Valgrind的主要作者Julian Seward剛獲得了今年的Google-O'Reilly開源大獎之一──Best Tool Maker。讓我們一起來看一下他的作品。Valgrind是運行在Linux上一套基于仿真技術(shù)的程序調(diào)試和分析工具，它包含一個內(nèi)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(wù)──調(diào)試，分析，或測試等。Valgrind可以檢測內(nèi)存泄漏和內(nèi)存違例，還可以分析cache的使用等，靈活輕巧而又強大，能直穿程序錯誤的心臟，真可謂是程序員的瑞士軍刀。?
一. Valgrind概觀?
Valgrind的最新版是3.2.0，它一般包含下列工具：?
1.Memcheck?
最常用的工具，用來檢測程序中出現(xiàn)的內(nèi)存問題，所有對內(nèi)存的讀寫都會被檢測到，一切對malloc()/free()/new/delete的調(diào)用都會被捕獲。所以，它能檢測以下問題：?
1.對未初始化內(nèi)存的使用；?
2.讀/寫釋放后的內(nèi)存塊；?
3.讀/寫超出malloc分配的內(nèi)存塊；?
4.讀/寫不適當(dāng)?shù)臈Ｖ袃?nèi)存塊；?
5.內(nèi)存泄漏，指向一塊內(nèi)存的指針永遠丟失；?
6.不正確的malloc/free或new/delete匹配；?
7,memcpy()相關(guān)函數(shù)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在這里幫上了大忙。?
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(diào)試選項是推薦的。Callgrind收集程序運行時的一些數(shù)據(jù)，建立函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖，還可以有選擇地進行cache模擬。在運行結(jié)束時，它會把分析數(shù)據(jù)寫入一個文件。callgrind_annotate可以把這個文件的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成可讀的形式。?
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，它還能夠為我們提供cache丟失次數(shù)，內(nèi)存引用次數(shù)，以及每行代碼，每個函數(shù)，每個模塊，整個程序產(chǎn)生的指令數(shù)。這對優(yōu)化程序有很大的幫助。?
4.Helgrind?
它主要用來檢查多線程程序中出現(xiàn)的競爭問題。Helgrind尋找內(nèi)存中被多個線程訪問，而又沒有一貫加鎖的區(qū)域，這些區(qū)域往往是線程之間失去同步的地方，而且會導(dǎo)致難以發(fā)掘的錯誤。Helgrind實現(xiàn)了名為“Eraser”的競爭檢測算法，并做了進一步改進，減少了報告錯誤的次數(shù)。不過，Helgrind仍然處于實驗階段。?
5. Massif?
堆棧分析器，它能測量程序在堆棧中使用了多少內(nèi)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(nèi)存的使用，在帶有虛擬內(nèi)存的現(xiàn)代系統(tǒng)中，它還能夠加速我們程序的運行，減少程序停留在交換區(qū)中的幾率。?
此外，lackey和nulgrind也會提供。Lackey是小型工具，很少用到；Nulgrind只是為開發(fā)者展示如何創(chuàng)建一個工具。我們就不做介紹了。?
二. 使用Valgrind?
Valgrind的使用非常簡單，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(nèi)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= [default: memcheck]?
最常用的選項。運行valgrind中名為toolname的工具。如果省略工具名，默認運行memcheck。?
--db-attach= [default: no]?
綁定到調(diào)試器上，便于調(diào)試錯誤。?
我們通過例子看一下它的具體使用。我們構(gòu)造一個存在內(nèi)存泄漏的C程序，如下：?
#include?
#include?
void f(void)?
{?
int* x = malloc(10 * sizeof(int));?
x[10] = 0; // problem 1: heap block overrun?
} // problem 2: memory leak -- x not freed?
int main(void)?
{?
int i;?
f();?
printf("i=%d/n",i); //problem 3: use uninitialised value.?
return 0;?
}?
保存為memleak.c并編譯，然后用valgrind檢測。?
$ gcc -Wall -o memleak memleak.c?
$ valgrind --tool=memcheck ./memleak?
我們得到如下錯誤信息：?
==3649== Invalid write of size 4?
==3649== at 0x80483CF: f (in /home/wangcong/memleak)?
==3649== by 0x80483EC: main (in /home/wangcong/memleak)?
==3649== Address 0x4024050 is 0 bytes after a block of size 40 alloc'd?
==3649== at 0x40051F9: malloc (vg_replace_malloc.c:149)?
==3649== by 0x80483C5: f (in /home/wangcong/memleak)?
==3649== by 0x80483EC: main (in /home/wangcong/memleak)?
前面的3649是程序運行時的進程號。第一行是告訴我們錯誤類型，這里是非法寫入。下面的是告訴我們錯誤發(fā)生的位置，在main()調(diào)用的f()函數(shù)中。?
==3649== Use of uninitialised value of size 4?
==3649== at 0xC3A264: _itoa_word (in /lib/libc-2.4.so)?
==3649== by 0xC3E25C: vfprintf (in /lib/libc-2.4.so)?
==3649== by 0xC442B6: printf (in /lib/libc-2.4.so)?
==3649== by 0x80483FF: main (in /home/wangcong/memleak)?
這個錯誤是使用未初始化的值，在main()調(diào)用的printf()函數(shù)中。這里的函數(shù)調(diào)用關(guān)系是通過堆棧跟蹤的，所以有時會非常多，尤其是當(dāng)你使用C++的STL時。其它一些錯誤都是由于把未初始化的值傳遞給libc函數(shù)而被檢測到。在程序運行結(jié)束后，valgrind還給出了一個小的總結(jié)：?
==3649== ERROR SUMMARY: 20 errors from 6 contexts (suppressed: 12 from 1)?
==3649== malloc/free: in use at exit: 40 bytes in 1 blocks.?
==3649== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 40 bytes allocated.?
==3649== For counts of detected errors, rerun with: -v?
==3649== searching for pointers to 1 not-freed blocks.?
==3649== checked 47,256 bytes.?
==3649==?
==3649== LEAK SUMMARY:?
==3649== definitely lost: 40 bytes in 1 blocks.?
==3649== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.?
==3649== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.?
==3649== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.?
==3649== Use --leak-check=full to see details of leaked memory.?
我們可以很清楚地看出，分配和釋放了多少內(nèi)存，有多少內(nèi)存泄漏。這對我們查找內(nèi)存泄漏十分方便。然后我們重新編譯程序并綁定調(diào)試器：?
$ gcc -Wall -ggdb -o memleak memleak.c?
$ valgrind --db-attach=yes --tool=memcheck ./memleak?
一出現(xiàn)錯誤，valgrind會自動啟動調(diào)試器（一般是gdb）：?
==3893== ---- Attach to debugger ? --- [Return/N/n/Y/y/C/c] ---- y?
starting debugger?
==3893== starting debugger with cmd: /usr/bin/gdb -nw /proc/3895/fd/1014 3895?
退出gdb后我們又能回到valgrind繼續(xù)執(zhí)行程序。?
還是用上面的程序，我們使用callgrind來分析一下它的效率：?
$ valgrind --tool=callgrind ./memleak?
Callgrind會輸出很多，而且最后在當(dāng)前目錄下生成一個文件： callgrind.out.pid。用callgrind_annotate來查看它：?
$ callgrind_annotate callgrind.out.3949?
詳細的信息就列出來了。而且，當(dāng)callgrind運行你的程序時，你還可以使用callgrind_control來觀察程序的執(zhí)行，而且不會干擾它的運行。?
再來看一下cachegrind的表現(xiàn)：?
$ valgrind --tool=cachegrind ./memleak?
得到如下信息：?
==4073== I refs: 147,500?
==4073== I1 misses: 1,189?
==4073== L2i misses: 679?
==4073== I1 miss rate: 0.80%?
==4073== L2i miss rate: 0.46%?
==4073==?
==4073== D refs: 61,920 (46,126 rd + 15,794 wr)?
==4073== D1 misses: 1,759 ( 1,545 rd + 214 wr)?
==4073== L2d misses: 1,241 ( 1,062 rd + 179 wr)?
==4073== D1 miss rate: 2.8% ( 3.3% + 1.3% )?
==4073== L2d miss rate: 2.0% ( 2.3% + 1.1% )?
==4073==?
==4073== L2 refs: 2,948 ( 2,734 rd + 214 wr)?
==4073== L2 misses: 1,920 ( 1,741 rd + 179 wr)?
==4073== L2 miss rate: 0.9% ( 0.8% + 1.1% )?
上面的是指令緩存，I1和L2i緩存，的訪問信息，包括總的訪問次數(shù)，丟失次數(shù)，丟失率。?
中間的是數(shù)據(jù)緩存，D1和L2d緩存，的訪問的相關(guān)信息，下面的L2緩存單獨的信息。Cachegrind也生成一個文件，名為cachegrind.out.pid，可以通過cg_annotate來讀取。輸出是一個更詳細的列表。Massif的使用和cachegrind類似，不過它也會生成一個名為massif.pid.ps的PostScript文件，里面只有一幅描述堆棧使用狀況的彩圖。?
以上只是簡單的演示了valgrind的使用，更多的信息可以在它附帶的文檔中得到，也可以訪問valgrind的主頁：http://www.valgrind.org。學(xué)會正確合理地使用valgrind對于調(diào)試程序會有很大的幫助

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Valgrind简单用法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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