Valgrind是运行在Linux上一套基于仿真技术的程序调试和分析工具，是公认的最接近Purify的产品，它包含一个内核——一个软件合成的CPU，和一系列的小工具，每个工具都可以完成一项任务——调试，分析，或测试等。Valgrind可以检测内存泄漏和内存越界，还可以分析cache的使用等，灵活轻巧而又强大。
1.Valgrind概观
Valgrind的最新版是3.2.3，该版本包含下列工具：
1)memcheck：检查程序中的内存问题，如泄漏、越界、非法指针等。
2)callgrind：检测程序代码覆盖，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：
2.Valgrind工具详解
2.1 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。
2.2 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。
说明：这个工具我也没有用会，网上基本没有找到有指导性的文档，暂时留在后面慢慢研究吧。
2.3 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。
2.4 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。
2.5 Massif
堆栈分析器，它能测量程序在堆栈中使用了多少内存，告诉我们堆块，堆管理块和栈的大小。Massif能帮助我们减少内存的使用，在带有虚拟内存的现代系统中，它还能够加速我们程序的运行，减少程序停留在交换区中的几率。Massif对内存的分配和释放做profile。程序开发者通过它可以深入了解程序的内存使用行为，从而对内存使用进行优化。这个功能对C++尤其有用，因为C++有很多隐藏的内存分配和释放。
此外，lackey和nulgrind也会提供。Lackey是小型工具，很少用到；Nulgrind只是为开发者展示如何创建一个工具。我们就不做介绍了。
3.使用Valgrind
Valgrind使用起来非常简单，你甚至不需要重新编译你的程序就可以用它。当然如果要达到最好的效果，获得最准确的信息，还是需要按要求重新编译一下的。比如在使用memcheck的时候，最好关闭优化选项。
valgrind命令的格式如下：
valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog options]
一些常用的选项如下：
|
选项 |
作用 |
|
-h --help |
显示帮助信息。 |
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--version |
显示valgrind内核的版本，每个工具都有各自的版本。 |
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-q --quiet |
安静地运行，只打印错误信息。 |
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-v --verbose |
打印更详细的信息。 |
|
--tool=<toolname> [default: memcheck] |
最常用的选项。运行valgrind中名为toolname的工具。如果省略工具名，默认运行memcheck。 |
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--db-attach=<yes|no> [default: no] |
绑定到调试器上，便于调试错误。 |
3.1 检测内存泄漏
示例代码如下：
1 #include <stdlib.h> 2 3 #include <stdio.h> 4 5 int main(void) 6 7 { 8 9 char *ptr; 10 11 ptr = (char *)malloc(10); 12 13 return 0; 14 15 }
保存为memleak.c并编译，然后用valgrind检测。
1 $ gcc -o memleak memleak.c
（valgrind和purify最大的不同在于：valgrind只接管程序执行的过程，编译时不需要valgrind干预，而purify会干预程序编译过程）
1 $ valgrind --tool=memcheck ./memleak
我们得到如下错误信息：
1 [konten@tencent test_valgrind]$ valgrind ./memleak 2 3 ==29646== Memcheck, a memory error detector. 4 5 ==29646== Copyright (C) 2002-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. 6 7 ==29646== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation. 8 9 ==29646== Copyright (C) 2004-2007, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP. 10 11 ==29646== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework. 12 13 ==29646== Copyright (C) 2000-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. 14 15 ==29646== For more details, rerun with: -v 16 17 ==29646== 18 19 ==29646== 20 21 ==29646== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 15 from 1) 22 23 ==29646== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks. //指示在程序退出时，还有多少内存没有释放。 24 25 ==29646== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated. // 指示该执行过程malloc和free调用的次数。 26 27 ==29646== For counts of detected errors, rerun with: -v // 提示如果要更详细的信息，用-v选项。 28 29 ==29646== searching for pointers to 1 not-freed blocks. 30 31 ==29646== checked 56,164 bytes. 32 33 ==29646== 34 35 ==29646== LEAK SUMMARY: 36 37 ==29646== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks. 38 39 ==29646== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks. 40 41 ==29646== still reachable: 0 bytes in 0 blocks. 42 43 ==29646== suppressed: 0 bytes in 0 blocks. 44 45 ==29646== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory. 46 47 [konten@tencent test_valgrind]$
以上结果中，红色的是手工添加的说明信息，其他是valgrind的输出。可以看到，如果我们仅仅用默认方式执行，valgrind只报告内存泄漏，但没有显示具体代码中泄漏的地方。
因此我们需要使用 “--leak-check=full”选项启动 valgrind，我们再执行一次：
1 [konten@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./memleak 2 3 ==29661== Memcheck, a memory error detector. 4 5 ==29661== Copyright (C) 2002-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. 6 7 ==29661== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation. 8 9 ==29661== Copyright (C) 2004-2007, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP. 10 11 ==29661== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework. 12 13 ==29661== Copyright (C) 2000-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. 14 15 ==29661== For more details, rerun with: -v 16 17 ==29661== 18 19 ==29661== 20 21 ==29661== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 15 from 1) 22 23 ==29661== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks. 24 25 ==29661== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated. 26 27 ==29661== For counts of detected errors, rerun with: -v 28 29 ==29661== searching for pointers to 1 not-freed blocks. 30 31 ==29661== checked 56,164 bytes. 32 33 ==29661== 34 35 ==29661== 10 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1 36 37 ==29661== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149) 38 39 ==29661== by 0x804835D: main (memleak.c:6) 40 41 ==29661== 42 43 ==29661== LEAK SUMMARY: 44 45 ==29661== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks. 46 47 ==29661== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks. 48 49 ==29661== still reachable: 0 bytes in 0 blocks. 50 51 ==29661== suppressed: 0 bytes in 0 blocks. 52 53 [konten@tencent test_valgrind]$
和上次的执行结果基本相同，只是多了上面蓝色的部分，指明了代码中出现泄漏的具体位置。
以上就是用valgrind检查内存泄漏的方法，用到的例子比较简单，复杂的代码最后结果也都一样。
3.2 其他内存问题
我们下面的例子中包括常见的几类内存问题：堆中的内存越界、踩内存、栈中的内存越界、非法指针使用、重复free。
1 #include <stdlib.h> 2 #include <stdio.h> 3 int main(void) 4 { 5 char *ptr = malloc(10); 6 ptr[12] = 'a'; // 内存越界 7 8 memcpy(ptr +1, ptr, 5); // 踩内存 9 10 char a[10]; 11 a[12] = 'i'; // 数组越界 12 13 free(ptr); // 重复释放 14 free(ptr); 15 char *p1; 16 *p1 = '1'; // 非法指针 17 18 return 0; 19 }
编译：
1 gcc -o invalidptr invalidptr.c -g
执行：
1 valgrind --leak-check=full ./invalidptr
结果如下：
1 [konten@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./invalidptr 2 3 ==29776== Memcheck, a memory error detector. 4 5 ==29776== Copyright (C) 2002-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. 6 7 ==29776== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation. 8 9 ==29776== Copyright (C) 2004-2007, and GNU GPL'd, by OpenWorks LLP. 10 11 ==29776== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework. 12 13 ==29776== Copyright (C) 2000-2007, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al. 14 15 ==29776== For more details, rerun with: -v 16 17 ==29776== 18 19 ==29776== Invalid write of size 1 //堆内存越界被查出来 20 21 ==29776== at 0x80483D2: main (invalidptr.c:7) 22 23 ==29776== Address 0x4159034 is 2 bytes after a block of size 10 alloc'd 24 25 ==29776== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149) 26 27 ==29776== by 0x80483C5: main (invalidptr.c:6) 28 29 ==29776== 30 31 ==29776== Source and destination overlap in memcpy(0x4159029, 0x4159028, 5) //踩内存 32 33 ==29776== at 0x401C96D: memcpy (mc_replace_strmem.c:116) 34 35 ==29776== by 0x80483E6: main (invalidptr.c:9) 36 37 ==29776== 38 39 ==29776== Invalid free() / delete / delete[] //重复释放 40 41 ==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233) 42 43 ==29776== by 0x8048406: main (invalidptr.c:16) 44 45 ==29776== Address 0x4159028 is 0 bytes inside a block of size 10 free'd 46 47 ==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233) 48 49 ==29776== by 0x80483F8: main (invalidptr.c:15) 50 51 ==29776== 52 53 ==29776== Use of uninitialised value of size 4 54 55 ==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19) 56 57 ==29776== //非法指针，导致coredump 58 59 ==29776== Process terminating with default action of signal 11 (SIGSEGV): dumping core 60 61 ==29776== Bad permissions for mapped region at address 0x80482AD 62 63 ==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19) 64 65 ==29776== 66 67 ==29776== ERROR SUMMARY: 4 errors from 4 contexts (suppressed: 15 from 1) 68 69 ==29776== malloc/free: in use at exit: 0 bytes in 0 blocks. 70 71 ==29776== malloc/free: 1 allocs, 2 frees, 10 bytes allocated. 72 73 ==29776== For counts of detected errors, rerun with: -v 74 75 ==29776== All heap blocks were freed -- no leaks are possible. 76 77 Segmentation fault 78 79 [konten@tencent test_valgrind]$
从上面的结果看出，除了栈内存越界外，其他常见的内存问题都可以用valgrind简单的查出来。
3.3 显示代码覆盖
用callgrind工具能方便的显示程序执行的代码覆盖情况。
看如下例子：
3.4 显示线程竞态条件 <该版本暂不支持>
用helgrind工具可以在多线程代码中找到可能产生竞态条件的地方。
4.memcheck 工具的常用选型
4.1 leak-check
--leak-check=<no|summary|yes|full> [default: summary]
用于控制内存泄漏检测力度。
no，不检测内存泄漏；
summary，仅报告总共泄漏的数量，不报告具体泄漏位置；
yes/full，报告泄漏总数、泄漏的具体位置
4.2 show-reachable
--show-reachable=<yes|no> [default: no]
用于控制是否检测控制范围之外的泄漏，比如全局指针、static指针等。
1 #include <stdlib.h> 2 #include <stdio.h> 3 //char *gptr = NULL; 4 5 int main(void) 6 { 7 gptr = (char *)malloc(10); 8 9 return 0; 10 }
对应以上代码，若--show-reachable为no，则valgrind不报告内存泄漏，否则会报告。
4.3 undef-value-errors
--undef-value-errors=<yes|no> [default: yes]
用于控制是否检测代码中使用未初始化变量的情况。
对应以下代码：
1 int a; 2 printf("a = %d \n", a);
若 --undef-value-errors＝no，则valgrind不报告错误，否则报告“Use of uninitialised value ...”的错误。
4.4 其他选项
1 --log-file=filename 将结果输出到文件。 2 --log-socket=192.168.0.1:12345 输出到网络。 3 --trace-children=<yes|no> [default: no] 4 --track-fds=<yes|no> [default: no] 5 --log-fd=<number> [default: 2, stderr] 6 --xml=<yes|no> [default: no] 7 --num-callers=<number> [default: 12] 8 --show-below-main=<yes|no> [default: no]
5.Valgrind的编译安装
5.1 下载源代码
下载地址http://valgrind.org/downloads/current.html#current ，截止目前为止，最新版本是3.2.3
5.2 编译
编译，在源代码目录下执行：
1 ./configure --prefix=[你自己的安装目录] 2 make;make install
便好了。
5.3 配置缺省选项
valgrind提供3种方式用于设置缺省选项：
a、~/.valgrindrc文件；
b、环境变量$VALGRIND_OPTS；
c、当前目录下的.valgrindrc文件；
优先顺序为 a、b、c
.valgrindrc的格式为：
1 --ToolName:OptionName=OptionVal
如：
1 --memcheck:leak-check=yes 2 --memcheck:show-reachable=yes
