• 【转】valgrind的简介以及安装


    转自:

        https://blog.csdn.net/stpeace/article/details/61620301

        https://blog.csdn.net/primeprime/article/details/79539504

            valgrind是linux下的一个强大工具,  其子工具(通过toolname参数来控制)主要有:

            1、memcheck:检查众多内存问题,如泄漏、越界、非法指针, 我们将一一介绍。  (如果省略toolname, 则默认是memcheck, 比如执行:./valgrind ./a.out)

            2、callgrind:    分析程序性能。

            3、cachegrind:分析cache.

            4、helgrind:     分析多线程竞争。

            5、massif:       分析堆。

            .......

            valgrind重要的功能之一是内存诊断,  也就是memcheck,  我们将首先重点介绍memcheck功能, 这对于C/C++程序员非常重要。 至于具体怎么用, 我们后续会慢慢说。 本文先来看看valgrind的安装。一般来说, 在linux下安装工具, 都要获取root权限, 所以, 请先把root姿势准备好!

           1.  下载valgrind  (方法a和方法b都可以)

                a. 可以直接在linux上下载:wget http://www.valgrind.org/downloads/valgrind-3.8.1.tar.bz2

                b. 直接在Windows上下载下来, 然后rz -bye传到linux上去

           2.  在linux上解压缩, 命令: tar jxvf valgrind-3.8.1.tar.bz2 , 于是在同目录下就有了valgrind-3.8.1,  我机器上得情况是:

    [root@xxx ~]# pwd
    /root
    [root@xxx ~]# ll
    ...
    drwxrwxr-x 26 1000  1000    4096 Mar 12 16:31 valgrind-3.8.1
    -rw-r--r--  1 root root  7962963 Mar 12 15:53 valgrind-3.8.1.tar.bz2
    [root@xxx ~]# 

            3.  然后先后执行如下命令进行安装(其实, 可以找到README文件, 其中有类似指导。 如果遇到错误, 根据错误提示来解决就行):

    cd valgrind-3.8.1
    ./configure --prefix=/root/valgrind-3.8.1
    make
    make install

            4. 安装完毕, 可执行的二进制工具就在/root/valgrind-3.8.1/bin 目录下, 你可以用命令检查一下是否安装成功, 如下:

    [root@xxx ~/valgrind-3.8.1/bin]# ./valgrind --version
    valgrind-3.8.1
    [root@xxx ~/valgrind-3.8.1/bin]# 

    Valgrind的使用方法

    1.检查内存错误:
    例如我们原来有一个程序sec_infod,这是一个用gcc –g参数编译的程序,运行它需要:
    #./a.out
    如果我们想用valgrind的内存检测工具,我们就要用如下方法调用:
    #valgrind --leak-check=full --show-reachable=yes --trace-children= yes   ./a.out (2>logfile加上会好些,程序在执行期间stderr会有一些输出。提示比较多)

    其中--leak-check=full指的是完全检查内存泄漏,--show-reachable=yes是显示内存泄漏的地点,--trace-children=yes是跟入子进程。

    如果您的程序是会正常退出的程序,那么当程序退出的时候valgrind自然会输出内存泄漏的信息。如果您的程序是个守护进程,那么也不要紧,我们 只要在别的终端下杀死memcheck进程(因为valgrind默认使用memcheck工具,就是默认参数—tools=memcheck):
    #killall memcheck
    这样我们的程序(./a.out)就被kill了

    2,检查代码覆盖和性能瓶颈:
    我们调用valgrind的工具执行程序:
    #valgrind --tool=callgrind ./sec_infod

    会在当前路径下生成callgrind.out.pid(当前生产的是callgrind.out.19689),如果我们想结束程序,可以:
    #killall callgrind
    然后我们看一下结果:
    #callgrind_annotate --auto=yes callgrind.out.19689   >log
    #vim log

    参数解释:

    名字:
           valgrind是一个调试和剖析的程序工具集。

    概要用法:
           valgrind [[valgrind] [options]] [your-program] [[your-program-options]]

    概述:
           Valgrind是一个Linux下灵活的调试和剖析可执行工具。它由在软件层提供综合的
           CPU内核,和一系列调试、剖析的工具组成。架构是模块化的,所以可以在不破坏现
           有的结构的基础上很容易的创建出新的工具来。
           这本手册包括了基本的用法和选项。更多帮助理解的信息,请查看您系统的HTML
           文档:
             /usr/share/doc/valgrind/html/index.html
           或者在线文档:
             http://www.valgrind.org/docs/manual/index.html.

    用法:
           一般像下面这样调用Valgrind:
               valgrind program args

          这样将在Valgrind使用Memcheck运行程序program(带有参数args)。内存检查
           执行一系列的内存检查功能,包括检测访问未初始化的内存,已经分配内存的错误
           使用(两次释放,释放后再访问,等等)并检查内存泄漏。

          可用--tool指定使用其它工具:
               valgrind --tool=toolname program args

          可使用的工具如下:
           o cachegrind是一个缓冲模拟器。它可以用来标出你的程序每一行执行的指令
              数和导致的缓冲不命中数。

           o callgrind在cachegrind基础上添加调用追踪。它可以用来得到调用的次数
              以及每次函数调用的开销。作为对cachegrind的补充,callgrind可以分别
              标注各个线程,以及程序反汇编输出的每条指令的执行次数以及缓存未命中
              数。

           o helgrind能够发现程序中潜在的条件竞争。

           o lackey是一个示例程序,以其为模版可以创建你自己的工具。在程序结束后,
           它打印出一些基本的关于程序执行统计数据。

           o massif是一个堆剖析器,它测量你的程序使用了多少堆内存。

           o memcheck是一个细粒度的的内存检查器。

           o none没有任何功能。它它一般用于Valgrind的调试和基准测试。

    基本选项:
           这些选项对所有工具都有效。

           -h --help
                  显示所有选项的帮助,包括内核和选定的工具两者。

           --help-debug
                  和--help相同,并且还能显示通常只有Valgrind的开发人员使用的调试
                  选项。

           --version
                  显示Valgrind内核的版本号。工具可以有他们自已的版本号。这是一种
                  保证工具只在它们可以运行的内核上工作的一种设置。这样可以减少在
                  工具和内核之间版本兼容性导致奇怪问题的概率。

           -q --quiet
                  安静的运行,只打印错误信息。在进行回归测试或者有其它的自动化测
                  试机制时会非常有用。

           -v --verbose
                  显示详细信息。在各个方面显示你的程序的额外信息,例如:共享对象
                  加载,使用的重置,执行引擎和工具的进程,异常行为的警告信息。重
                  复这个标记可以增加详细的级别。

           -d    调试Valgrind自身发出的信息。通常只有Valgrind开发人员对此感兴趣。
                  重复这个标记可以产生更详细的输出。如果你希望发送一个bug报告,通
                  过-v -v -d -d生成的输出会使你的报告更加有效。

           --tool= [default: memcheck]
                  运行toolname指定的Valgrind,例如,Memcheck, Addrcheck, Cachegrind,
                  等等。

           --trace-children= [default: no]
                  当这个选项打开时,Valgrind会跟踪到子进程中。这经常会导致困惑,而
                  且通常不是你所期望的,所以默认这个选项是关闭的。

           --track-fds= [default: no]
                  当这个选项打开时,Valgrind会在退出时打印一个打开文件描述符的列表。
                  每个文件描述符都会打印出一个文件是在哪里打开的栈回溯,和任何与此
                  文件描述符相关的详细信息比如文件名或socket信息。


           --time-stamp= [default: no]
                  当这个选项打开时,每条信息之前都有一个从程序开始消逝的时间,用天,
                  小时,分钟,秒和毫秒表示。

           --log-fd= [default: 2, stderr]
                  指定Valgrind把它所有的消息都输出到一个指定的文件描述符中去。默认值
                  2, 是标准错误输出(stderr)。注意这可能会干扰到客户端自身对stderr
                  的使用, Valgrind的输出与客户程序的输出将穿插在一起输出到stderr。

           --log-file=
                  指定Valgrind把它所有的信息输出到指定的文件中。实际上,被创建文件的
                  文件名是由filename、'.'和进程号连接起来的(即.),
                  从而每个进程创建不同的文件。

           --log-file-exactly=
                  类似于--log-file,但是后缀".pid"不会被添加。如果设置了这个选项,
                  使用Valgrind跟踪多个进程,可能会得到一个乱七八糟的文件。             

           --log-file-qualifier=
                  
    当和--log-file一起使用时,日志文件名将通过环境变量$VAR来筛选。这
                  
    对于MPI程序是有益的。更多的细节,查看手册2.3节 "注解"。

           --log-socket=
                  指定Valgrind输出所有的消息到指定的IP,指定的端口。当使用1500端口
                  时,端口有可能被忽略。如果不能建立一个到指定端口的连接,Valgrind
                  将输出写到标准错误(stderr)。这个选项经常和一个Valgrind监听程序一
                  起使用。更多的细节,查看手册2.3节 "注解"。


    错误相关选项:
           这些选项适用于所有产生错误的工具,比如Memcheck, 但是Cachegrind不行。

           --xml= [default: no]
                  当这个选项打开时,输出将是XML格式。这是为了使用Valgrind的输出做为
                  输入的工具,例如GUI前端更加容易些。目前这个选项只在Memcheck时生效。

           --xml-user-comment=
                  在XML开头 附加用户注释,仅在指定了--xml=yes时生效,否则忽略。

           --demangle= [default: yes]
                  打开/关闭C++的名字自动解码。默认打开。当打开时,Valgrind将尝试着把
                  编码过的C++名字自动转回初始状态。这个解码器可以处理g++版本为2.X,
                  3.X或4.X生成的符号。

                 一个关于名字编码解码重要的事实是,禁止文件中的解码函数名仍然使用
                  他们未解码的形式。Valgrind在搜寻可用的禁止条目时不对函数名解码,
                  因为这将使禁止文件内容依赖于Valgrind的名字解码机制状态, 会使速度
                  变慢,且无意义。

           --num-callers= [default: 12]
                  默认情况下,Valgrind显示12层函数调用的函数名有助于确定程序的位置。
                  可以通过这个选项来改变这个数字。这样有助在嵌套调用的层次很深时确定
                  程序的位置。注意错误信息通常只回溯到最顶上的4个函数。(当前函数,和
                  它的3个调用者的位置)。所以这并不影响报告的错误总数。

                 这个值的最大值是50。注意高的设置会使Valgrind运行得慢,并且使用更多
                  的内存,但是在嵌套调用层次比较高的程序中非常实用。

           --error-limit= [default: yes]
                  当这个选项打开时,在总量达到10,000,000,或者1,000个不同的错误,
                  Valgrind停止报告错误。这是为了避免错误跟踪机制在错误很多的程序
                  下变成一个巨大的性能负担。

           --error-exitcode= [default: 0]
                  指定如果Valgrind在运行过程中报告任何错误时的退出返回值,有两种情
                  况;当设置为默认值(零)时,Valgrind返回的值将是它模拟运行的程序的
                  返回值。当设置为非零值时,如果Valgrind发现任何错误时则返回这个值。
                  在Valgrind做为一个测试工具套件的部分使用时这将非常有用,因为使测
                  试工具套件只检查Valgrind返回值就可以知道哪些测试用例Valgrind报告
                  了错误。

           --show-below-main= [default: no]
                  默认地,错误时的栈回溯不显示main()之下的任何函数(或者类似的函数像
                  glibc的__libc_start_main(),如果main()没有出现在栈回溯中);这些大
                  部分都是令人厌倦的C库函数。如果打开这个选项,在main()之下的函数也
                  将会显示。

           --suppressions= [default: $PREFIX/lib/valgrind/default.supp]
                  指定一个额外的文件读取不需要理会的错误;你可以根据需要使用任意多
                  的额外文件。

           --gen-suppressions= [default: no]
                  当设置为yes时,Valgrind将会在每个错误显示之后自动暂停并且打印下
                  面这一行:
                      ---- Print suppression ? --- [Return/N/n/Y/y/C/c] ----


                  这个提示的行为和--db-attach选项(见下面)相同。

                 如果选择是,Valgrind会打印出一个错误的禁止条目,你可以把它剪切然后
                  粘帖到一个文件,如果不希望在将来再看到这个错误信息。

                 当设置为all时,Valgrind会对每一个错误打印一条禁止条目,而不向用户
                  询问。

                 这个选项对C++程序非常有用,它打印出编译器调整过的名字。

                 注意打印出来的禁止条目是尽可能的特定的。如果需要把类似的条目归纳
                  起来,比如在函数名中添加通配符。并且,有些时候两个不同的错误也会
                  产生同样的禁止条目,这时Valgrind就会输出禁止条目不止一次,但是在
                  禁止条目的文件中只需要一份拷贝(但是如果多于一份也不会引起什么问
                  题)。并且,禁止条目的名字像<在这儿输入一个禁止条目的名字>;名字并
                  不是很重要,它只是和-v选项一起使用打印出所有使用的禁止条目记录。

           --db-attach= [default: no]
                  当这个选项打开时,Valgrind将会在每次打印错误时暂停并打出如下
                  一行:

                      ---- Attach to debugger ? --- [Return/N/n/Y/y/C/c] ----

                 按下回车,或者N、回车,n、回车,Valgrind不会对这个错误启动调试器。

                 按下Y、回车,或者y、回车,Valgrind会启动调试器并设定在程序运行的
                  这个点。当调试结束时,退出,程序会继续运行。在调试器内部尝试继续
                  运行程序,将不会生效。

                 按下C、回车,或者c、回车,Valgrind不会启动一个调试器,并且不会再
                  次询问。

                 注意:--db-attach=yes与--trace-children=yes有冲突。你不能同时使用
                  它们。Valgrind在这种情况下不能启动。

                  2002.05:这是一个历史的遗留物,如果这个问题影响到你,请发送邮件并
                  投诉这个问题。

                  2002.11:如果你发送输出到日志文件或者到网络端口,我猜这不会让你有
                  任何感觉。不须理会。

           --db-command= [default: gdb -nw %f %p]
                  通过--db-attach指定如何使用调试器。默认的调试器是gdb.默认的选项
                  是一个运行时扩展Valgrind的模板。 %f会用可执行文件的文件名替换,
                  %p会被可执行文件的进程ID替换。

                 这指定了Valgrind将怎样调用调试器。默认选项不会因为在构造时是否检
                  测到了GDB而改变,通常是/usr/bin/gdb.使用这个命令,你可以指定一些
                  调用其它的调试器来替换。

                 给出的这个命令字串可以包括一个或多个%p %f扩展。每一个%p实例都被
                  解释成将调试的进程的PID,每一个%f实例都被解释成要调试的进程的可
                  执行文件路径。             

           --input-fd= [default: 0, stdin]
                  使用--db-attach=yes和--gen-suppressions=yes选项,在发现错误时,
                  Valgrind会停下来去读取键盘输入。默认地,从标准输入读取,所以关闭
                  了标准输入的程序会有问题。这个选项允许你指定一个文件描述符来替代
                  标准输入读取。

           --max-stackframe= [default: 2000000]
                  栈的最大值。如果栈指针的偏移超过这个数量,Valgrind则会认为程序是
                  切换到了另外一个栈执行。

                 如果在程序中有大量的栈分配的数组,你可能需要使用这个选项。
                  valgrind保持对程序栈指针的追踪。如果栈指针的偏移超过了这个数量,
                  Valgrind假定你的程序切换到了另外一个栈,并且Memcheck行为与栈指
                  针的偏移没有超出这个数量将会不同。通常这种机制运转得很好。然而,
                  如果你的程序在栈上申请了大的结构,这种机制将会表现得愚蠢,并且
                  Memcheck将会报告大量的非法栈内存访问。这个选项允许把这个阀值设置
                  为其它值。

                 应该只在Valgrind的调试输出中显示需要这么做时才使用这个选项。在这
                  种情况下,它会告诉你应该指定的新的阀值。

                 普遍地,在栈中分配大块的内存是一个坏的主意。因为这很容易用光你的
                  栈空间,尤其是在内存受限的系统或者支持大量小堆栈的线程的系统上,
                  因为Memcheck执行的错误检查,对于堆上的数据比对栈上的数据要高效
                  很多。如果你使用这个选项,你可能希望考虑重写代码在堆上分配内存
                  而不是在栈上分配。

    工作原理简介:

    valgrind被设计成非侵入式的,它直接工作于可执行文件上,因此在检查前不需要重新编译、连接和修改你的程序。要检查一个程序很简单,只需要执行下面的命令就可以了

    valgrind --tool=tool_name program_name

    比如我们要对ls -l命令做内存检查,只需要执行下面的命令就可以了

    valgrind --tool=memcheck ls -l

    不管是使用哪个工具,valgrind在开始之前总会先取得对你的程序的控制权,从可执行关联库里读取调试信息。然后在valgrind核心提供的 虚拟CPU上运行程序,valgrind会根据选择的工具来处理代码,该工具会向代码中加入检测代码,并把这些代码作为最终代码返回给valgrind核 心,最后valgrind核心运行这些代码。

    不同工具间加入的代码变化非常的大。在每个作用域的末尾,memcheck加入代码检查每一片内存的访问和进行值计算,代码大小至少增加12倍,运行速度要比平时慢25到50倍。

    valgrind模拟程序中的每一条指令执行,因此,检查工具和剖析工具不仅仅是对你的应用程序,还有对共享库,GNU C库,X的客户端库都起作用。

    一些打印信息的解释:

    分析输出的调试信息
    ==3908== Memcheck, a memory error detector.
    ==3908== Copyright (C) 2002-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
    ==3908== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.
    ==3908== Copyright (C) 2004-2007, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP.
    ==3908== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.
    ==3908== Copyright (C) 2000-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
    ==3908== For more details, rerun with: -v
    ==3908== 
    --3908-- DWARF2 CFI reader: unhandled CFI instruction 0:50
    --3908-- DWARF2 CFI reader: unhandled CFI instruction 0:50
    /*数组越界错误*/
    ==3908== Invalid write of size 4      
    ==3908==    at 0x8048384: f (test.c:6)
    ==3908==    by 0x80483AC: main (test.c:11)
    ==3908==  Address 0x400C050 is 0 bytes after a block of size 40 alloc'd
    ==3908==    at 0x40046F2: malloc (vg_replace_malloc.c:149)
    ==3908==    by 0x8048377: f (test.c:5)
    ==3908==    by 0x80483AC: main (test.c:11)
    ==3908== 
    ==3908== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 14 from 1)
    ==3908== malloc/free: in use at exit: 40 bytes in 1 blocks. 
    ==3908== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 40 bytes allocated.
    ==3908== For counts of detected errors, rerun with: -v
    ==3908== searching for pointers to 1 not-freed blocks.
    ==3908== checked 59,124 bytes.
    ==3908== 
    ==3908== 
    /*有内存空间没有释放*/
    ==3908== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
    ==3908==    at 0x40046F2: malloc (vg_replace_malloc.c:149)
    ==3908==    by 0x8048377: f (test.c:5)
    ==3908==    by 0x80483AC: main (test.c:11)
    ==3908== 
    ==3908== LEAK SUMMARY:
    ==3908==    definitely lost: 40 bytes in 1 blocks.
    ==3908==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.
    ==3908==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks.
    ==3908==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks

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