台下，其***资源有限。由于嵌入处理机要求长时间连续运行，对程序稳定性和可靠性的要求远比一般PC机上的程序要高，不仅不允许出现内存越界、泄漏等错误，而且要求尽量避免出现内存申请失败的情况和对NULL指针进行释放操作。

在设计嵌入处理机时，往往是根据***软件的需求来确定处理机硬件资源的配置，确定外部存储器的容量。怎样确定实际运行环境下所需存储器容量的大小，通常的做法是对***中的内存环境进行实时的检测和监控，动态地提供***中的内存映像，记录其最大的需求值，并保存其存储器的使用日志。

在现有技术中，关于程序占用内存的错误检测和存储器维护的方法，一般采用在原程序中进行插装的做法，改变了原程序的程序结构。如：专利《程序设计中内存操作错误的识别方法》(公开号CN 1188933A)。这些技术或产品的目标平台一般是PC机或工作站，使用环境是Windows 95或Windows NT，即使有可用于实时嵌入处理机环境的检测方法，却无法提供对内存错误的统计和分析，没有对释放NULL指针和内存分配失败错误的检测；另有一些专门针对嵌入处理机环境的调试工具，具有部分内存检测功能，但都需要有专用硬件的支持，成本较高。

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种对嵌入处理机的内存块进行动态检测和监控的方法。

为了达到对嵌入处理机的内存进行动态检测和监控的目的，本发明所述方法的处理步骤如下：

1标记内存块

重定向的内存操作函数将嵌入处理机中与动态内存申请和释放有关的函数进行重载。程序在动态申请内存时，由嵌入处理机收集当前程序运行环境及内存块信息，为其分配内存块，并在分配给它的内存块的头部和尾部设置标记信息，用以保存该内存块的使用状态和相关信息。

2处理或转发内存块信息

在嵌入处理机启动时，同时启动一个Agent任务，该任务负责与监控机建立通讯，完成对内存块信息的收集和向监控机转发，并接收从监控机发来的命令，完成相应的操作；若没有监控机，该任务也可在本地对内存块信息进行分析和处理。

在Agent任务中，保留一些小工具的接口，用于接收监控机发来的指令。如：根据监控机下发的命令对内存块进行检测、控制是否将释放内存填充为固定值等功能。

3统计处理内存块信息

监控机通过通讯接口与嵌入处理机连接，接收嵌入处理机Agent任务发来的内存块信息，对内存块信息进行分析、处理，生成动态的内存映像和各种日志。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

图1检测监控装置结构图。

图2嵌入处理机中标记内存块的结构图。

图3各功能模块结构图。

图4(a)重载***函数时内存申请流程图。

图4(b)重载***函数时内存释放流程图。

图5Agent任务初始化函数流程图。

图6Agent任务流程图。

图7监控机接收处理内存块信息流程图。

如图1和图2所示，本发明在实施时，嵌入处理机与监控机采用分布处理方式，由嵌入处理机上的Agent和重载的***函数完成信息采集和对各功能模块的的控制，而在监控机上提供人机界面和数据处理功能，记录并保存详细日志，还可由控制命令，通过Agent对各功能模块进行控制，并将其操作结果向监控机报告。

1标记嵌入处理机的内存块

重定向的内存操作函数通过宏定义来替换嵌入处理机提供的内存申请和释放的函数，包括对内存申请和释放的内存函数两部分，主要负责采集内存申请者和内存块的状态信息，完成对申请的内存块的头尾进行标记包装。

如图4(a)和图4(b)所示，在重载函数前，首先调用其原始的内存申请函数，申请一块比要求要大的存储块，用以生成存储块的信息头和尾部的信息头。重载后的***函数包含有对存储器进行动态分配和释放两类。

在释放的***函数中，首先判断输入的函数参数是否合法，再利用申请过程中所生成的内存块的首尾所保存的信息，判断内存块在使用的过程中是否出现有越界的情况产生。若有，则生成错误报告信息；若无，则对内存块进行释放操作。在释放完成后，将填充有关报告信息，然后将其发送给收集和整理内存信息的Agent任务。

标记内存块的处理步骤如下：

(1)调用嵌入处理机的内存申请函数；

(2)生成内存块头、尾的信息；

(3)生成内存块及调用者信息，并发送给Agent；

重载后的内存释放函数主要包括以下步骤：

(1)判断输入是否为非法内存块

(2)释放内存块；

(3)生成内存块及调用者信息，并发送给Agent。

2由Agent任务处理或转发内存块信息

Agent任务完成对内存块信息的收集和转发，并接收从远端计算机发送的命令完成相应的操作。若无监控机，也可在本地对数据进行分析和处理。如：检查内存块等操作。Agent任务中还包含一个在嵌入处理机启动时，有嵌入处理机调用的Agent启动函数，负责建立通讯和启动Agent任务。

如图5所示，Agent任务在初始化时，***函数启动，首先申请负责后台信息采集和处理的Agent任务运行时所需的***资源。若申请失败，则给出错误提示，程序返回，但不中断***的运行；若需要同监控机进行通讯，则再建立通讯链路，如果建立连接失败，则给出错误提示，并设置标志，将内存块信息的处理放在本地进行处理，并申请启动该处处理进程所需的***资源，程序不返回，不中断***的运行。

如图6所示，Agent任务负责嵌入处理机内存块信息的采集和处理任务，Agent任务与监控机的通讯通过消息触发，在没有接收到重载后的***函数发送的数据信息时程序处于睡眠状态。在接收到消息后，内存块信息可以在本地进行分析处理；若内存块信息由监控机处理，则本任务仅完成转发的功能，向监控机转发内存块信息。

Agent任务的处理步骤如下：

(1)调用Agent启动函数启动Agent任务；

(2)接收内存信息或错误信息；

(3)将接收到信息转发给远端计算机；

(4)接收远端计算机的控制命令；

(5)根据接收到的命令，完成相应操作。

3由监控机统计处理内存块信息机

远端监控机中的信息收集和处理程序根据从Agent任务发送来的内存块信息和错误信息，整理出内存的环境的报告，提供详细的内存映像，生成友好的人机界面，并将用户的命令下发给Agent。

如图7所示，监控机将接收到的数据进行统计，若接收到的信息是内存块申请和释放正确的消息，则记录当前嵌入处理机中已使用的内存块的总数，并判断是否大于峰值，若是，则对峰值进行刷新；若接收到的信息是内存块申请和释放出错的消息，则记录错误类型和出错环境，如：调用者的行号，函数名，错误类型，内存块的起始地址，长度等，并给出错误告警；对嵌入处理机内存中超过一定存储时间的内存块进行统计，并单独记录。

监控机处理步骤如下：

(1)接收到的为正确申请和释放内存的信息，根据信息内容修改内存映像，并保存日志；

(2)对接收的错误信息，给出错误报警并保存到错误日志文件；

(3)从界面接收用户命令，转发给Agent。并将Agent的运行结过返回给用户；

(4)统计在用户指定的时间段内，有效的内存块，并给出统计结果。

在操作***自带内存分配函数的情况下，程序中调用malloc和free时的处理步骤如下：1调用malloc和free前，在头文件(mem.h)中通过宏定义#define malloc(size)bk_malloc(size,＿FILE＿,＿LINE＿)#define free(ptr)   bk_free(ptr,＿FILE＿,＿LINE＿)替换。

2***启动完成后，首先调用***启动函数bk_start，建立消息队列，并创建为消息队列同步用的信号量。然后启动***启动任务(bk_DealTask)，并将保留消息队列、信号量、任务的句柄在全局变量中。

3户函数调用malloc时，当前的文件名和行号作为输入参数送入重载过的***函数中。该函数bk_malloc的处理包括以下几个步骤：

1)调用原始的malloc函数申请一块长度为size+sizeof(MemHead)+sizeof(Mem Tail)的内存。若申请失败，进行步骤2)，否则进行步骤3)。

2)填写出错信息，通过消息队列发给后台信息采集和处理任务(bk_DealTask)，在出错信息中包含，调用者的文件名、行号、要求申请的内存块的大小、当前任务的TID、内存申请的函数类型(malloc)、当前时间等信息。

3)在MemHead中填入申请者的类型、内存块的起始地址、长度、申请者的文件名、调用语句在文件中的行号等消息，并生成校验和。将校验和填入内存块的尾部。在内存块的首部、尾部之间的内存块为用户可使用的内存区域，并在首部和尾部靠近用户内存区处留有若干字节作为保护区，填充特定的数据(如Ox3CC33CC3、OxA55AA55A)，缓冲区不计入校验和。并根据内存块信息生成报告消息，通过消息队列发送给任务bk_DealTask校验和。生成完成后，填充一个用以发送给在操作***核心完成初始化后启动的收集和整理内存日志的任务。

内存环境如图七：

4)在发送完成后，***函数将存储块，除去存储块头的部分作为申请所得的可供用户程序使用的内存块，供用户使用。以下所示为MemHead的结构

   typedef struct sMemHead{

      unsigned short usMemID；          /*User memory ID
*/

      unsigned short usBufSize；       /*用户内存块的大小
*/

      unsigned long ulStartAddr；     /*用户内存块的起始
地址    */

      unsigned shortusCallerType；  /*为何种内存申请函数调用*/

      unsigned short usFlag；        /*内存块的状态标志*/

      unsigned char ucCheck[LEN_CHECK] /*用来隔离内存头和内

  存块的固定字符其中，LEN_CHECK缺省为4(将MemHead凑

  成整数个长字)，*/

  }MemHead；

4任务bk_DealTask在等待到malloc发送来的消息后，进行处理。判断消息处理方式，若在本地，则进行统计。若不在本地进行处理，则发送给另一台指定的计算机。为得到尽可能详细的内存环境的报表，且考虑到嵌入式***中的***资源有限，采用转发给另一台计算机(HOST)，HOST在接收到原始的内存块信息数据后，对数据进行分析，给出当前***中的内存映像，维护错误日志。并将原始数据保存到文件，

5当用户函数调用free时，则首先判断输入参数ptr是否为NULL。若为NULL，则填充错误信息并向bk_DealTask汇报。若不为NULL，判断内存块前后保护区是否被破坏。若被破坏，释放内存，并向bk_DealTask汇报该错误。检查计算内存头校验和并判断是否和尾部所保存的数据一致。不一致则先释放内存，然后向bk_DealTask汇报该错误。若以上全通过，则释放内存，根据内存信息，填充报告消息并发送。

6任务bk_DealTask对free发送过来的消息处理和malloc的处理对称。即从***使用的内存总数中减去释放的内存块的大小，保存错误日志和原始记录。

7监控机上的程序可采用图形式人机界面实现，实时绘制内存映像。并在监控机中增加接口，通过接收命令接收来自嵌入处理机的内存块信息，统计当前内存块申请使用的情况，统计特定时间段内存使用的变化情况等。

采用本发明所述方法，不用对原程序进行重新插装，也无需增加硬件资源，就可在监控机的人机界面上提供嵌入处理机内存环境的实时映像，可实时地检测到嵌入处理机中内存泄露，写越界等错误，并提供详细的日志，提示开发和测试人员对程序的错误和缺陷进行跟踪解决，大大地减少了进行错误检查和故障定位的时间，在一些要求长时间连续运行的嵌入处理机环境下，具有很实际的意义和良好的效果；并且本方法的实现方式很灵活，可以只在嵌入处理机中完成，也可通过各种通讯方法和监控机联接，进行分布处理，可根据要求灵活对其功能进行配置，使用灵活，方便。

Claims (4)

1一种嵌入处理机内存的检测和监控方法，其特征在于：

所述方法处理步骤如下：

(1)标记嵌入处理机的内存块

重定向的内存操作函数将嵌入处理机中与动态内存申请和释放有关的函数进行重载；程序在动态申请内存时，由嵌入处理机收集当前程序运行环境及内存块信息，为其分配内存块，并在分配给它的内存块的头部和尾部设置标记信息，用以保存该内存块的使用状态和相关信息；

(2)由Agent任务处理或转发内存块信息

在嵌入处理机启动时，同时启动一个Agent任务，该任务负责与监控机建立通讯，完成对内存块信息的收集和向监控机转发，并接收从监控机发来的命令，完成相应的操作；若没有监控机，该任务也可在本地对内存块信息进行分析和处理；在Agent任务中，保留一些小工具的接口，用于接收监控机发来的指令；

(3)由监控机统计处理内存块信息

监控机通过通讯接口与嵌入处理机连接，接收嵌入处理机Agent任务发来的内存块信息，对内存块信息进行分析、处理，生成动态的内存映像和各种日志。

2如权利要求1所述的嵌入处理机内存的检测和监控方法，其特征在于：处理步骤(1)中，对在嵌入处理机中申请的内存的头尾进行标记处理，生成内存块的头尾信息，其处理步骤如下：

标记内存块的处理步骤如下：

①调用嵌入处理机的内存申请函数；

②生成内存块头、尾的信息；

③生成内存块及调用者信息，并发送给Agent；重载后的内存释放函数主要包括以下步骤：

①判断输入是否为非法内存块

②释放内存块；

③生成内存块及调用者信息，并发送给Agent。

3如权利要求1所述的嵌入处理机内存的检测和监控方法，其特征在于：处理步骤(2)中，在嵌入处理机启动的同时，在其中启动一个Agent任务，其处理步骤如下：

Agent任务的处理步骤如下：

①调用Agent启动函数启动Agent任务；

②接收内存信息或错误信息；

③将接收到信息转发给远端计算机；

④接收远端计算机的控制命令；

⑤根据接收到的命令，完成相应操作。

4如权利要求1所述的嵌入处理机内存的检测和监控方法，其特征在于：处理步骤(3)中，监控机统计处理内存块信息的步骤如下：

监控机处理步骤如下：

①接收到的为正确申请和释放内存的信息，根据信息内容修改内存映像，并保存日志：

②对接收的错误信息，给出错误报警并保存到错误日志文件；

③从界面接收用户命令，转发给Agent。并将Agent的运行结过返回给用户；

④统计在用户指定的时间段内，有效的内存块，并给出统计结果。