内存泄漏指的是在程序运行过程中申请了内存，但是在使用完成后没有及时释放的现象，对于普通运行时间较短的程序来说可能问题不会那么明显，但是对于长时间运行的程序，比如Web服务器，后台进程等就比较明显了，随着系统运行占用的内存会持续上升，可能会因为占用内存过高而崩溃，或被系统杀掉(OOM)。
PHP的内存泄漏
PHP属于高级语言，语言级别并没有内存的概念，在使用过程中完全不需要主动申请或释放内存，所以在PHP用户代码级别也就不存在内存泄漏的概念了。
但毕竟PHP是使用C编写的解释器，所以本质上还是一样的，那么可以这么说：如果你的PHP程序内存泄漏了，肯定不是你的错，而是PHP实现的错:)，当然也有可能是其他人的错：很多公司都会有自己的PHP扩展，而扩展通常也使用C/C++来编写，这样扩展本身也可能会因为内存不正确释放而导致内存泄漏。同时有些扩展是对第三方库的一种包裹，比如PHP的SQLite数据库操作接口主要是在libsqlite之上进行了封装，所以如果libsqlite本身有内存泄漏的话，那也可能会带来问题。
内存泄漏的debug及工具
内存泄漏的程序通常很容易发现，因为症状都表现为内存占用的持续增长，在发现内存持续增长后我们需要判断是什么导致了内存泄漏，这时往往需要借助一些工具来帮助追查，我们可以用到两个工具：PHP内置内存泄漏探测及valgrind内存泄漏分析。
PHP内置内存泄漏探测
PHP本身有自己的内存管理，如果发现PHP有内存泄漏，可以尝试重新编译一个PHP，将编译选项—enable-debug打开（同时所有的扩展也同样需要编译成支持debug模式的）:./configure —enable-debug，这样重新编译后，如果PHP探测到有内存泄漏发生则会往标准错误输出打印错误信息。这样我们可以快速的发现问题。
在开启debug模式下，PHP中会有一个函数leak()可以用于触发内存泄漏，这个函数什么都不做，只是申请一块内存但不释放，其实现很简单：
/* {{{ proto void leak(int num_bytes=3)
Cause an intentional memory leak, for testing/debugging purposes */
ZEND_FUNCTION(leak)
{
long leakbytes=3;
if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "|l", &leakbytes) == FAILURE) {
return;
}
emalloc(leakbytes); // 只申请，但是没有释放，这块内存将会泄漏
}
/* }}} */
在下面的代码中我们执行这个函数，然后看看PHP输出的内容：
➜ chapt06 git:(master) ✗ cat leak.php
<?php
leak();
?>
➜ chapt06 git:(master) ✗ php leak.php
[Sat May 4 15:36:45 2013] Script: '/Users/reeze/www/tipi/book/chapt06/leak.php'
/Users/reeze/Opensource/php-test/php-src-5.4/Zend/zend_builtin_functions.c(1422) :
Freeing 0x106E07600 (3 bytes), script=/Users/reeze/www/tipi/book/chapt06/leak.php
=== Total 1 memory leaks detected ===
在上面我们看到PHP在最后输出了在具体的那个代码中出现了内存泄漏及出现的次数等。利用这个信息我们往往能快速的定位出到底是那里出现了问题。
根据PHP提供的泄漏信息你可能需要继续追查到底是哪里的问题导致泄露了，如果最终发现是PHP的bug，那么很好，你可以编写一个相应的修复方法，并提交到http://bugs.php.net这样其他的PHP开发者可以跟进这个问题并最终修复到最新版的PHP中。详细方式可以参考附录D:怎么样为PHP做贡献。
本文使用的是cli命令行程序执行程序，当然如果你的程序是一个Web应用，通常不太方便 直接使用PHP命令来执行，如果是这样的话，那么你的PHP同样会将错误信息输出到标准错误输出 如果你使用的是php-fpm的话，那么fpm会将错误重定向到日志文件
php-fpm.log中。 由于命令行执行起来比较简单，在追查问题过程中最好可以将你的代码尽可能的精简， 将精力集中正确的问题上。不过在用命令测试的时候最好确认你的PHP命令和你的Web应用 使用的是同一个版本的PHP。
不过说到这里，前面提到的方法是有一些代价和限制 的：
- 首先这个方法有点麻烦，因为要重新编译PHP代码，同时还可能需要重新编译你的所有扩展
- 这个方法只能检测到使用了Zend内存管理的情况，对于直接使用malloc/free来申请内存的应用或扩展是无法检测到的。
虽然有以上的限制
—enable-debug编译选项在进行扩展或者PHP本身的开发时却是很有用的，因为这样能快速的发现问题，而对于生产环境来说，后面提到的valgrind分析法可能会更有效一点。
valgrind辅助法
valgrind是一个动态分析工具构建框架，可以用来分析程序的内存、线程等问题探测，程序性能分析等。具体的功能见官网，这是非常值得尝试的工具。这里要使用的就是valgrind的内存错误分析工具。
我们大部分的时候使用的是Web模式，这时的调试相对麻烦一些。
由于我们需要发现PHP的内存泄漏，根据前面的章节我们知道PHP的内存分配是有一个内存池的，也就是说，并不是每次emalloc都会向操作系统申请内存，如果池有足够的内存的话是会从池里进行分配的，而valgrind分析内存泄漏依赖的是内存的实际分配和实际释放之间的关系，它会记下所有的malloc调用和free调用，如果出现不匹配的情况，那么就是发生了内存泄漏，所以在这种情况下我们需要将PHP的内存管理功能关闭才能不影响到我们的分析。
PHP提供了一个hook，我们可以在启动PHP前指定USE_ZEND_ALLOC环境变量为0，即关闭内存管理功能。这样所有的内存分配都会直接向操作系统申请，这样valgrind就可以帮助我们定位问题。
valgrind程序可以这样对一个程序进行内存分析
[email protected]:~$ export USE_ZEND_ALLOC=0 # 设置环境变量关闭内存管理
[email protected]:~$ cat leak.php
<?php
leak();
[email protected]:~$ valgrind --leak-check=full php leak.php
Memcheck, a memory error detector
Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
Command: php leak.php
HEAP SUMMARY:
in use at exit: 60 bytes in 3 blocks
total heap usage: 19,906 allocs, 19,903 frees, 3,782,702 bytes allocated
3 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 3
at 0x4C2A66E: malloc (vg_replace_malloc.c:270)
by 0x80FC56: _emalloc (zend_alloc.c:2348)
by 0x858C7D: zif_leak (zend_builtin_functions.c:1346) # 检测到我们的leak函数的泄漏
by 0x87C1CA: zend_do_fcall_common_helper_SPEC (zend_vm_execute.h:320)
by 0x8816BC: ZEND_DO_FCALL_SPEC_CONST_HANDLER (zend_vm_execute.h:1640)
by 0x87B17E: execute (zend_vm_execute.h:107)
by 0x840AF0: zend_execute_scripts (zend.c:1236)
by 0x7A1717: php_execute_script (main.c:2308)
by 0x9403E8: main (php_cli.c:1189)
LEAK SUMMARY:
definitely lost: 3 bytes in 1 blocks
indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
still reachable: 57 bytes in 2 blocks
suppressed: 0 bytes in 0 blocks
Reachable blocks (those to which a pointer was found) are not shown.
To see them, rerun with: --leak-check=full --show-reachable=yes
For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
Use --track-origins=yes to see where uninitialised values come from
ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 2 from 2)
如上面所示，这里对某个PHP脚本执行并检测内存泄漏，valgrind顺利的发现了我们在leak函数中申请的内存并没有正确的释放，发现问题后修复起来就很简单了。
这里是以命令行的方式来进行测试。对于Web应用我们同样可以用类似的方式来定位问题。已php-fpm为例，我们可以修改php-fpm启动脚本，在启动脚本中增加环境变量USE_ZEND_ALLOC=0以及将bin文件由原来的php-fpm文件修改为由valgrind启动，并将valgrind的日志重定向到日志文件中，修改如下:
修改内容：
+ export USE_ZEND_ALLOC=0
+
- php_fpm_BIN="/usr/local/php/bin/php-fpm"
+ php_fpm_BIN="valgrind --log-file=/home/reeze/valgrind-log/%p.log /usr/local/php/bin/php-fpm"
修改好后使用：
$ php-fpm restart
重新访问有内存泄漏嫌疑的页面，这时指定的日志文件中就会有可能出现的内存泄露信息。前面示例中的—log-file=/home/reeze/valgrind-log/%p.log其中的%p是一个占位符，指的是进程号，所以比如运行起来的进程ID是1那么会将日志输出到1.log文件，这主要是因为启动的程序可能会fork()出多个子进程，这样的好处是可以方便的知道具体是哪个进程的日志。
更多关于valgrind的使用还是建议阅读相关的手册。PHP官方也有对valgrind的使用的说明
PHP的unclean shutdown
前面提到的关于使用USE_ZEND_ALLOC=0来关闭PHP内存管理，这里就有一个疑问：将内存管理关掉出了性能上的差别还有其他差别么？
直觉上上理解，只是把内存管理关掉，直接向操作系统申请内存并没有什么的，只是每次内存申请都需要想系统申请，只是效率变差了。
其实并不然，简单讲：PHP中的异常执行流依赖于内存管理来释放内存。这里说的异常执行流指的是PHP实现级别的异常执行流，在用户看来指的是出现PHP Fatal error或者内部异常时。
比如在出现PHP Fatal error时，PHP使用longjmp来进行跳转，在C中我们通常使用配对的malloc和free来管理内存，但是使用longjmp后执行流发生了变化，可能会导致很多内存只进行了申请而无法正确释放。
具体以文件Zend/zend.c中的zend_call_destructors()方法为例：
void zend_call_destructors(TSRMLS_D) /* {{{ */
{
zend_try {
shutdown_destructors(TSRMLS_C);
} zend_end_try();
}
/* }}} */
/* Zend/zend.h */
#define zend_try \
{ \
JMP_BUF *__orig_bailout = EG(bailout); \
JMP_BUF __bailout; \
\
EG(bailout) = &__bailout; \
if (SETJMP(__bailout)==0) {
#define zend_catch \
} else { \
EG(bailout) = __orig_bailout;
#define zend_end_try() \
} \
EG(bailout) = __orig_bailout; \
}
zend_call_destructors函数只在请求结束的最后执行所有对象的析构函数，由于我们的请求已经结束了，所以这里加了个try/catch防止执行的代码抛出异常，如果抛出异常只是简单的忽略它，因为我们已经不能做任何事情了。
内核实现中是使用zend_bailout()函数来实现"抛出异常"的。
ZEND_API void _zend_bailout(char *filename, uint lineno)
{
// ...
CG(unclean_shutdown) = 1; /* 标记 */
LONGJMP(*EG(bailout), FAILURE); // 跳转至响应的catch位置
// ...
}
我们知道C语言并不支持异常，PHP中的try catch使用的是jmp_buf来模拟异常。
我们来看一下一个实际的例子：
[email protected]:~$ cat fatal.php
<?php
not_exists_func(); # 调用一个不存在的函数
[email protected]:~$ valgrind --leak-check=full php fatal.php
Memcheck, a memory error detector
Copyright (C) 2002-2012, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
Using Valgrind-3.8.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
Command: php fatal.php
Fatal error: Call to undefined function not_exists_func() in /home/parallels/fatal.php on line 3
HEAP SUMMARY:
in use at exit: 686 bytes in 7 blocks
total heap usage: 19,910 allocs, 19,903 frees, 3,783,288 bytes allocated
628 (232 direct, 396 indirect) bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 7 of 7
at 0x4C2A66E: malloc (vg_replace_malloc.c:270)
by 0x80FC56: _emalloc (zend_alloc.c:2348)
by 0x7DFDA6: compile_file (zend_language_scanner.l:334)
by 0x60CBC5: phar_compile_file (phar.c:3397)
by 0x840997: zend_execute_scripts (zend.c:1228)
by 0x7A1717: php_execute_script (main.c:2308)
by 0x9403E8: main (php_cli.c:1189)
LEAK SUMMARY:
definitely lost: 232 bytes in 1 blocks # 内存泄漏
indirectly lost: 396 bytes in 4 blocks
possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
still reachable: 58 bytes in 2 blocks
suppressed: 0 bytes in 0 blocks
Reachable blocks (those to which a pointer was found) are not shown.
To see them, rerun with: --leak-check=full --show-reachable=yes
For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
Use --track-origins=yes to see where uninitialised values come from
ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 2 from 2)
这个脚本只是执行一个不存在的方法，最终抛出了致命错误而终止。这个看起来只是编码错误，但是我们看到valgrind发现有内存泄漏，所以如果关闭了PHP的内存管理是有问题的，每次请求这个页面都会导致内存不停的泄漏。
而如果PHP内存管理打开了之后，如果发生了这种异常情况下的长跳转，PHP会将标志位：CG(unclean_shutdown)设置为true，在请求结束后会将所有的内存进行释放：
// Zend/zend_alloc.c
ZEND_API void zend_mm_shutdown(zend_mm_heap *heap, int full_shutdown, int silent TSRMLS_DC)
{
// ...
if (full_shutdown) { // full_shutdown == CG(unclean_shutdown)
// 释放掉所有PHP堆栈中的内存
storage->handlers->dtor(storage);
if (!internal) {
free(heap);
}
} else {
if (heap->compact_size &&
heap->real_peak > heap->compact_size) {
storage->handlers->compact(storage);
}
heap->segments_list = NULL;
zend_mm_init(heap);
heap->real_size = 0;
heap->real_peak = 0;
heap->size = 0;
heap->peak = 0;
if (heap->reserve_size) {
heap->reserve = _zend_mm_alloc_int(heap, heap->reserve_size ZEND_FILE_LINE_CC ZEND_FILE_LINE_EMPTY_CC);
}
heap->overflow = 0;
}
// ...
}
如果发了unclean shutdown并不是简单的将内存回收到内存池，而是直接将所有的内存释放以避免内存泄漏。这样的好处是实现简单，同时出现Fatal错误也是需要及时处理的问题。
参考
- Valgrind: http://valgrind.org/
- C语言实现异常处理：http://www.cnblogs.com/jiayu1016/archive/2012/10/20/2732712.html
下一节：我们平常在讨论算法时会讲到空间复杂度，一般来说这里的空间复杂度是指所占内存的大小。这就突显了内存管理在我们编程过程中的重要性。从某种意见上来说内存也属于缓存的一种，它的作用就是将硬盘或其它较慢存储介质中的数据更快的提供给处理器（或处理器缓存）。