摘 要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式設(shè)備也越來越多的在國防科技、網(wǎng)絡(luò)通信以及工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用，因此對于系統(tǒng)的安全性與可靠性也越來越提出更多的要求，其中VxWorks操作系統(tǒng)，不僅具有可搶占式調(diào)度、中斷延遲小、系統(tǒng)內(nèi)核可剪裁的優(yōu)勢，而且也被應(yīng)用到大多數(shù)的嵌入式產(chǎn)品中。以下本篇就將淺析在VxWorks系統(tǒng)中其內(nèi)存泄露檢測機(jī)制中存在的不足以及改進(jìn)對策。

關(guān)鍵詞：VxWorks系統(tǒng)；內(nèi)存泄露檢測；不足

中圖分類號：TN929.53；TP319

基于當(dāng)前嵌入式設(shè)備存儲器容量較小的特征，因此對嵌入式系統(tǒng)的性能以及可靠性都提出較高的要求，特別是對于嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理問題，更是成為當(dāng)前的重點(diǎn)，不僅會直接影響到嵌入式設(shè)備的正常運(yùn)行，還將會影響系統(tǒng)的安全性和可靠性。以下本篇就對VxWorks內(nèi)存管理中存在的不足進(jìn)行探討，并給出有效的改進(jìn)對策。

1 VxWorks操作系統(tǒng)內(nèi)存泄露介紹

VxWorks操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理作為其重要的研究領(lǐng)域，解決以及處理內(nèi)存泄漏問題以成為重點(diǎn)，就根據(jù)程序在申請到動態(tài)內(nèi)存，且使用完動態(tài)內(nèi)存后，不釋放動態(tài)內(nèi)存，并將其保存動態(tài)內(nèi)存的地址變量用作其它時期，使動態(tài)內(nèi)存并不能被釋放，其它程序不能再使用動態(tài)內(nèi)存，也無法被VxWorks操作系統(tǒng)回收，因此就會造成內(nèi)存泄漏[1]。內(nèi)存泄漏是因?yàn)槭韬鲆约板e誤而造成的程序在使用完之后未能釋放動態(tài)內(nèi)存的情況，針對內(nèi)存泄露問題，不僅會使VxWorks應(yīng)用程序申請動態(tài)內(nèi)存的行為失敗，也會導(dǎo)致服務(wù)中止，并且還會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的資源崩潰。一般內(nèi)存泄露就是指系統(tǒng)中堆內(nèi)存的泄露，在云計(jì)算中虛擬技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)，針對虛擬機(jī)的內(nèi)存管理依然存在著內(nèi)存泄露風(fēng)險。

2 當(dāng)前VxWorks系統(tǒng)內(nèi)存泄露檢測機(jī)制

針對當(dāng)前內(nèi)存管理中面對于內(nèi)存泄漏的檢測方法中，可以分為動態(tài)檢測方法與靜態(tài)檢測方法兩類。其中動態(tài)檢測方法中，根據(jù)程序動態(tài)內(nèi)存分配時，就可以在內(nèi)存堆中作出標(biāo)記，那么當(dāng)程序退出的時候，釋放所分配內(nèi)存，可以通過檢查堆上的殘留的對象[2]，以檢測程序內(nèi)存是否泄露。靜態(tài)檢測方法，就是通過程序源代碼進(jìn)行分析，之后再模擬所有可能執(zhí)行路徑，以此來判定程序中的可執(zhí)行路徑中是否存在安全缺陷，這樣的檢測不需要實(shí)際執(zhí)行程序，不僅能夠克服動態(tài)分析的開銷較大弊端，還可以提高檢測性能。

3 VxWorks系統(tǒng)內(nèi)存泄露檢測機(jī)制中存在的不足

對于當(dāng)前VxWorks操作系統(tǒng)之中，在內(nèi)存泄露檢測中，依然存在一定的不足，動態(tài)檢測方法雖然可以直接發(fā)現(xiàn)在實(shí)際程序中的缺陷，然而這樣的檢測機(jī)制中，時間開銷大，且程序執(zhí)行路徑覆蓋中還存在死角，其內(nèi)存泄露檢測結(jié)果的完備性不足[3]，且實(shí)際中的漏報率較高。對于靜態(tài)分析檢測中，并不能精確判斷程序輸入以及環(huán)境變量等數(shù)據(jù)信息，因此在其檢測之中的模擬執(zhí)行路徑可能會存在不可行路徑，靜態(tài)分析方法的誤報率也較高。內(nèi)存泄漏檢測機(jī)制中，主要基于靜態(tài)代碼插樁、中斷式插入、熱補(bǔ)丁三種方式，但是這些都無法滿足嵌入式操作系統(tǒng)對內(nèi)存泄漏檢測機(jī)制的需求，不能滿足實(shí)時性、便捷性以及可靠性的要求，還會導(dǎo)致操作系統(tǒng)內(nèi)存崩潰。

4 改進(jìn)后的VxWorks 操作系統(tǒng)內(nèi)存泄露檢測機(jī)制

針對以上內(nèi)存泄露檢測機(jī)制中的不足，可以在基于Xen虛擬機(jī)的內(nèi)存管理機(jī)制，采取動態(tài)檢測虛擬機(jī)取檢測內(nèi)存泄露，其主要原理就是在虛擬機(jī)運(yùn)行時，可以修改開源軟件Valgrind中的源碼，將其內(nèi)插入監(jiān)測代碼，以便去動態(tài)截獲虛擬機(jī)中申請的內(nèi)存函數(shù)和釋放內(nèi)存函數(shù)，將其記錄下來，以此來檢測內(nèi)存泄露，該內(nèi)存檢測機(jī)制不僅不需要修改被探測程序源代碼，也不需要去重新編譯，簡化檢測力度，降低內(nèi)存泄露檢測的漏報率。

4.1 動態(tài)截獲虛擬機(jī)內(nèi)存原理

該檢測機(jī)制中，對于內(nèi)存申請、釋放的接口均具有統(tǒng)一、簡單的特色，通過動態(tài)檢測方法通對內(nèi)存管理機(jī)制進(jìn)行研究，用來截獲內(nèi)存申請以及釋放的函數(shù)，可重載內(nèi)存管理函數(shù)、內(nèi)存讀取函數(shù)以及進(jìn)行指針運(yùn)算，有效控制內(nèi)存的操作功能。在內(nèi)存分配以及回收中，主要是通過malloc與free實(shí)現(xiàn)，通過鉤子程序與宏定義的方式進(jìn)行替換，并且還具備記錄調(diào)用函數(shù)源文件、與源文件所處位置的功能，還可以在自定義表中增加以及刪除調(diào)用信息，不管是針對管理內(nèi)存塊、堆、棧以及全局變量，只要是有指針引用該內(nèi)存，內(nèi)存塊的起始地址和內(nèi)存塊大小等信息就會被記錄到全局表中，從符號表中得到靜態(tài)內(nèi)存，通過重載內(nèi)存管理函數(shù)實(shí)現(xiàn)對堆里動態(tài)內(nèi)存的分配。

4.2 自動內(nèi)存泄漏檢測機(jī)制的優(yōu)勢

在基于VxWorks操作系統(tǒng)自動內(nèi)存泄漏檢測機(jī)制中，可以預(yù)定義內(nèi)存泄漏的門限以及內(nèi)存駐留時間門限，并通過中斷服務(wù)去喚醒檢測任務(wù)，以此例收集泄漏內(nèi)存信息，不僅具有實(shí)時性、便捷性；自動內(nèi)存泄漏檢測機(jī)制，在可靠性方面也有很大的應(yīng)用價值，可以滿足不同內(nèi)存用戶環(huán)境下的內(nèi)存泄漏檢測需求。

4.3 自動內(nèi)存泄漏檢測機(jī)制實(shí)際應(yīng)用

在VxWorks操作系統(tǒng)的自動內(nèi)存泄漏檢測機(jī)制中，主要包括內(nèi)存塊頭結(jié)構(gòu)、中斷及檢測任務(wù)以及檢測結(jié)果三個部分，從而實(shí)現(xiàn)對VxWorks內(nèi)存泄露的有效檢測。其中在內(nèi)存塊頭結(jié)構(gòu)中，VxWorks 系統(tǒng)會在分配每個內(nèi)存塊的同時，也為其分配一個塊頭Block_Hdr，不僅標(biāo)記有指向前一塊指針，還包括塊大小、塊標(biāo)識等信息，其塊頭結(jié)構(gòu)如下所示：

Typedef struct blockHdr

{

struct blockHdr * pPrevHdr；

unsigned int nWords：31；

unsigned int free：1；

} BLOCK_HDR；

可以標(biāo)記任務(wù)ID、任務(wù)棧信息、內(nèi)存創(chuàng)建時間、內(nèi)存狀態(tài)以及內(nèi)存塊大小等。在VxWorks的中斷及檢測任務(wù)中，為提高VxWorks 的實(shí)時性，以中斷方式告知系統(tǒng)外部事件，判斷系統(tǒng)內(nèi)存占用率，提高中斷服務(wù)程序能力，進(jìn)行針對硬件的中斷處理。追加定位信息的內(nèi)存塊頭結(jié)構(gòu)如下所示：

Typedef struct memInfoHdr

{

unsigned int moduleID；

unsigned int taskID；

unsigned int stack[MAX_CALLLS]；

unsigned int crtTime；

unsigned int isFreed；

unsigned int size；

} MEM_INFO_HDR；

在內(nèi)存泄露檢測中，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存泄漏檢測的自動運(yùn)行，通過中斷及檢測任務(wù)，保證檢測機(jī)制的實(shí)時性，提高內(nèi)存泄露檢測的靈活性，進(jìn)一步定位內(nèi)存泄漏點(diǎn)及問題代碼，實(shí)施中斷處理，自行啟動態(tài)內(nèi)存頭的信息，確保系統(tǒng)資源使用情況。

5 結(jié)束語

綜上所述，針對嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存泄漏問題，可以采取動態(tài)檢測虛擬機(jī)中內(nèi)存泄露的方法，對應(yīng)用程序中資源的申請、釋放以及資源使用情況進(jìn)行檢測，并插入有效的監(jiān)測代碼，以便檢測出VxWorks系統(tǒng)內(nèi)存泄露代碼，不僅具有一定的可行性，對提高VxWorks內(nèi)存泄露檢測機(jī)制也發(fā)揮不小的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱筱菲，黃鳳崗.一種基于VxWorks的內(nèi)存分配算法[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010，21（14）：56-57.

[2]何先波，鐘樂海，蘆東昕.嵌入式操作系統(tǒng)封裝層的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，14（12）：76-77.

[3]萬逸珠，戚文芽.嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)Vx Works的內(nèi)存管理方案[J].信息工程大學(xué)學(xué)報，2012，07（18）：41-42.

作者單位：西安近代光學(xué)研究所，西安 710065