valgrind内存检查工具

推荐一个程序，这几天用C语言写了一个程序，跑的数据量小的时候没有什么问题，
当数据量比较大时，总是报错，提示的错误大概是：
＊＊＊glibc detected*** ... :munmap_chunk(): invalid pointer: 0x08...
在网上google了一下，也有很多人遇到了这个问题，好像是内存和堆栈分配的问题，程
序存在内存泄露。
然后就搜所到了这个比较强大的工具：valgrind。
    

    
用C/C++开发其中最令人头疼的一个问题就是内存管理，有时候为了查找一个内存泄漏或
者一个内存访问越界，需要要花上好几天时间，如果有一款工具能够帮助我们做这件事
情就好了，valgrind正好就是这样的一款工具。

Valgrind是一款基于模拟linux下的程序调试器和剖析器的软件套件，可以运行于x86,
amd64和ppc32架构上。valgrind包含一个核心，它提供一个虚拟的CPU运行程序，还有一
系列的工具，它们完成调试，剖析和一些类似的任务。valgrind是高度模块化的，所以
开发人员或者用户可以给它添加新的工具而不会损坏己有的结构。

valgrind的官方网址是：http://valgrind.org 

你可以在它的网站上下载到最新的valgrind，它是开放源码和免费的。

一、介绍

valgrind包含几个标准的工具，它们是：

1、memcheck

memcheck探测程序中内存管理存在的问题。它检查所有对内存的读/写操作，并截取所有
的malloc/new/free/delete调用。因此memcheck工具能够探测到以下问题：

1）使用未初始化的内存

2）读/写已经被释放的内存

3）读/写内存越界

4）读/写不恰当的内存栈空间

5）内存泄漏

6）使用malloc/new/new[]和free/delete/delete[]不匹配。

2、cachegrind

cachegrind是一个cache剖析器。它模拟执行CPU中的L1, D1和L2 cache，因此它能很精
确的指出代码中的cache未命中。如果你需要，它可以打印出cache未命中的次数，内存
引用和发生cache未命中的每一行代码，每一个函数，每一个模块和整个程序的摘要。如
果你要求更细致的信息，它可以打印出每一行机器码的未命中次数。在x86和amd64上，
cachegrind通过CPUID自动探测机器的cache配置，所以在多数情况下它不再需要更多的
配置信息了。

3、helgrind

helgrind查找多线程程序中的竞争数据。helgrind查找内存地址，那些被多于一条线程
访问的内存地址，但是没有使用一致的锁就会被查出。这表示这些地址在多线程间访问
的时候没有进行同步，很可能会引起很难查找的时序问题。

二、valgrind对你的程序都做了些什么

valgrind被设计成非侵入式的，它直接工作于可执行文件上，因此在检查前不需要重新
编译、连接和修改你的程序。要检查一个程序很简单，只需要执行下面的命令就可以了

valgrind --tool=tool_name program_name

比如我们要对ls -l命令做内存检查，只需要执行下面的命令就可以了

valgrind --tool=memcheck ls -l

不管是使用哪个工具，valgrind在开始之前总会先取得对你的程序的控制权，从可执行
关联库里读取调试信息。然后在valgrind核心提供的虚拟CPU上运行程序，valgrind会根
据选择的工具来处理代码，该工具会向代码中加入检测代码，并把这些代码作为最终代
码返回给valgrind核心，最后valgrind核心运行这些代码。

如果要检查内存泄漏，只需要增加--leak-check=yes就可以了，命令如下

valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes ls -l

不同工具间加入的代码变化非常的大。在每个作用域的末尾，memcheck加入代码检查每
一片内存的访问和进行值计算，代码大小至少增加12倍，运行速度要比平时慢25到50倍。

valgrind模拟程序中的每一条指令执行，因此，检查工具和剖析工具不仅仅是对你的应
用程序，还有对共享库，GNU C库，X的客户端库都起作用。

三、现在开始

首先，在编译程序的时候打开调试模式（gcc编译器的-g选项）。如果没有调试信息，即
使最好的valgrind工具也将中能够猜测特定的代码是属于哪一个函数。打开调试选项进
行编译后再用valgrind检查，valgrind将会给你的个详细的报告，比如哪一行代码出现
了内存泄漏。

当检查的是C++程序的时候，还应该考虑另一个选项 -fno-inline。它使得函数调用链很
清晰，这样可以减少你在浏览大型C++程序时的混乱。比如在使用这个选项的时候，用
memcheck检查 openoffice就很容易。当然，你可能不会做这项工作，但是使用这一选项
使得valgrind生成更精确的错误报告和减少混乱。

一些编译优化选项(比如-O2或者更高的优化选项)，可能会使得memcheck提交错误的未初
始化报告，因此，为了使得valgrind的报告更精确，在编译的时候最好不要使用优化选项。

如果程序是通过脚本启动的，可以修改脚本里启动程序的代码，或者使用--trace-
children=yes选项来运行脚本。

下面是用memcheck检查ls -l命令的输出报告，在终端下执行下面的命令

valgrind --tool=memcheck ls -l

程序会打印出ls -l命令的结果，最后是valgrind的检查报告如下：

==4187==

==4187== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 19 from 2)

==4187== malloc/free: in use at exit: 15,154 bytes in 105 blocks.

==4187== malloc/free: 310 allocs, 205 frees, 60,093 bytes allocated.

==4187== For counts of detected errors, rerun with: -v

==4187== searching for pointers to 105 not-freed blocks.

==4187== checked 145,292 bytes.

==4187==

==4187== LEAK SUMMARY:

==4187== definitely lost: 0 bytes in 0 blocks.

==4187== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.

==4187== still reachable: 15,154 bytes in 105 blocks.

==4187== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.

==4187== Reachable blocks (those to which a pointer was found) are not shown.

==4187== To see them, rerun with: --show-reachable=yes

这里的“4187”指的是执行ls -l的进程ID，这有利于区别不同进程的报告。memcheck会给
出报告，分配置和释放了多少内存，有多少内存泄漏了，还有多少内存的访问是可达
的，检查了多少字节的内存。

下面举两个用valgrind做内存检查的例子

例子一 (test.c)：

#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *ptr;

    ptr = (char*) malloc(10);
    strcpy(ptr, "01234567890");

    return 0;
}

编译程序

gcc -g -o test test.c

用valgrind执行命令

valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes ./test

报告如下

==4270== Memcheck, a memory error detector.

==4270== Copyright (C) 2002-2006, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.

==4270== Using LibVEX rev 1606, a library for dynamic binary translation.

==4270== Copyright (C) 2004-2006, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP.

==4270== Using valgrind-3.2.0, a dynamic binary instrumentation framework.

==4270== Copyright (C) 2000-2006, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.

==4270== For more details, rerun with: -v

==4270==

==4270== Invalid write of size 1

==4270== at 0x4006190: strcpy (mc_replace_strmem.c:271)

==4270== by 0x80483DB: main (test.c:8)

==4270== Address 0x4023032 is 0 bytes after a block of size 10 alloc'd

==4270== at 0x40044F6: malloc (vg_replace_malloc.c:149)

==4270== by 0x80483C5: main (test.c:7)

==4270==

==4270== Invalid write of size 1

==4270== at 0x400619C: strcpy (mc_replace_strmem.c:271)

==4270== by 0x80483DB: main (test.c:8)

==4270== Address 0x4023033 is 1 bytes after a block of size 10 alloc'd

==4270== at 0x40044F6: malloc (vg_replace_malloc.c:149)

==4270== by 0x80483C5: main (test.c:7)

==4270==

==4270== ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 12 from 1)

==4270== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks.

==4270== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated.

==4270== For counts of detected errors, rerun with: -v

==4270== searching for pointers to 1 not-freed blocks.

==4270== checked 51,496 bytes.

==4270==

==4270==

==4270== 10 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1

==4270== at 0x40044F6: malloc (vg_replace_malloc.c:149)

==4270== by 0x80483C5: main (test.c:7)

==4270==

==4270== LEAK SUMMARY:

==4270== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks.

==4270== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.

==4270== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.

==4270== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.

==4270== Reachable blocks (those to which a pointer was found) are not shown.

==4270== To see them, rerun with: --show-reachable=yes

从这份报告可以看出，进程号是4270，test.c的第8行写内存越界了，引起写内存越界的
是strcpy函数，

第7行泄漏了10个字节的内存，引起内存泄漏的是malloc函数。

例子二（test2.c)

#include <stdio.h>

int foo(int x)
{
    if (x < 0) {
        printf("%d ", x);
    }

    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int x;
   
    foo(x);

    return 0;
}

编译程序

gcc -g -o test2 test2.c

用valgrind做内存检查

valgrind --tool=memcheck ./test2

输出报告如下

==4285== Memcheck, a memory error detector.

==4285== Copyright (C) 2002-2006, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.

==4285== Using LibVEX rev 1606, a library for dynamic binary translation.

==4285== Copyright (C) 2004-2006, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP.

==4285== Using valgrind-3.2.0, a dynamic binary instrumentation framework.

==4285== Copyright (C) 2000-2006, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.

==4285== For more details, rerun with: -v

==4285==

==4285== Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)

==4285== at 0x8048372: foo (test2.c:5)

==4285== by 0x80483B4: main (test2.c:16)

==4285==p p

==4285== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 12 from 1)

==4285== malloc/free: in use at exit: 0 bytes in 0 blocks.

==4285== malloc/free: 0 allocs, 0 frees, 0 bytes allocated.

==4285== For counts of detected errors, rerun with: -v

==4285== All heap blocks were freed -- no leaks are possible.

从这份报告可以看出进程PID是4285，test2.c文件的第16行调用了foo函数，在test2.c
文件的第5行foo函数使用了一个未初始化的变量。

valgrind还有很多使用选项，具体可以查看valgrind的man手册页和valgrind官方网站的
在线文档