24.Linux下程序调试分析工具`Valgrind`

Linux下程序调试分析工具`Valgrind`

文章目录

Linux下程序调试分析工具`Valgrind`
- 1.基本介绍
- 2.下载编译安装
- `Valgrind C++`程序内存扫描示例
- - reference

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1.基本介绍

Valgrind是开源的Linux程序调试工具，可以用来自动检测程序中存在的内存管理，线程同步的问题，帮助开发人员提升代码调试的效率。

Valgrind还可以输出程序的Profile信息，方便开发者定位程序中的性能问题。

Valgrind是开源的Linux程序，开发者可以根据需要自行修改源码后编译。

Valgrind支持主流的Linux系统，包括x86/Linux, AMD64/Linux 和 PPC32/Linux。

Valgrind功能强大，是大型复杂程序调试和系统profile分析的必备工具。

Valgrind适用于各种程序，包括桌面应用，库文件，数据库，游戏，网络浏览器，网络服务器，分布式控制系统，虚拟现实框架，事物服务器，编译器，虚拟机，嵌入式软件等。

Valgrind直接于程序的二进制文件交互，因此支持分析任何语言所编写的程序，不过Valgrind工具主要是面向C/C++程序的，因为C/C++语言需要手动的管理内存，更容易出问题。

Valgrind 100%覆盖用户空间的代码。

Valgrind开发者社区也比较活跃，Valgrind也在不断推出新版本。截至当前，Valgrind的最新版本是20231031发布的valgrind-3.22.0。

2.下载编译安装

Valgrind官方没有发布二进制文件，需要开发者自己下载源码在对应的平台上编译。

1)下载源码

一种方式是下载*.tar.bz2源码压缩包

https://valgrind.org/downloads/current.html

解压:

tar -jxvf valgrind 3.22.0.tar.bz2

另一种方式是使用git下载

git clone https://sourceware.org/git/valgrind.git

下载后编译安装:

cd valgrind
./autogen.sh
./configure --prefix=[installation_dir]
make
make install

`Valgrind C++`程序内存扫描示例

示例C++程序：

// memory_leak.cpp
struct Foo {int *p_ = nullptr;Foo() {p_ = new int[10];}
};int main(int argc, char **argv)
{Foo foo;return 0;
}

以上非常简单的一段代码，在类Foo的构造函数中使用new操作符在堆上分配了内存，而在使用结束后并没有使用delete操作符释放。

使用g++的-g参数保留调试符号。

g++ memory_leak.cpp -g -o leak

使用gdb调试上面代码，发现可以正确执行:

gdb leak -tui
start
b 12
next
c

使用valgrind扫描这段代码生成的可执行文件leak，发现存在内存泄漏:

valgrind --leak-check=yes ./leak

输出为:

# ==291190== Memcheck, a memory error detector
# ==291190== Copyright (C) 2002-2022, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
# ==291190== Using Valgrind-3.22.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
# ==291190== Command: ./leak
# ==291190== 
# ==291190== 
# ==291190== HEAP SUMMARY:
# ==291190==     in use at exit: 40 bytes in 1 blocks
# ==291190==   total heap usage: 2 allocs, 1 frees, 73,768 bytes allocated
# ==291190== 
# ==291190== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
# ==291190==    at 0x483E617: operator new[](unsigned long) (vg_replace_malloc.c:725)
# ==291190==    by 0x401168: Foo::Foo() (valgrind.cpp:4)
# ==291190==    by 0x401140: main (valgrind.cpp:11)
# ==291190== 
# ==291190== LEAK SUMMARY:
# ==291190==    definitely lost: 40 bytes in 1 blocks
# ==291190==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
# ==291190==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
# ==291190==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks
# ==291190==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks
# ==291190== 
# ==291190== For lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s
# ==291190== ERROR SUMMARY: 1 errors from 1 contexts (suppressed: 0 from 0)

上面的报告中，292153是进程ID

在堆上分配了两块内存，Foo foo和new int[10],但是只释放了一块，40个字节的new int数组所占的内存并没有释放。因此，程序结束后发生了内存泄漏。

# ==291190== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
# ==291190==    at 0x483E617: operator new[](unsigned long) (vg_replace_malloc.c:725)
# ==291190==    by 0x401168: Foo::Foo() (valgrind.cpp:4)
# ==291190==    by 0x401140: main (valgrind.cpp:11)

上面的堆栈信息告诉我们程序是在哪里发生了内存泄漏。其中:

definitely lost意味着内存泄漏，必须修复。
probably lost程序可能发生了内存泄漏，除非开发者明确知道自己对指针的操作，否则应该修复。

修复上面问题最简单的就是在析构函数中添加delete操作

// memory_leak.cpp
struct Foo {int *p_ = nullptr;Foo() {p_ = new int[10];}~Foo() {delete[] p_;}
};int main(int argc, char **argv)
{Foo foo;return 0;
}

重新编译后，Valgrind的扫描结果为：

# ==292153== Memcheck, a memory error detector
# ==292153== Copyright (C) 2002-2022, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
# ==292153== Using Valgrind-3.22.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
# ==292153== Command: ./leak
# ==292153== 
# ==292153== 
# ==292153== HEAP SUMMARY:
# ==292153==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
# ==292153==   total heap usage: 2 allocs, 2 frees, 73,768 bytes allocated
# ==292153== 
# ==292153== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
# ==292153== 
# ==292153== For lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s
# ==292153== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)