内存调试工具valgrind的使用

 

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、编译安装至arm板

1、百度网盘下载valgrind源码

链接：https://pan.baidu.com/s/1mlpilMhtpF9JXiHtvB970A 
提取码：fukc

arm交叉编译好的发布包

链接：https://pan.baidu.com/s/1l7KYQGw9-5FfUGqgJrlE0Q 
提取码：jfb4

2、解压安装、交叉编译

tar xvf valgrind-3.21.0.tar.bz2

cd valgrind-3.21.0

apt-get install automake

./autogen.sh

修改configure文件： armv7*) 改成 armv7*|arm)

./configure --host=aarch64-linux  \
CC=/gzy_mnt/aarch64-linux-gds/bin/aarch64-linux-gnu-gcc  \
CPP=/gzy_mnt/aarch64-linux-gds/bin/aarch64-linux-gnu-cpp \
CXX=/gzy_mnt/aarch64-linux-gds/bin/aarch64-linux-gnu-g++ \
--prefix=/gzy_mnt/valgrind 

./configure --host=arm-linux CC=arm-none-linux-gnueabi-gcc CPP=arm-none-linux-gnueabi-cpp CXX=arm-none-linux-gnueabi-g++ --prefix=/home/dcj/valgrind

make

make install

/home/dcj/valgrind目录下生成好的valgrind，包括4个文件夹：bin,include,lib,share

–prefix=/home/dcj/valgrind指定的目录要与开发板上放置的目录一致，不然运行valgrind时可能会出现“valgrind: failed to start tool ‘memcheck’ for platform ‘arm-linux’: No such file or directory”错误。

四、运行

把安装目录下的文件valgrind目录通过tftp复制到目标板上的/home/dcj/目录下，修改bin目录下的执行权限。

chrom -R +x /home/dcj/valgrind/bin/

此时运行bin目录下的valgrind会出现如下错误提示：

valgrind: failed to start tool 'memcheck' for platform 'arm-linux': Permission denied

解决方法：

export VALGRIND_LIB="/home/dcj/valgrind/lib/valgrind"
chmod -R +x /home/dcj/valgrind/lib/valgrind/

或者将valgrind目录直接放到/bin下，./valgrind/bin/valgrind --tool=memcheck --leak-check=full --show-reachable=yes ./robot

或者将build_arm_valgrind目录放入到/home/jianjun/目录下，然后直接输入以下命令即可

chmod -R 777 /home/jianjun/build_arm_valgrind

export PATH="${PATH}:/home/jianjun/build_arm_valgrind/bin"

valgrind --tool=massif --pages-as-heap=yes ./serverrobot

1、内存泄露

首先编译源代码时要加上 -g参数，保留调试信息，然后运行下面命令

valgrind --tool=memcheck --leak-check=full --show-reachable=yes ./demo

–tool=memcheck：表示使用memcheck工具
–leak-check=full：表示显示每个泄漏的细节
–log-file=val_report：可以增加该参数，将分析结果生成日志，放到当前目录下的val_report文件中便于后续分析
 

例1 内存泄漏

#include 
using namespace std;
int main()
{
    int *p = new int(10);
    cout << "*p:" << *p << endl;
    //delete p;
    return 0;
}

==9543== Memcheck, a memory error detector
==9543== Copyright (C) 2002-2022, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==9543== Using Valgrind-3.20.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==9543== Command: ./demo
==9543== Parent PID: 8780
==9543== 
==9543== 
==9543== HEAP SUMMARY:
==9543==     in use at exit: 4 bytes in 1 blocks
==9543==   total heap usage: 3 allocs, 2 frees, 73,732 bytes allocated
==9543== 
==9543== 4 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
==9543==    at 0x4C2F87B: operator new(unsigned long) (vg_replace_malloc.c:434)
==9543==    by 0x4008E8: main (demo.cpp:5)
==9543== 
==9543== LEAK SUMMARY:
==9543==    definitely lost: 4 bytes in 1 blocks
==9543==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==9543==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
==9543==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks
==9543==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks
==9543== 
==9543== For lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s
==9543== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 0 from 0)

在输出的检测分析结果中，第1行已经指出存在一个内存检测错误；第8行给出具体的内存检测结果，共有4个字节的内存出现了泄漏；在demo.cpp文件的第5行出现该内存泄漏；第16行是将本次内存泄漏的所有情况进行汇总；主要专注前4类，具体含义如下：

definitely lost：确认存在内存泄漏；当程序结束时，存在动态申请的内存没有释放，且通过其他指针都无法正常访问该内存；
indirectly lost : 间接存在内存泄漏；当使用含有指针成员变量的类时可能会报该错误，一般都会与definitely lost同时存在，解决definitely lost问题，该问题随之消失；
possibly lost ：可能存在内存泄漏；当程序结束时，存在动态申请的内存内有释放，且通过指针变量无法访问该内存的起始地址，但可以访问该内存中的后一部分数据；
still reachable：存在可以访问，未丢失但也未释放；若程序正常结束，虽然不会造成程序崩溃，但长时间的运行会消耗是系统内存资源，建议修复；若非正常结束，可忽略；

原文链接：https://blog.csdn.net/xiaofeilongyu/article/details/128538777

2、堆栈分析器 massif（out文件使用以下命令在arm板上生成，后缀为PID）

malloc、free、new、delete堆分析

./valgrind --tool=massif ./hello
 

系统调用堆分析  纯c程序  用全局变量，没有使用malloc

../valgrind --tool=massif --pages-as-heap=yes ./hunchunrobot

栈分析

../valgrind --tool=massif --stacks=yes ./hunchunrobot
 

测量一个进程中的所有内存

值得强调的是，默认情况下，Massif只度量堆内存，即使用malloc、calloc、realloc、memalign、new、new[]和其他一些类似函数分配的内存。(当然，它还可以选择测量堆栈内存。)这意味着它不会直接测量用mmap、mremap和brk等较低级别系统调用分配的内存。

堆分配函数(如malloc)构建在这些系统调用之上。例如，当需要时，分配器通常会调用mmap来分配一个大的内存块，然后将内存块的一部分交给客户机程序，以响应对malloc等的调用。Massif直接度量的只是这些较高级别的malloc等调用，而不是较低级别的系统调用。

此外，客户端程序可以直接使用这些较低级别的系统调用来分配内存。默认情况下，Massif不测量这些。它也不衡量代码、数据和BSS段的大小。因此，Massif报告的数据可能比top等测量程序总内存大小的工具报告的数据要小得多。

但是，如果希望测量程序使用的所有内存，可以使用–pages-as-heap=yes。当启用此选项时，Massif的普通堆块分析将被较低级别的页面分析所取代。通过mmap和类似的系统调用分配的每个页面都被视为不同的块。这意味着代码、数据和BSS段都是度量的，因为它们只是内存页。甚至堆栈也是度量的，因为它最终是通过mmap分配(并在必要时扩展)的;因此，不允许将–stacks=yes与–pages-as-heap=yes结合使用。

在使用–pages-as-heap=yes之后，ms_print的输出基本没有变化。不同之处在于，每个详细快照的开头都写着:

(page allocation syscalls) mmap/mremap/brk, --alloc-fns, etc.

instead of the usual:

(heap allocation functions) malloc/new/new[], --alloc-fns, etc.

输出中的堆栈跟踪可能比较难读，解释它们可能需要对较低级别的程序(如内存分配器)有一些详细的了解。但是对于某些程序来说，掌握关于内存使用情况的全部信息是非常有用的。

Massif:堆分析器_massif-visualizer_黑白黑-的博客-CSDN博客

五 、ubuntu 安装 （out文件需要在ubuntu上查看）

1、sudo apt-get install valgrind

ms_print massif.out.772 #查看out文件控制台工具

2、查看out文件可视化工具

sudo apt-get install massif-visualizer

massif-visualizer massif.out.258

备注：

设置临时环境变量
export PATH="${PATH}:/root/testPath"

export命令来设置临时环境变量，这个变量是只存在于设定环境变量的会话中，其它会话窗口是不会有该变量的，一旦会话结束或者会话退出，重新连接会话，该环境变量就不存在了

设置环境变量永久的--针对所有用户
在系统上定义全局环境变量：/etc/profile、/etc/bash.bashrc 和 /etc/environment。/etc/profile.d目录用于定义全局脚本。下面就在/etc/profile.d目录下创建一个全局脚本,启动时就会运行该脚本。接着在/etc/profile中添加一个“export PATH="${PATH}:/root/testPath“”命令，即可在任何用户下都能执行该脚本了。
 

参考网址：

 堆问题分析的利器——valgraind的massif

堆问题分析的利器——valgraind的massif_valgrind massif_breaksoftware的博客-CSDN博客

c - 如何在 Linux 上使用 C 检查堆栈和堆的使用情况？

c - 如何在 Linux 上使用 C 检查堆栈和堆的使用情况？ - IT工具网

【C/C++ 集成内存调试、内存泄漏检测和性能分析的工具 Valgrind 】Linux 下 Valgrind 工具的全面使用指南 - 知乎