Valgrind: Инструмент для отладки памяти и профилирования

Обзор

Valgrind предоставляет различные «инструменты» для анализа различных типов проблем. Наиболее широко используемым инструментом является «Memcheck», который обнаруживает ошибки памяти во время выполнения. Другие инструменты включают Cachegrind (профилирование кэша), Callgrind (профилирование вызовов функций), Helgrind/DRD (обнаружение ошибок потоков), Massif (профилирование кучи) и другие.

Основные функции

Valgrind предоставляет следующие основные функции:

Обнаружение утечек памяти (Memory Leak Detection)
Обнаружение некорректного доступа к памяти (Invalid Memory Access)
Обнаружение использования неинициализированных значений (Use of Uninitialised Values)
Обнаружение повреждения кучи (Heap Corruption)
Обнаружение состояний гонки потоков (Race Condition Detection)
Профилирование кэша ЦП и вызовов функций (CPU Cache & Call Profiling)

Установка

Valgrind не входит в стандартную комплектацию большинства дистрибутивов Linux, поэтому его необходимо устанавливать через менеджер пакетов.

Debian/Ubuntu

sudo apt update
sudo apt install valgrind

Установка с использованием менеджера пакетов APT.

RHEL/CentOS/Fedora

sudo yum install valgrind  # или sudo dnf install valgrind

Установка с использованием менеджера пакетов YUM или DNF.

Основные параметры

Valgrind используется с различными инструментами, каждый из которых имеет свои уникальные параметры. Здесь описаны параметры, которые в основном используются с инструментом Memcheck и являются общими.

Общие параметры

Параметры Memcheck

Сгенерированная команда:

Комбинируйте команды.

Описание:

`valgrind` Запускает команду.

Комбинируйте эти опции, чтобы виртуально выполнять команды с помощью ИИ.

Примеры использования

Различные примеры анализа программ с использованием Valgrind. В примерах предполагается использование исполняемого файла с именем `my_program`.

Базовая проверка ошибок памяти

valgrind ./my_program

Самый базовый способ использования для проверки ошибок памяти в `my_program`.

Детальная проверка утечек памяти

valgrind --leak-check=full --show-leak-kinds=all ./my_program

Подробно сообщает обо всех ошибках памяти, включая утечки, и отображает все типы утечек.

Отслеживание неинициализированных значений

valgrind --track-origins=yes ./my_program

Отслеживает и сообщает об источнике неинициализированных значений при их использовании.

Профилирование кэша с помощью Cachegrind

valgrind --tool=cachegrind ./my_program

Анализирует использование кэша ЦП для поиска узких мест в производительности. Результаты сохраняются в файле `cg.out.<pid>`.

Профилирование вызовов функций с помощью Callgrind

valgrind --tool=callgrind ./my_program

Анализирует количество вызовов функций и их стоимость. Результаты сохраняются в файле `callgrind.out.<pid>`.

Советы и предостережения

Советы по эффективному использованию Valgrind и моменты, на которые следует обратить внимание.

Включение отладочных символов

Чтобы Valgrind мог сообщать точные имена файлов и номера строк, при компиляции программы необходимо включить отладочные символы (например, использовать опцию `-g` в GCC/Clang).

Используйте опцию `-g` при компиляции: `gcc -g my_program.c -o my_program`

Накладные расходы на производительность

Valgrind выполняет программы в виртуальной машине, поэтому они работают значительно медленнее обычного (в 5-100 раз и более). Поэтому он может быть не подходящим для тестов, чувствительных к производительности, или для программ, работающих длительное время.

Увеличение времени выполнения: в 5-100 раз медленнее по сравнению с обычным выполнением
Будьте осторожны при анализе больших программ

Интерпретация вывода

Вывод Valgrind подробный, но поначалу может показаться сложным. Внимательно читайте сообщения об ошибках и трассировки стека, и в первую очередь сосредоточьтесь на решении проблем с сообщениями 'definitely lost' (явные утечки).

Анализ сообщений об ошибках и трассировок стека
Приоритет решения утечек типа 'definitely lost'

Использование других инструментов

Помимо Memcheck, существуют и другие инструменты, такие как Cachegrind, Callgrind, Massif и т.д., поэтому выбирайте подходящий инструмент в зависимости от ваших потребностей.

Анализ производительности: `cachegrind`, `callgrind`
Анализ использования кучи: `massif`
Проблемы с потоками: `helgrind`, `drd`