嵌入式相關(guān)的動(dòng)態(tài)檢測工具Valgrind簡介

Valgrind簡介

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，用來檢測程序中出現(xiàn)的內(nèi)存問題。它能檢測如下問題：

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；

對堆棧的非法訪問；

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

它主要用來檢查多線程程序中出現(xiàn)的競爭問題。Helgrind尋找內(nèi)存中被多個(gè)線程訪問，而又沒有一貫加鎖的區(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” 的競爭檢測算法，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中的一級緩存I1,D1和L2二級緩存，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)。這對優(yōu)化程序有很大的幫助。

Massif工具

堆棧分析器，它能測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的安裝方式很簡單。我們首先查看一下我們的系統(tǒng)中有沒有Valgrind：

顯然，我們這里的系統(tǒng)中沒有Valgrind，按提示輸入如下命令安裝即可：

sudoaptinstallvalgrind

另外，也可以通過下載源碼編譯、安裝。

源碼地址：

?

http://valgrind.org/

?

下載源碼的命令：

wgethttp://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)存越界問題的demo進(jìn)行測試。為了方便，我們使用官方提供的一個(gè)經(jīng)典的測試demo：

「valgrind_test.c：」

#include

voidf(void)
{
int*x=malloc(10*sizeof(int));
x[10]=0;//problem1:heapblockoverrun
}//problem2:memoryleak--xnotfreed

intmain(void)
{
f();
return0;
}

這份代碼存在兩個(gè)問題：

使用超出malloc分配的內(nèi)存。

內(nèi)存泄漏。

下面一起來使用valgrind的Memcheck工具來檢測這份程序。

首先，我們使用-g編譯程序以包含調(diào)試信息，以便Memcheck的錯(cuò)誤消息包含確切的行號。

gcc-gvalgrind_test.c-ovalgrind_test

使用valgrind檢測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)存泄漏檢測器。

我們執(zhí)行檢測工具之后的結(jié)果如：

==7407==Memcheck,amemoryerrordetector
==7407==Copyright(C)2002-2017,andGNUGPL'd,byJulianSewardetal.
==7407==UsingValgrind-3.13.0andLibVEX;rerunwith-hforcopyrightinfo
==7407==Command:./valgrind_test
==7407==
==7407==Invalidwriteofsize4
==7407==at0x108668:f(valgrind_test.c:6)
==7407==by0x108679:main(valgrind_test.c:11)
==7407==Address0x522d068is0bytesafterablockofsize40alloc'd
==7407==at0x4C2FB0F:malloc(in/usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==7407==by0x10865B:f(valgrind_test.c:5)
==7407==by0x108679:main(valgrind_test.c:11)
==7407==
==7407==
==7407==HEAPSUMMARY:
==7407==inuseatexit:40bytesin1blocks
==7407==totalheapusage:1allocs,0frees,40bytesallocated
==7407==
==7407==40bytesin1blocksaredefinitelylostinlossrecord1of1
==7407==at0x4C2FB0F:malloc(in/usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==7407==by0x10865B:f(valgrind_test.c:5)
==7407==by0x108679:main(valgrind_test.c:11)
==7407==
==7407==LEAKSUMMARY:
==7407==definitelylost:40bytesin1blocks
==7407==indirectlylost:0bytesin0blocks
==7407==possiblylost:0bytesin0blocks
==7407==stillreachable:0bytesin0blocks
==7407==suppressed:0bytesin0blocks
==7407==
==7407==Forcountsofdetectedandsuppressederrors,rerunwith:-v
==7407==ERRORSUMMARY:2errorsfrom2contexts(suppressed:0from0)

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效地寫入了4個(gè)字節(jié)，并且提示了可能出現(xiàn)問題的代碼行數(shù)。堆棧跟蹤告訴我們調(diào)用了一次malloc申請內(nèi)存，但并沒有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。

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）

其中，明確的泄漏必須要進(jìn)行修復(fù)。

以上就是關(guān)于valgrind最常用的Memcheck工具的簡單使用介紹，使用Memcheck工具有時(shí)候我們可以很清楚地檢測出程序存在的一些隱患。其它工具今后有用到的話再做分享，大家感興趣的話可以自行去研究學(xué)習(xí)。

Valgrind交叉編譯

1、下載valgrind源碼包：

wgethttp://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-gnueabihfCC=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-gccCXX=/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，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命令來查看支持的配置：

下面我們依次來分析上面那個(gè)很長的命令：

--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。

這時(shí)候已經(jīng)生成了Makefile文件：

編譯、安裝：

make
makeinstall

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:failedtostarttool‘memcheck’forplatform‘a(chǎn)rm-linux’:Nosuchfileordirectory”

這是因?yàn)関algrind需要依賴其動(dòng)態(tài)庫，而沒有找到動(dòng)態(tài)庫。因?yàn)槭桥R時(shí)測試，在valgrind_test路徑輸入如下命令進(jìn)行設(shè)置：

exportVALGRIND_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。

審核編輯：湯梓紅