Lua 内存监控工具

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背景

Lua 项目中，通常需要工具进行内存监控，目前开源的工具中有 lua-snapshot，但这个工具的缺陷是开销比较大，在调用接口之后，会扫描整个GC链表，找出所有的GC对象，并进行统计，最后会创建大量的 Lua 对象，将结果存在里面，这就会导致本身内存已经够高了，再用这个工具的话，很可能会触发 OOM 或者是 STW，业务无法正常提供服务。

作为补充，期望有个工具能够监控所有的对象开辟的位置和大小信息，进行精确定位代码问题。

最终实现的效果如下图所示：

Lua-memory-treemap

实现

Lua 支持替换 frealloc，这就使得我们监控内存分配成为了可能，接下来就是如何减轻性能损耗的同时将信息记录下来。我们需要的信息有 文件名 和 行号。

内存分配

Lua 中所有的内存分配都是基于 realloc ，可以简单的在分配时，遍历 CallInfo 调用栈，获取最顶层的 Lua 函数的文件名和行号，将其记录下来即可。

内存释放

由于对象释放时，是找不到正确的 Lua 调用栈的（就算找到了，也是取到触发垃圾回收那个时刻的文件名和行号），因此需要再分配时，就给这个内存对象记录一下，为了快速方便的取得该内存地址的开辟位置，在内存对象上增加一个 Cookie 。

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struct mem_cookie {
    uint16_t proto_id; // 文件名ID
    uint16_t line;
}; // 4 Byte

内存扩缩容

内存扩缩容，大部分情况下都是 table 下的 array 或者 hash 部分进行扩缩容，若直接在扩缩容处获取调用栈信息，会导致获取的文件名和行号对不上该 table 创建的位置，在 global_State 记录 table pointer，通过读 Cookie，避免遍历调用栈以及更精确。

文件名优化

我们采用 proto_id作为文件名，这主要是出于以下考虑：

  1. proto 可能会被释放，不可传递 proto->source 指针。
  2. proto->source 字符串拷贝会比较消耗性能。

因此通过给 proto 一个 ID，进行编号，映射一张 proto_id -> source 的表，即可。具体可以改动 loadfile 的实现完成。

行号优化

Lua 5.4 中行号是相对行号，内存分配又是个高频操作，将 Lua 5.3 的绝对行号移植过来，直接查表省去行号计算。