浅谈数值计算程序开发中性能分析的重要性--valgrind工具使用简介及可恶的std::pow
序
最近一直在做NS方程DG方法实现，写完了程序发现有些时候跑起来出乎意料地慢，我百思不得其解。决定用程序性能分析工具寻找下原因，最后发现原来有个指数计算的地方我用了std::pow这个函数，再加上又用了AD计算导数，导致程序运行百分之九十多的时间都在调用这个函数。而对于正常计算来说，这个地方基本不占用时间。最后，pow函数被替换掉之后发现程序运行时间大大降低，原来运行20min的算例，现在不到2min就能完成。由此可见，很多时候直接使用库函数固然方便，但是考虑到效率问题，使用之前还是要慎重。
关于Valgrind
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，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违例，还可以分析cache的使用等，灵活轻巧而又强大，能直穿程序错误的心脏，真可谓是程序员的瑞士军刀。
一、简介
1.Memcheck
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：
*. 对未初始化内存的使用；
*. 读/写释放后的内存块；
*. 读/写超出malloc分配的内存块；
*. 读/写不适当的栈中内存块；
*. 内存泄漏，指向一块内存的指针永远丢失；
*. 不正确的malloc/free或new/delete匹配；
*. memcpy()相关函数中的dst和src指针重叠。
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。
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。
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。
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。
二、 Valgrind使用方法
Valgrind的使用非常简单，valgrind命令的格式如下：
valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog options]
一些常用的选项
| 选项 | 作用 |
|---|---|
| -h or - -help | 显示帮助信息 |
| - -version | 显示valgrind内核版本 |
| -q or - -quiet | 只输出错误信息 |
| -v or - -verbose | 输出更详细的信息 |
| - -tool=[default: memcheck] | 运行valgrind中名为toolname的工具。如果省略工具名，默认运行memcheck |
| - -db-attach= [default: no] | 绑定到调试器上，便于调试错误 |
三、valgrind中callgrind的使用
总结起来讲用callgrind分析代码只需要三步：
- 编译程序时最好添加debug符号，便于生成
call-graph- 以命令
valgrind --tool=callgrind ./programname运行程序生成分析数据文件- 用可视化工具，诸如
KCachegrind分析上一步生成的数据文件。
一个可视化后的例子如图，在右下角的视图中可以看到函数间的调用关系和相应的比例
