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使用valgrind分析C程序调用线路图

编程日记 2024-12-01 20:40:00

Valgrind可以检测内存泄漏和内存违例，但是用Valgrind生成的日志信息结合kcachegrind就可以查看C程序的执行线路图，调用时间，是做性能优化和查看代码的非常好的工具。

1.下载安装

Valgrind 安装

到www.valgrind.org下载最新版valgrind

# wget http://www.valgrind.org/downloads/valgrind-3.9.0.tar.bz2
# tar -xvf valgrind-3.9.0.tar.bz2
# cd valgrind-3.9.0
# ./configure
# make && make install

2.Valgrind说明
Valgrind的使用非常简单，valgrind命令的格式如下：
valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog options]
一些常用的选项如下：
选项
作用
-h --help
显示帮助信息。
--version
显示valgrind内核的版本，每个工具都有各自的版本。
-q --quiet
安静地运行，只打印错误信息。
-v --verbose
打印更详细的信息。
--tool= [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。
--db-attach= [default: no]
绑定到调试器上，便于调试错误。

3.使用Valgrind分析Nginx

这是正常的Nginx的启动命令

#/usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

使用Valgrind的callgrind来分析一下程序的效率

# valgrind --tool=callgrind /usr/local/nginx/sbin/nginx -c /usr/local/nginx/conf/nginx.conf

按Ctrl+C结束，在valgrind安装目录生成callgrind.out.2026文件

4.kcachegrind图形化显示

使用kcachegrind工具打开，右键导出图片

1).总览图

可以右键调整图形

2).程序模块执行百分比图

3).程序模块调用关系图

# valgrind --tool=callgrind /etc/init.d/php-fpm

PHP-FPM分析图

更复杂了

5.Valgrind工具
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在这里帮上了大忙。

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。比起Cachegrind而言Callgrind更有用。Callgrind在Cachegrind基础上实现，可以可视化展示函数调用关系，以及每个函数在整个进程运行过程中所占的成本

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。
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。

6.Valgrind分析内存泄漏

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void f(void) 
{ 
int* x = malloc(10 * sizeof(int)); 
x[10] = 0; // problem 1: heap block overrun 
} // problem 2: memory leak -- x not freed 
int main(void) 
{ 
int i=0; 
f(); 
printf("i=%d/n",i); //problem 3: use uninitialised value. 
return 0; 
}

保存为memleak.c并编译，然后用valgrind检测。
# cc -Wall -o memleak memleak.c
# valgrind --tool=memcheck ./memleak

前面的2405是程序运行时的进程号。第一行是告诉我们错误类型，这里是非法写入。下面的是告诉我们错误发生的位置，在main()调用的f()函数中。
在程序运行结束后，valgrind还给出了一个小的总结SUMMARY.我们可以很清楚地看出，分配和释放了多少内存，有多少内存泄漏。这对我们查找内存泄漏十分方便.

重新编译程序并绑定调试器：
# gcc -Wall -ggdb -o memleak memleak.c
# valgrind --db-attach=yes --tool=memcheck ./memleak
一出现错误，valgrind会自动启动调试器（一般是gdb）：

# valgrind --tool=cachegrind ./memleak

上面的是指令缓存，I1和L2i缓存，的访问信息，包括总的访问次数，丢失次数，丢失率。
中间的是数据缓存，D1和L2d缓存，的访问的相关信息，下面的L2缓存单独的信息。Cachegrind也生成一个文件，名为cachegrind.out.pid，可以通过cg_annotate来读取。输出是一个更详细的列表。Massif的使用和cachegrind类似，不过它也会生成一个名为massif.pid.ps的PostScript文件，里面只有一幅描述堆栈使用状况的彩图。

参考：

php扩展xdebug安装以及用kcachegrind系统分析

用 kcachegrind 调优 squid 2.7 笔记

valgrind 简介与用法

https://www.dkcj.cn/info/29966.html

使用valgrind分析C程序调用线路图

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