Valgrind使用說明

Valgrind使用說明

文章原地址：https://www.cnblogs.com/wangkangluo1/archive/2011/07/20/2111248.html

Valgrind是運行在Linux上一套基於仿真技術的程序調試和分析工具，是公認的最接近Purify的產品，它包含一個內核——一個軟件合成的CPU，和一系列的小工具，每個工具都可以完成一項任務——調試，分析，或測試等。Valgrind可以檢測內存泄漏和內存越界，還可以分析cache的使用等，靈活輕巧而又強大。

一 Valgrind概觀

Valgrind的最新版是3.2.3，該版本包含下列工具：

1、memcheck：檢查程序中的內存問題，如泄漏、越界、非法指針等。

2、callgrind：檢測程序代碼覆蓋，以及分析程序性能。

3、cachegrind：分析CPU的cache命中率、丟失率，用於進行代碼優化。

4、helgrind：用於檢查多線程程序的競態條件。

5、massif：堆棧分析器，指示程序中使用了多少堆內存等信息。

6、lackey：

7、nulgrind：

二 Valgrind工具詳解

1.Memcheck

最常用的工具，用來檢測程序中出現的內存問題，所有對內存的讀寫都會被檢測到，一切對malloc、free、new、delete的調用都會被捕獲。所以，它能檢測以下問題：

1、對未初始化內存的使用；

2、讀/寫釋放後的內存塊；

3、讀/寫超出malloc分配的內存塊；

4、讀/寫不適當的棧中內存塊；

5、內存泄漏，指向一塊內存的指針永遠丟失；

6、不正確的malloc/free或new/delete匹配；

7、memcpy()相關函數中的dst和src指針重疊。

這些問題往往是C/C++程序員最頭疼的問題，Memcheck能在這裏幫上大忙。

2.Callgrind

和gprof類似的分析工具，但它對程序的運行觀察更是入微，能給我們提供更多的信息。和gprof不同，它不需要在編譯源代碼時附加特殊選項，但加上調試選項是推薦的。Callgrind收集程序運行時的一些數據，建立函數調用關係圖，還可以有選擇地進行cache模擬。在運行結束時，它會把分析數據寫入一個文件。callgrind_annotate可以把這個文件的內容轉化成可讀的形式。

說明：這個工具我也沒有用會，網上基本沒有找到有指導性的文檔，暫時留在後面慢慢研究吧。

3.Cachegrind

Cache分析器，它模擬CPU中的一級緩存I1，Dl和二級緩存，能夠精確地指出程序中cache的丟失和命中。如果需要，它還能夠爲我們提供cache丟失次數，內存引用次數，以及每行代碼，每個函數，每個模塊，整個程序產生的指令數。這對優化程序有很大的幫助。

作一下廣告：valgrind自身利用該工具在過去幾個月內使性能提高了25%-30%。據早先報道，kde的開發team也對valgrind在提高kde性能方面的幫助表示感謝。

4.Helgrind

它主要用來檢查多線程程序中出現的競爭問題。Helgrind尋找內存中被多個線程訪問，而又沒有一貫加鎖的區域，這些區域往往是線程之間失去同步的地方，而且會導致難以發掘的錯誤。Helgrind實現了名爲“Eraser”的競爭檢測算法，並做了進一步改進，減少了報告錯誤的次數。不過，Helgrind仍然處於實驗階段。

5. Massif

堆棧分析器，它能測量程序在堆棧中使用了多少內存，告訴我們堆塊，堆管理塊和棧的大小。Massif能幫助我們減少內存的使用，在帶有虛擬內存的現代系統中，它還能夠加速我們程序的運行，減少程序停留在交換區中的機率。

Massif對內存的分配和釋放做profile。程序開發者通過它可以深入瞭解程序的內存使用行爲，從而對內存使用進行優化。這個功能對C++尤其有用，因爲C++有很多隱藏的內存分配和釋放

此外，lackey和nulgrind也會提供。Lackey是小型工具，很少用到；Nulgrind只是爲開發者展示如何創建一個工具。我們就不做介紹了。

三使用Valgrind

Valgrind使用起來非常簡單，你甚至不需要重新編譯你的程序就可以用它。當然如果要達到最好的效果，獲得最準確的信息，還是需要按要求重新編譯一下的。比如在使用memcheck的時候，最好關閉優化選項。

valgrind命令的格式如下：

valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog options]

一些常用的選項如下：

選項	作用
-h --help	顯示幫助信息。
--version	顯示valgrind內核的版本，每個工具都有各自的版本。
-q --quiet	安靜地運行，只打印錯誤信息。
-v --verbose	打印更詳細的信息。
--tool=<toolname> [default: memcheck]	最常用的選項。運行valgrind中名爲toolname的工具。如果省略工具名，默認運行memcheck。
--db-attach=<yes\|no> [default: no]	綁定到調試器上，便於調試錯誤。

1、檢測內存泄漏

示例代碼如下：

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

char *ptr;

ptr = (char *)malloc(10);

return 0;

}

保存爲memleak.c並編譯，然後用valgrind檢測。

$ gcc -o memleak memleak.c

（valgrind和purify最大的不同在於：valgrind只接管程序執行的過程，編譯時不需要valgrind干預，而purify會干預程序編譯過程）

$ valgrind --tool=memcheck ./memleak

我們得到如下錯誤信息：

[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind ./memleak

==29646== Memcheck, a memory error detector.

==29646== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.

==29646== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.

==29646== For more details, rerun with: -v

==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. //指示在程序退出時，還有多少內存沒有釋放。

==29646== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated. // 指示該執行過程malloc和free調用的次數。

==29646== For counts of detected errors, rerun with: -v // 提示如果要更詳細的信息，用-v選項。

==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.

[konten@tencent test_valgrind]$

以上結果中，紅色的是手工添加的說明信息，其他是valgrind的輸出。可以看到，如果我們僅僅用默認方式執行，valgrind只報告內存泄漏，但沒有顯示具體代碼中泄漏的地方。

因此我們需要使用 “--leak-check=full”選項啓動 valgrind，我們再執行一次：

[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./memleak

==29661== Memcheck, a memory error detector.

==29661== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.

==29661== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.

==29661== For more details, rerun with: -v

==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]$

和上次的執行結果基本相同，只是多了上面藍色的部分，指明瞭代碼中出現泄漏的具體位置。

以上就是用valgrind檢查內存泄漏的方法，用到的例子比較簡單，複雜的代碼最後結果也都一樣。

2、其他內存問題

我們下面的例子中包括常見的幾類內存問題：堆中的內存越界、踩內存、棧中的內存越界、非法指針使用、重複free。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

char *ptr = malloc(10);

ptr[12] = 'a'; // 內存越界

memcpy(ptr +1, ptr, 5); // 踩內存

char a[10];

a[12] = 'i'; // 數組越界

free(ptr); // 重複釋放

free(ptr);

char *p1;

*p1 = '1'; // 非法指針

return 0;

}

編譯： gcc -o invalidptr invalidptr.c -g

執行：valgrind --leak-check=full ./invalidptr

結果如下：

[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./invalidptr

==29776== Memcheck, a memory error detector.

==29776== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.

==29776== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.

==29776== For more details, rerun with: -v

==29776==

==29776== Invalid write of size 1 //堆內存越界被查出來

==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) //踩內存

==29776== at 0x401C96D: memcpy (mc_replace_strmem.c:116)

==29776== by 0x80483E6: main (invalidptr.c:9)

==29776==

==29776== Invalid free() / delete / delete[] //重複釋放

==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== //非法指針，導致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]$

從上面的結果看出，除了棧內存越界外，其他常見的內存問題都可以用valgrind簡單的查出來。

3、顯示代碼覆蓋

用callgrind工具能方便的顯示程序執行的代碼覆蓋情況。

看如下例子：

4、顯示線程競態條件 <該版本暫不支持>

用helgrind工具可以在多線程代碼中找到可能產生競態條件的地方。

四 memcheck 工具的常用選型

1、leak-check

--leak-check=<no|summary|yes|full> [default: summary]

用於控制內存泄漏檢測力度。

no，不檢測內存泄漏；

summary，僅報告總共泄漏的數量，不報告具體泄漏位置；

yes/full，報告泄漏總數、泄漏的具體位置。

2、show-reachable

--show-reachable=<yes|no> [default: no]

用於控制是否檢測控制範圍之外的泄漏，比如全局指針、static指針等。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

//char *gptr = NULL;

int main(void)

{

gptr = (char *)malloc(10);

return 0;

}

對應以上代碼，若--show-reachable爲no，則valgrind不報告內存泄漏，否則會報告。

3、undef-value-errors

--undef-value-errors=<yes|no> [default: yes]

用於控制是否檢測代碼中使用未初始化變量的情況。

對應以下代碼：

int a;

printf("a = %d \n", a);

若 --undef-value-errors＝no，則valgrind不報告錯誤，否則報告“Use of uninitialised value ...”的錯誤。

4、其他選項

--log-file=filename 將結果輸出到文件。

--log-socket=192.168.0.1:12345 輸出到網絡。

--trace-children=<yes|no> [default: no]

--track-fds=<yes|no> [default: no]

--log-fd=<number> [default: 2, stderr]

--xml=<yes|no> [default: no]

--num-callers=<number> [default: 12]

--show-below-main=<yes|no> [default: no]

五 Valgrind的編譯安裝

1、下載源代碼，下載地址http://valgrind.org/downloads/current.html#current ，截止目前爲止，最新版本是3.2.3

2、編譯，在源代碼目錄下執行：

./configure --prefix=[你自己的安裝目錄]

make;make install

便好了。

3、配置缺省選項

valgrind提供3種方式用於設置缺省選項：

a、~/.valgrindrc文件；

b、環境變量$VALGRIND_OPTS；

c、當前目錄下的.valgrindrc文件；

優先順序爲 a、b、c

.valgrindrc的格式爲：

--ToolName:OptionName=OptionVal

如：

--memcheck:leak-check=yes

                 --memcheck:show-reachable=yes

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