Valgrind使用说明

from：http://bbs.rosoo.net/thread-726-1-1.html

Valgrind是运行在Linux上一套基于仿真技术的程序调试和分析工具，是公认的最接近Purify的产品，它包含一个内核——一个软件合成的CPU，和一系列的小工具，每个工具都可以完成一项任务——调试，分析，或测试等。Valgrind可以检测内存泄漏和内存越界，还可以分析cache的使用等，灵活轻巧而又强大。

一 Valgrind概观

Valgrind的最新版是3.2.3，该版本包含下列工具：

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：

二 Valgrind工具详解

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。

三使用Valgrind

Valgrind使用起来非常简单，你甚至不需要重新编译你的程序就可以用它。当然如果要达到最好的效果，获得最准确的信息，还是需要按要求重新编译一下的。比如在使用memcheck的时候，最好关闭优化选项。

valgrind命令的格式如下：
valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog options]

一些常用的选项如下：

选项作用
-h --help 显示帮助信息。
--version 显示valgrind内核的版本，每个工具都有各自的版本。
-q --quiet 安静地运行，只打印错误信息。
-v --verbose 打印更详细的信息。
--tool=<toolname> [default: memcheck] 最常用的选项。运行valgrind中名为toolname的工具。如果省略工具名，默认运行memcheck。
--db-attach=<yes|no> [default: no] 绑定到调试器上，便于调试错误。

1、检测内存泄漏

示例代码如下：

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

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。

$ gcc -o memleak memleak.c

（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）

$ valgrind --tool=memcheck ./memleak

我们得到如下错误信息：

[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind ./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.

[konten@tencent 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。

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