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系统内存检测工具Valgrind入门

Valgrind是一个很好地内存检测工具，本文记录如何开始Valgrind的使用。

Valgrind 工具简介

Valgrind工具提供了很多Debugging和Profiling工具，来帮助开发者开发出更好快更正确的程序。其中最常用的工具是内存检测。它可以 检测到C/C++中内存相关的错误，这些错误可能会导致系统崩溃Crashes或者其他莫名其妙的行为。

Valgrind 前期准备

编译程序时，使用-g选项，用来包含Debugging信息，使得Memcheck工具在检测错误时，给出更具体的信息。如果可以容忍性能的降低，也可以添加-O0编译选择。

Valgrind 执行程序

假设执行程序时，使用如下命令：

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myprog arg1 arg2

使用Valgrind命令行如下：

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valgrind --lead-check=yes myprog arg1 arg2

Memcheck是默认的工具，所以--leak-check选项可以省略。使用Valgrind会使得程序变慢，并使用更多的内存，Memcheck 会检测到内存错误、内存泄漏。

Valgrind 使用示例

下面是一段C 示例，该段代码内有内存错误和内存泄漏。

mem_file.c 
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#include <stdlib.h>
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;
}

编译该程序

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gcc -g -o mem_file mem_file.c

使用valgrind运行该程序:

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valgrind --leak-check=full ./mem_file

运行valgring后，输出的Debug信息如下：

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bing@ubuntu:~/work$ valgrind --leak-check=full ./mem_file   
==10566== Memcheck, a memory error detector    
==10566== Copyright (C) 2002-2015, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.  
==10566== Using Valgrind-3.11.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info  
==10566== Command: ./mem_file  
==10566==   
==10566== Invalid write of size 4  
==10566==    at 0x400544: f (mem_file.c:6)  
==10566==    by 0x400555: main (mem_file.c:12)  
==10566==  Address 0x5204068 is 0 bytes after a block of size 40 alloc'd  
==10566==    at 0x4C2DB8F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)  
==10566==    by 0x400537: f (mem_file.c:5)  
==10566==    by 0x400555: main (mem_file.c:12)  
==10566==   
==10566==   
==10566== HEAP SUMMARY:  
==10566==     in use at exit: 40 bytes in 1 blocks  
==10566==   total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 40 bytes allocated  
==10566==   
==10566== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1  
==10566==    at 0x4C2DB8F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)  
==10566==    by 0x400537: f (mem_file.c:5)  
==10566==    by 0x400555: main (mem_file.c:12)  
==10566==   
==10566== LEAK SUMMARY:  
==10566==    definitely lost: 40 bytes in 1 blocks  
==10566==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks  
==10566==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks  
==10566==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks  
==10566==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks  
==10566==   
==10566== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v  
==10566== ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0)

大多数valgrind的输出格式就是这样的。

  • 10566是进城ID，命令行下，该值不是特别重要。
  • Invalid write of size 4这一行指示错误类型。
  • 错误类型后紧跟着的是调用栈，告诉开发者问题出在某个函数的某一行。
  • 0x400544地址，通常不是很重要，但它也会指示问题地址，帮助开发者追踪问题。
  • 一些错误还会有更多的信息描述内存地址。上面的例子展示了写入内存超出了分配内存块，该内存块是在example.c中的第 5 行分配的。

内存泄漏格式如下：

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==10566==    at 0x4C2DB8F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)    
==10566==    by 0x400537: f (mem_file.c:5)    
==10566==    by 0x400555: main (mem_file.c:12)

该调用信息告知开发者泄漏的内存的分配位置。Memcheck不会告知开发者为什么出现内存泄漏。内存的泄漏可以分配两类：

  • definitely lost:程序出现内存泄漏，必须修复。
  • probably lost:程序出现内存泄漏，只有在开发者使用指针做一些事情时才会发生。

Memcheck对未初始化变量，同样会有错误提示，通常提示信息为Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)。这类错误的roo cause比较难发现，使用--track-origins=yes来获取更多信息。 该选项虽会使Memcheck运行更慢但额外信息会使开发者更容易的找到未初始化变量的位置。

Valgrind 内存错误类型

  • Illegal read/Illegal write errors
  • Use of Uninitialised values
  • Use of uninitialised or unaddressable values in system calls
  • Illegal frees
  • When a heap block is freed with an inappropriate deallocation function
  • Overlapping source and destination blocks
  • Fishy argument values
  • Memory leak detection

Valgrind 学习参考

Valgrind_mannual