工具 | Valgrind仿真調(diào)試工具的使用
[導(dǎo)讀]關(guān)注「Linux大陸」，選擇「星標(biāo)公眾號(hào)」一起進(jìn)步！Valgrind簡(jiǎn)介Valgrind是一套Linux下，開放源代碼（GPLV2）的仿真調(diào)試工具的集合。Valgrind工具包包含多個(gè)工具，如Memcheck、Cachegrind、Helgrind、Callgrind、Massi...
關(guān)注「Linux大陸」，選擇「星標(biāo)公眾號(hào)」一起進(jìn)步！
Valgrind簡(jiǎn)介
Valgrind是一套Linux下，開放源代碼（GPL V2）的仿真調(diào)試工具的集合。Valgrind工具包包含多個(gè)工具，如Memcheck、Cachegrind、Helgrind、Callgrind、Massif。Memcheck工具
Memcheck工具是Valgrind中最常用的工具，用來(lái)檢測(cè)程序中出現(xiàn)的內(nèi)存問(wèn)題。它能檢測(cè)如下問(wèn)題：- 使用未初始化內(nèi)存；
- 使用釋放后的內(nèi)存；
- 使用超出malloc分配的內(nèi)存塊；
- 對(duì)堆棧的非法訪問(wèn)；
- 內(nèi)存泄漏；
- 不正確的malloc/free或new/delete匹配；
- memcpy()相關(guān)函數(shù)中的dst和src指針重疊。
Cachegrind工具
Callgrind收集程序運(yùn)行時(shí)的一些數(shù)據(jù)，函數(shù)調(diào)用關(guān)系等信息，還可以有選擇地進(jìn)行cache模擬。在運(yùn)行結(jié)束時(shí)，它會(huì)把分析數(shù)據(jù)寫入一個(gè)文件。callgrind_annotate可以把這個(gè)文件的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成可讀的形式。Helgrind工具
它主要用來(lái)檢查多線程程序中出現(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。Helgrind尋找內(nèi)存中被多個(gè)線程訪問(wèn)，而又沒(méi)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(huì)導(dǎo)致難以發(fā)掘的錯(cuò)誤。Helgrind實(shí)現(xiàn)了名為” Eraser” 的競(jìng)爭(zhēng)檢測(cè)算法，并做了進(jìn)一步改進(jìn)，減少了報(bào)告錯(cuò)誤的次數(shù)。Callgrind工具
它模擬 CPU中的一級(jí)緩存I1,D1和L2二級(jí)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?yàn)槲覀兲峁ヽache丟失次數(shù)，內(nèi)存引用次數(shù)，以及每行代碼，每個(gè)函數(shù)，每個(gè)模塊，整個(gè)程序產(chǎn)生的指令數(shù)。這對(duì)優(yōu)化程序有很大的幫助。Massif工具
堆棧分析器，它能測(cè)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(yùn)行，減少程序停留在交換區(qū)中的幾率。Valgrind由內(nèi)核（core）以及基于內(nèi)核的其他調(diào)試工具組成。其基于仿真方式對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，它先于應(yīng)用程序獲取實(shí)際處理器的控制權(quán)，并在實(shí)際處理器的基礎(chǔ)上仿真一個(gè)虛擬處理器，并使應(yīng)用程序運(yùn)行于這個(gè)虛擬處理器之上，從而對(duì)應(yīng)用程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視。應(yīng)用程序并不知道該處理器是虛擬的還是實(shí)際的，已經(jīng)編譯成二進(jìn)制代碼的應(yīng)用程序并不用重新進(jìn)行編譯，Valgrind 直接解釋二進(jìn)制代碼使得應(yīng)用程序基于它運(yùn)行，從而能夠檢查內(nèi)存操作時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。所以在Valgrind下運(yùn)行的程序運(yùn)行速度要慢得多，而且使用的內(nèi)存要多得多。因此，最好在性能好的機(jī)器上使用Valgrind，并且是在開發(fā)調(diào)試階段使用。Valgrind安裝
Valgrind的安裝方式很簡(jiǎn)單。我們首先查看一下我們的系統(tǒng)中有沒(méi)有Valgrind：顯然，我們這里的系統(tǒng)中沒(méi)有Valgrind，按提示輸入如下命令安裝即可：sudo?apt?install?valgrind
另外，也可以通過(guò)下載源碼編譯、安裝。源碼地址：?http://valgrind.org/?下載源碼的命令：
wget?http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.14.0.tar.bz2
Valgrind使用
準(zhǔn)備一個(gè)有內(nèi)存泄漏、內(nèi)存越界問(wèn)題的demo進(jìn)行測(cè)試。為了方便，我們使用官方提供的一個(gè)經(jīng)典的測(cè)試demo：「valgrind_test.c：」#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)
{
?f();
?return?0;
}
這份代碼存在兩個(gè)問(wèn)題：- 使用超出malloc分配的內(nèi)存。
- 內(nèi)存泄漏。
gcc?-g?valgrind_test.c?-o?valgrind_test
使用valgrind檢測(cè)valgrind_test程序：valgrind?--leak-check=yes?./valgrind_test
我們可以用--tool參數(shù)指明使用的工具，如：--tool=memcheck
如果不明確設(shè)置--tool參數(shù)，則valgrind的檢測(cè)工具默認(rèn)使用的是Memcheck工具。--leak-check=yes選項(xiàng)打開詳細(xì)的內(nèi)存泄漏檢測(cè)器。我們執(zhí)行檢測(cè)工具之后的結(jié)果如：==7407==?Memcheck,?a?memory?error?detector
==7407==?Copyright?(C)?2002-2017,?and?GNU?GPL'd,?by?Julian?Seward?et?al.
==7407==?Using?Valgrind-3.13.0?and?LibVEX;?rerun?with?-h?for?copyright?info
==7407==?Command:?./valgrind_test
==7407==?
==7407==?Invalid?write?of?size?4
==7407==????at?0x108668:?f?(valgrind_test.c:6)
==7407==????by?0x108679:?main?(valgrind_test.c:11)
==7407==??Address?0x522d068?is?0?bytes?after?a?block?of?size?40?alloc'd
==7407==????at?0x4C2FB0F:?malloc?(in?/usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==7407==????by?0x10865B:?f?(valgrind_test.c:5)
==7407==????by?0x108679:?main?(valgrind_test.c:11)
==7407==?
==7407==?
==7407==?HEAP?SUMMARY:
==7407==?????in?use?at?exit:?40?bytes?in?1?blocks
==7407==???total?heap?usage:?1?allocs,?0?frees,?40?bytes?allocated
==7407==?
==7407==?40?bytes?in?1?blocks?are?definitely?lost?in?loss?record?1?of?1
==7407==????at?0x4C2FB0F:?malloc?(in?/usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==7407==????by?0x10865B:?f?(valgrind_test.c:5)
==7407==????by?0x108679:?main?(valgrind_test.c:11)
==7407==?
==7407==?LEAK?SUMMARY:
==7407==????definitely?lost:?40?bytes?in?1?blocks
==7407==????indirectly?lost:?0?bytes?in?0?blocks
==7407==??????possibly?lost:?0?bytes?in?0?blocks
==7407==????still?reachable:?0?bytes?in?0?blocks
==7407==?????????suppressed:?0?bytes?in?0?blocks
==7407==?
==7407==?For?counts?of?detected?and?suppressed?errors,?rerun?with:?-v
==7407==?ERROR?SUMMARY:?2?errors?from?2?contexts?(suppressed:?0?from?0)
輸出結(jié)果包含有很多信息，我們可以很容易查看到了關(guān)鍵的信息：其中，輸出信息告訴我們無(wú)效地寫入了4個(gè)字節(jié)，并且提示了可能出現(xiàn)問(wèn)題的代碼行數(shù)。堆棧跟蹤告訴我們調(diào)用了一次malloc申請(qǐng)內(nèi)存，但并沒(méi)有free，并且指出了在哪里分配了內(nèi)存。另外，這里的7407表示的是進(jìn)程ID號(hào)。內(nèi)存泄漏有幾種類型，最重要的兩類是：- definitely lost（明確的泄漏）
- possibly lost（可能的泄漏）
Valgrind交叉編譯
1、下載valgrind源碼包：wget?http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.14.0.tar.bz2
2、修改valgrind里的configure文件：把 armv7 * ) 改成 armv7 * |arm)。3、生成Makefile./configure?--host=arm-linux-gnueabihf?CC=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc?CXX=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-g ?--prefix=$PWD/tmp
這個(gè)命令似乎很長(zhǎng)，但并不難，只是加了幾個(gè)配置參數(shù)。這些配置參數(shù)怎么看？我們可以輸入./configure --help命令來(lái)查看支持的配置：下面我們依次來(lái)分析上面那個(gè)很長(zhǎng)的命令：- --host=arm-linux-gnueabihf：表明了我們最終可執(zhí)行文件運(yùn)行的環(huán)境。
- CC=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc：這是指定我們的交叉編譯工具arm-linux-gnueabihf-gcc，這里直接給出絕對(duì)路徑。
- CXX=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-g ：這是指定我們的交叉編譯工具arm-linux-gnueabihf-g ，這里直接給出絕對(duì)路徑。
- --prefix=$PWD/tmp：指定安裝的路徑。表明安裝路徑在當(dāng)前路徑下的tmp文件夾中。
make
make?install
安裝完成后tmp文件夾下的內(nèi)容為：這時(shí)候我們就可以把tmp整個(gè)文件夾拷到板子上使用了。tmp的大小為一百多兆，注意查看板子存儲(chǔ)空間夠不夠：我們可以配置板子上的valgrind環(huán)境。如果僅是臨時(shí)使用，可以這么用：tmp/bin/valgrind?--tool=memcheck?--leak-check=yes?./valgrind_test
其中，tmp文件夾與與valgrind_test在同一路徑。這時(shí)候可能會(huì)報(bào)如下錯(cuò)誤：“valgrind:?failed?to?start?tool?‘memcheck’?for?platform?‘a(chǎn)rm-linux’:?No?such?file?or?directory”
這是因?yàn)関algrind需要依賴其動(dòng)態(tài)庫(kù)，而沒(méi)有找到動(dòng)態(tài)庫(kù)。因?yàn)槭桥R時(shí)測(cè)試，在valgrind_test路徑輸入如下命令進(jìn)行設(shè)置：export?VALGRIND_LIB="tmp/lib/valgrind"
這只是在當(dāng)前開發(fā)板終端生效，下次重新進(jìn)入開發(fā)板終端需要重新設(shè)置。以上就是本次的分享。碼字不易，期待你的三連~大家平時(shí)都用些什么工具呢？歡迎留言分享~
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