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文档简介
Linux下利用Valgrind工具进行内存泄露检测和性能分析日期:2012-06-25 来源:Linux社区 作者:yanghao23 Valgrind通常用来成分析程序性能及程序中的内存泄露错误一 Valgrind工具集简绍Valgrind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:检测程序代码的运行时间和调用过程,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:这几个工具的使用是通过命令:valgrand -tool=name 程序名来分别调用的,当不指定tool参数时默认是 -tool=memcheck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。例如:#include #include #include void test() int *ptr = malloc(sizeof(int)*10); ptr10 = 7; / 内存越界 memcpy(ptr +1, ptr, 5); / 踩内存 free(ptr); free(ptr);/ 重复释放 int *p1; *p1 = 1; / 非法指针 int main(void) test(); return 0; 将程序编译生成可执行文件后执行:valgrind -leak-check=full ./程序名 输出结果如下:=4832= Memcheck, a memory error detector =4832= Copyright (C) 2002-2010, and GNU GPLd, by Julian Seward et al. =4832= Using Valgrind-3.6.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info =4832= Command: ./tmp =4832= =4832= Invalid write of size 4 / 内存越界 =4832= at 0x804843F: test (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= by 0x804848D: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= Address 0x41a6050 is 0 bytes after a block of size 40 allocd =4832= at 0x4026864: malloc (vg_replace_malloc.c:236) =4832= by 0x8048435: test (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= by 0x804848D: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= =4832= Source and destination overlap in memcpy(0x41a602c, 0x41a6028, 5) / 踩内存 =4832= at 0x4027BD6: memcpy (mc_replace_strmem.c:635) =4832= by 0x8048461: test (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= by 0x804848D: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= =4832= Invalid free() / delete / delete / 重复释放 =4832= at 0x4025BF0: free (vg_replace_malloc.c:366) =4832= by 0x8048477: test (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= by 0x804848D: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= Address 0x41a6028 is 0 bytes inside a block of size 40 freed =4832= at 0x4025BF0: free (vg_replace_malloc.c:366) =4832= by 0x804846C: test (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= by 0x804848D: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= =4832= Use of uninitialised value of size 4 / 非法指针 =4832= at 0x804847B: test (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= by 0x804848D: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= =4832= =4832= Process terminating with default action of signal 11 (SIGSEGV) /由于非法指针赋值导致的程序崩溃 =4832= Bad permissions for mapped region at address 0x419FFF4 =4832= at 0x804847B: test (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= by 0x804848D: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/tmp) =4832= =4832= HEAP SUMMARY: =4832= in use at exit: 0 bytes in 0 blocks =4832= total heap usage: 1 allocs, 2 frees, 40 bytes allocated =4832= =4832= All heap blocks were freed - no leaks are possible =4832= =4832= For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v =4832= Use -track-origins=yes to see where uninitialised values come from =4832= ERROR SUMMARY: 4 errors from 4 contexts (suppressed: 11 from 6) Segmentation fault 从valgrind的检测输出结果看,这几个错误都找了出来。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。生成可视化的图形需要下载gprof2dot:/svn/trunk/gprof2dot/gprof2dot.py这是个python脚本,把它下载之后修改其权限chmod +7 gprof2dot.py ,并把这个脚本添加到$PATH路径中的任一文件夹下,我是将它放到了/usr/bin目录下,这样就可以直接在终端下执行gprof2dot.py了。Callgrind可以生成程序性能分析的图形,首先来说说程序性能分析的工具吧,通常可以使用gnu自带的gprof,它的使用方法是:在编译程序时添加-pg参数,例如:#include #include void test() sleep(1); void f() int i; for( i = 0; i 5; i +) test(); int main() f(); printf(process is over!n); return 0; 首先执行 gcc -pg -o tmp tmp.c,然后运行该程序./tmp,程序运行完成后会在当前目录下生成gmon.out文件(这个文件gprof在分析程序时需要),再执行gprof ./tmp | gprof2dot.py |dot -Tpng -o report.png,打开report.png结果: 显示test被调用了5次,程序中耗时所占百分比最多的是test函数。再来看 Callgrind的生成调用图过程吧,执行:valgrind -tool=callgrind ./tmp,执行完成后在目录下生成callgrind.out.XXX的文件这是分析文件,可以直接利用:callgrind_annotate callgrind.out.XXX 打印结果,也可以使用:gprof2dot.py -f callgrind callgrind.out.XXX |dot -Tpng -o report.png 来生成图形化结果:它生成的结果非常详细,甚至连函数入口,及库函数调用都标识出来了。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。它的使用方法也是:valgrind -tool=cachegrind 程序名,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。首先举一个竞态的例子吧:#include #include #define NLOOP 50 int counter = 0; /* incremented by threads */ void *threadfn(void *); int main(int argc, char *argv) pthread_t tid1, tid2,tid3; pthread_create(&tid1, NULL, &threadfn, NULL); pthread_create(&tid2, NULL, &threadfn, NULL); pthread_create(&tid3, NULL, &threadfn, NULL); /* wait for both threads to terminate */ pthread_join(tid1, NULL); pthread_join(tid2, NULL); pthread_join(tid3, NULL); return 0; void *threadfn(void *vptr) int i, val; for (i = 0; i NLOOP; i+) val = counter; printf(%x: %d n, (unsigned int)pthread_self(), val+1); counter = val+1; return NULL; 这段程序的竞态在3032行,我们想要的效果是3个线程分别对全局变量累加50次,最后全局变量的值为150,由于这里没有加锁,很明显竞态使得程序不能达到我们的目标。我们来看Helgrind是如何帮我们检测到竞态的。先编译程序:gcc -o test thread.c -lpthread ,然后执行:valgrind -tool=helgrind ./test 输出结果如下: 49c0b70: 1 49c0b70: 2 =4666= Thread #3 was created=4666= at 0x412E9D8: clone (clone.S:111)=4666= by 0x40494B5: pthread_createGLIBC_2.1 (createthread.c:256)=4666= by 0x4026E2D: pthread_create_WRK (hg_intercepts.c:257)=4666= by 0x4026F8B: pthread_create* (hg_intercepts.c:288)=4666= by 0x8048524: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/a.out)=4666= =4666= Thread #2 was created=4666= at 0x412E9D8: clone (clone.S:111)=4666= by 0x40494B5: pthread_createGLIBC_2.1 (createthread.c:256)=4666= by 0x4026E2D: pthread_create_WRK (hg_intercepts.c:257)=4666= by 0x4026F8B: pthread_create* (hg_intercepts.c:288)=4666= by 0x8048500: main (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/a.out)=4666= =4666= Possible data race during read of size 4 at 0x804a028 by thread #3=4666= at 0x804859C: threadfn (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/a.out)=4666= by 0x4026F60: mythread_wrapper (hg_intercepts.c:221)=4666= by 0x4048E98: start_thread (pthread_create.c:304)=4666= by 0x412E9ED: clone (clone.S:130)=4666= This conflicts with a previous write of size 4 by thread #2=4666= at 0x80485CA: threadfn (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/a.out)=4666= by 0x4026F60: mythread_wrapper (hg_intercepts.c:221)=4666= by 0x4048E98: start_thread (pthread_create.c:304)=4666= by 0x412E9ED: clone (clone.S:130)=4666= =4666= Possible data race during write of size 4 at 0x804a028 by thread #2=4666= at 0x80485CA: threadfn (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/a.out)=4666= by 0x4026F60: mythread_wrapper (hg_intercepts.c:221)=4666= by 0x4048E98: start_thread (pthread_create.c:304)=4666= by 0x412E9ED: clone (clone.S:130)=4666= This conflicts with a previous read of size 4 by thread #3=4666= at 0x804859C: threadfn (in /home/yanghao/Desktop/testC/testmem/a.out)=4666= by 0x4026F60: mythread_wrapper (hg_intercepts.c:221)=4666= by 0x4048E98: start_thread (pthread_create.c:304)=4666= by 0x412E9ED: clone (clone.S:130)=4666= 49c0b70: 3 .55c1b70: 51 =4666= =4666= For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v=4666= Use -history-level=approx or =none to gain increased speed, at=4666
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