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分类： LINUX
2014-01-05 21:13:37
(1)、memcheck：检查程序中的内存问题，如泄漏、越界、非法指针等。
(2)、callgrind：检测程序代码覆盖，以及分析程序性能。
(3)、cachegrind：分析CPU的cache命中率、丢失率，用于进行代码优化。
(4)、helgrind：用于检查多线程程序的竞态条件。
(5)、massif：堆栈分析器，指示程序中使用了多少堆内存等信息。
(6)、lackey：
(7)、nulgrind：
2、Valgrind工具集详解
(1).Memcheck
最常用的工具，用来检测程序中出现的内存问题，所有对内存的读写都会被检测到，一切对malloc、free、new、delete的调用都会被捕获。所以，它能检测以下问题：
1、对未初始化内存的使用；
2、读/写释放后的内存块；
3、读/写超出malloc分配的内存块；
4、读/写不适当的栈中内存块；
5、内存泄漏，指向一块内存的指针永远丢失；
6、不正确的malloc/free或new/delete匹配；
7、memcpy()相关函数中的dst和src指针重叠。
这些问题往往是C/C++程序员最头疼的问题，Memcheck能在这里帮上大忙。
(2).Callgrind
和gprof类似的分析工具，但它对程序的运行观察更是入微，能给我们提供更多的信息。和gprof不同，它不需要在编译源代码时附加特殊选项，但加上调试选项是推荐的。Callgrind收集程序运行时的一些数据，建立函数调用关系图，还可以有选择地进行cache模拟。在运行结束时，它会把分析数据写入一个文件。callgrind_annotate可以把这个文件的内容转化成可读的形式。
说明：这个工具我也没有用会，网上基本没有找到有指导性的文档，暂时留在后面慢慢研究吧。
(3).Cachegrind
Cache分析器，它模拟CPU中的一级缓存I1，Dl和二级缓存，能够精确地指出程序中cache的丢失和命中。如果需要，它还能够为我们提供cache丢失次数，内存引用次数，以及每行代码，每个函数，每个模块，整个程序产生的指令数。这对优化程序有很大的帮助。
作一下广告：valgrind自身利用该工具在过去几个月内使性能提高了25%-30%。据早先报道，kde的开发team也对valgrind在提高kde性能方面的帮助表示感谢。
(4).Helgrind
它主要用来检查多线程程序中出现的竞争问题。Helgrind寻找内存中被多个线程访问，而又没有一贯加锁的区域，这些区域往往是线程之间失去同步的地方，而且会导致难以发掘的错误。Helgrind实现了名为“Eraser”的竞争检测算法，并做了进一步改进，减少了报告错误的次数。不过，Helgrind仍然处于实验阶段。
(5). Massif
堆栈分析器，它能测量程序在堆栈中使用了多少内存，告诉我们堆块，堆管理块和栈的大小。Massif能帮助我们减少内存的使用，在带有虚拟内存的现代系统中，它还能够加速我们程序的运行，减少程序停留在交换区中的几率。
Massif对内存的分配和释放做profile。程序开发者通过它可以深入了解程序的内存使用行为，从而对内存使用进行优化。这个功能对C++尤其有用，因为C++有很多隐藏的内存分配和释放
此外，lackey和nulgrind也会提供。Lackey是小型工具，很少用到；Nulgrind只是为开发者展示如何创建一个工具。我们就不做介绍了。
（1）、下载源代码，下载地址http://valgrind.org/downloads/current.html#current ，截止目前为止，最新版本是3.2.3
（2）、编译，在源代码目录下执行：
./configure --prefix=[你自己的安装目录]
make;make install
便好了。
（3）、配置缺省选项
valgrind提供3种方式用于设置缺省选项：
a、~/.valgrindrc文件；
b、环境变量$VALGRIND_OPTS；
c、当前目录下的.valgrindrc文件；
优先顺序为 a、b、c
.valgrindrc的格式为：
--ToolName:OptionName=OptionVal
如：
--memcheck:leak-check=yes
--memcheck:show-reachable=yes
（2）leak-check
--leak-check=
用于控制内存泄漏检测力度。
no，不检测内存泄漏；
summary，仅报告总共泄漏的数量，不报告具体泄漏位置；
yes/full，报告泄漏总数、泄漏的具体位置。
（3）show-reachable
--show-reachable=
用于控制是否检测控制范围之外的泄漏，比如全局指针、static指针等。
#include
#include
//char *gptr = NULL;
int main(void)
{
gptr = (char *)malloc(10);
return 0;
}
对应以上代码，若--show-reachable为no，则valgrind不报告内存泄漏，否则会报告。
（4）undef-value-errors
--undef-value-errors=
用于控制是否检测代码中使用未初始化变量的情况。
对应以下代码：
int a;
printf("a = %d \n", a);
若 --undef-value-errors＝no，则valgrind不报告错误，否则报告“Use of uninitialised value ...”的错误。
（5）其他选项
--log-file=filename 将结果输出到文件。
--log-socket=192.168.0.1:12345 输出到网络。
--trace-children=
--track-fds=
--log-fd=
--xml=
--num-callers=
--show-below-main=
5、Valgrind使用举例
(1)检测内存泄漏
示例代码如下：
#include
#include
int main(void)
{
char *ptr;
ptr = (char *)malloc(10);
return 0;
}
保存为memleak.c并编译，然后用valgrind检测。
（valgrind和purify最大的不同在于：valgrind只接管程序执行的过程，编译时不需要valgrind干预，而purify会干预程序编译过程）
我们得到如下错误信息：
[**@test_valgrind]$ gcc -g -o main memleak.c
[**@test_valgrind]$ valgrind --tool=memcheck ./memleak
==29646== Memcheck, a memory error detector.
==29646== Copyright (C) 2002-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==29646== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.
==29646== Copyright (C) 2004-2007, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP.
==29646== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.
==29646== Copyright (C) 2000-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==29646== For more details, rerun with: -v
==29646==
==29646==
==29646== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 15 from 1)
==29646== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks. //指示在程序退出时，还有多少内存没有释放。
==29646== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated. // 指示该执行过程malloc和free调用的次数。
==29646== For counts of detected errors, rerun with: -v // 提示如果要更详细的信息，用-v选项。
==29646== searching for pointers to 1 not-freed blocks.
==29646== checked 56,164 bytes.
==29646==
==29646== LEAK SUMMARY:
==29646== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks.
==29646== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.
==29646== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.
==29646== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.
==29646== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory.
[**@ test_valgrind]$
以上结果中，红色的是手工添加的说明信息，其他是valgrind的输出。可以看到，如果我们仅仅用默认方式执行，valgrind只报告内存泄漏，但没有显示具体代码中泄漏的地方。
因此我们需要使用 “--leak-check=full”选项启动 valgrind，我们再执行一次：
[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./memleak
==29661== Memcheck, a memory error detector.
==29661== Copyright (C) 2002-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==29661== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.
==29661== Copyright (C) 2004-2007, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP.
==29661== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.
==29661== Copyright (C) 2000-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==29661== For more details, rerun with: -v
==29661==
==29661==
==29661== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 15 from 1)
==29661== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks.
==29661== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated.
==29661== For counts of detected errors, rerun with: -v
==29661== searching for pointers to 1 not-freed blocks.
==29661== checked 56,164 bytes.
==29661==
==29661== 10 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
==29661== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149)
==29661== by 0x804835D: main (memleak.c:6)
==29661==
==29661== LEAK SUMMARY:
==29661== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks.
==29661== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.
==29661== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.
==29661== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.
[konten@tencent test_valgrind]$
和上次的执行结果基本相同，只是多了上面蓝色的部分，指明了代码中出现泄漏的具体位置。
以上就是用valgrind检查内存泄漏的方法，用到的例子比较简单，复杂的代码最后结果也都一样。
我们下面的例子中包括常见的几类内存问题：堆中的内存越界、踩内存、栈中的内存越界、非法指针使用、重复free。
#include
#include
int main(void)
{
char *ptr = malloc(10);
ptr[12] = 'a'; // 内存越界
memcpy(ptr +1, ptr, 5); // 踩内存
char a[10];
a[12] = 'i'; // 数组越界
free(ptr); //
free(ptr);//重复释放
char *p1;
*p1 = '1'; // 非法指针
return 0;
}
编译： gcc -o invalidptr invalidptr.c -g
执行：valgrind --leak-check=full ./invalidptr
结果如下：
[**@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./invalidptr
==29776== Memcheck, a memory error detector.
==29776== Copyright (C) 2002-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==29776== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.
==29776== Copyright (C) 2004-2007, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP.
==29776== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.
==29776== Copyright (C) 2000-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==29776== For more details, rerun with: -v
==29776==
==29776== Invalid write of size 1 //堆内存越界被查出来
==29776== at 0x80483D2: main (invalidptr.c:7)
==29776== Address 0x4159034 is 2 bytes after a block of size 10 alloc'd
==29776== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149)
==29776== by 0x80483C5: main (invalidptr.c:6)
==29776==
==29776== Source and destination overlap in memcpy(0x4159029, 0x4159028, 5) //踩内存
==29776== at 0x401C96D: memcpy (mc_replace_strmem.c:116)
==29776== by 0x80483E6: main (invalidptr.c:9)
==29776==
==29776== Invalid free() / delete / delete[] //重复释放
==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233)
==29776== by 0x8048406: main (invalidptr.c:16)
==29776== Address 0x4159028 is 0 bytes inside a block of size 10 free'd
==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233)
==29776== by 0x80483F8: main (invalidptr.c:15)
==29776==
==29776== Use of uninitialised value of size 4
==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19)
==29776== //非法指针，导致coredump
==29776== Process terminating with default action of signal 11 (SIGSEGV): dumping core
==29776== Bad permissions for mapped region at address 0x80482AD
==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19)
==29776==
==29776== ERROR SUMMARY: 4 errors from 4 contexts (suppressed: 15 from 1)
==29776== malloc/free: in use at exit: 0 bytes in 0 blocks.
==29776== malloc/free: 1 allocs, 2 frees, 10 bytes allocated.
==29776== For counts of detected errors, rerun with: -v
==29776== All heap blocks were freed -- no leaks are possible.
Segmentation fault
[konten@tencent test_valgrind]$
从上面的结果看出，除了栈内存越界外，其他常见的内存问题都可以用valgrind简单的查出来。
用callgrind工具能方便的显示程序执行的代码覆盖情况。显示线程竞态条件 <该版本暂不支持>: 用helgrind工具可以在多线程代码中找到可能产生竞态条件的地方。