【內存泄漏】Valgrind內存泄漏內存越界等檢測

時間 2020-02-09 標籤內存泄漏 valgrind 內存泄漏越界檢測

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便可即用linux

簡介程序員

Valgrind工具詳解算法

安裝數組

使用緩存

檢測內存泄漏網絡

其餘內存問題多線程

memcheck 工具的經常使用選型app

其餘選項socket

附錄其餘相似工具

便可即用

一、沒有安裝的先在程序運行的主機上安裝，安裝教程見：1.4安裝。

二、使用：

命令：

valgrind --leak-check=full --log-file=leak.log /proc/path/proc_name

參數說明:--leak-check=full 信息顯示具體泄漏位置

--log-file=leak.log 將檢測信息輸入到日誌leak.log中

/proc/path/proc_name 須要檢測的程序

三、報錯信息和說明：

==29646== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 15 from 1)

==29646== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks. //指示在程序退出時，還有多少內存沒有釋放。

==29646== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated. // 指示該執行過程malloc和free調用的次數。

==29646== For counts of detected errors, rerun with: -v // 提示若是要更詳細的信息，用-v選項。

==29646== searching for pointers to 1 not-freed blocks.

==29646== checked 56,164 bytes.

==29646==

==29646== LEAK SUMMARY:

==29646== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks. //肯定的內存泄露(Definitely lost)

==29646== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks. //可能的內存泄露(Possibly lost)

(發現了一個指向某塊內存中部的指針，而不是指向內存塊頭部。這種指針通常是原先指向內存塊頭部，後來移動到了內存塊的中部，還有可能該指針和該內存根本就沒有關係，檢測工具只是懷疑有內存泄漏)

==29646== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.// still reachable: 表示泄漏的內存在程序運行完的時候，仍舊有指針指向它，於是，這種內存在程序運行結束以前能夠釋放。通常狀況下valgrind不會報這種泄漏，除非使用了參數 --show-reachable=yes。

==29646== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.

==29646== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory.

==29661== 10 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1

==29661== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149)

==29661== by 0x804835D: main (memleak.c:6)

==29776== Invalid write of size 1 //堆內存越界被查出來（非法寫操做）

==29776== at 0x80483D2: main (invalidptr.c:7)

==29776== Address 0x4159034 is 2 bytes after a block of size 10 alloc'd

==29776== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149)

==29776== by 0x80483C5: main (invalidptr.c:6)

==29776==

==29776== Source and destination overlap in memcpy(0x4159029, 0x4159028, 5) //踩內存

==29776== at 0x401C96D: memcpy (mc_replace_strmem.c:116)

==29776== by 0x80483E6: main (invalidptr.c:9)

==29776==

==29776== Invalid free() / delete / delete[] //重複釋放

==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233)

==29776== by 0x8048406: main (invalidptr.c:16)

==29776== Address 0x4159028 is 0 bytes inside a block of size 10 free'd

==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233)

==29776== by 0x80483F8: main (invalidptr.c:15)

==29776==

==29776== Use of uninitialised value of size 4 //非法指針（size 4 ,32bit設備），致使coredump

==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19)

==29776==

==29776== Process terminating with default action of signal 11 (SIGSEGV): dumping core

==29776== Bad permissions for mapped region at address 0x80482AD

==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19)

==29776==

簡介

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-valgrind/index.html

Valgrind是運行在Linux上一套基於仿真技術的程序調試和分析工具，是公認的最接近Purify的產品，它包含一個內核——一個軟件合成的CPU，和一系列的小工具，每一個工具均可以完成一項任務——調試，分析，或測試等。Valgrind能夠檢測內存泄漏和內存越界，還能夠分析cache的使用等，靈活輕巧而又強大。

一 Valgrind概觀

Valgrind的最新版是3.2.3，該版本包含下列工具：

一、memcheck：檢查程序中的內存問題，如泄漏、越界、非法指針等。

二、callgrind：檢測程序代碼覆蓋，以及分析程序性能。

三、cachegrind：分析CPU的cache命中率、丟失率，用於進行代碼優化。

四、helgrind：用於檢查多線程程序的競態條件。

五、massif：堆棧分析器，指示程序中使用了多少堆內存等信息。

六、lackey：

七、nulgrind：

Valgrind工具詳解

1.Memcheck

最經常使用的工具，用來檢測程序中出現的內存問題，全部對內存的讀寫都會被檢測到，一切對malloc、free、new、delete的調用都會被捕獲。因此，它能檢測如下問題：

一、對未初始化內存的使用；

二、讀/寫釋放後的內存塊；

三、讀/寫超出malloc分配的內存塊；

四、讀/寫不適當的棧中內存塊；

五、內存泄漏，指向一塊內存的指針永遠丟失；

六、不正確的malloc/free或new/delete匹配；

七、memcpy()相關函數中的dst和src指針重疊。

這些問題每每是C/C++程序員最頭疼的問題，Memcheck能在這裏幫上大忙。

2.Callgrind

和gprof相似的分析工具，但它對程序的運行觀察更是入微，能給咱們提供更多的信息。和gprof不一樣，它不須要在編譯源代碼時附加特殊選項，但加上調試選項是推薦的。Callgrind收集程序運行時的一些數據，創建函數調用關係圖，還能夠有選擇地進行cache模擬。在運行結束時，它會把分析數據寫入一個文件。callgrind_annotate能夠把這個文件的內容轉化成可讀的形式。

說明：這個工具我也沒有用會，網上基本沒有找到有指導性的文檔，暫時留在後面慢慢研究吧。

3.Cachegrind

Cache分析器，它模擬CPU中的一級緩存I1，Dl和二級緩存，可以精確地指出程序中cache的丟失和命中。若是須要，它還可以爲咱們提供cache丟失次數，內存引用次數，以及每行代碼，每一個函數，每一個模塊，整個程序產生的指令數。這對優化程序有很大的幫助。

做一下廣告：valgrind自身利用該工具在過去幾個月內使性能提升了25%-30%。據早先報道，kde的開發team也對valgrind在提升kde性能方面的幫助表示感謝。

4.Helgrind

它主要用來檢查多線程程序中出現的競爭問題。Helgrind尋找內存中被多個線程訪問，而又沒有一向加鎖的區域，這些區域每每是線程之間失去同步的地方，並且會致使難以發掘的錯誤。Helgrind實現了名爲「Eraser」的競爭檢測算法，並作了進一步改進，減小了報告錯誤的次數。不過，Helgrind仍然處於實驗階段。

5. Massif

堆棧分析器，它能測量程序在堆棧中使用了多少內存，告訴咱們堆塊，堆管理塊和棧的大小。Massif能幫助咱們減小內存的使用，在帶有虛擬內存的現代系統中，它還可以加速咱們程序的運行，減小程序停留在交換區中的概率。

Massif對內存的分配和釋放作profile。程序開發者經過它能夠深刻了解程序的內存使用行爲，從而對內存使用進行優化。這個功能對C++尤爲有用，由於C++有不少隱藏的內存分配和釋放

此外，lackey和nulgrind也會提供。Lackey是小型工具，不多用到；Nulgrind只是爲開發者展現如何建立一個工具。咱們就不作介紹了。

安裝

valgrind下載：

http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.12.0.tar.bz2

valgrind安裝：

1. tar -jxvf valgrind-3.12.0.tar.bz2

2. cd valgrind-3.12.0

3. ./configure

4. make

5. make install

輸入valgrind–h顯示valgrind的參數及提示，說明安裝成

使用

Valgrind使用起來很是簡單，你甚至不須要從新編譯你的程序就能夠用它。固然若是要達到最好的效果，得到最準確的信息，仍是須要按要求從新編譯一下的。好比在使用memcheck的時候，最好關閉優化選項。

valgrind命令的格式以下：

valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog options]

一些經常使用的選項以下：

選項

做用

-h --help

顯示幫助信息。

--version

顯示valgrind內核的版本，每一個工具都有各自的版本。

-q --quiet

安靜地運行，只打印錯誤信息。

-v --verbose

打印更詳細的信息。

--tool=<toolname> [default: memcheck]

最經常使用的選項。運行valgrind中名爲toolname的工具。若是省略工具名，默認運行memcheck。

--db-attach=<yes|no> [default: no]

綁定到調試器上，便於調試錯誤。

檢測內存泄漏

示例代碼以下：

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

char *ptr;

ptr = (char *)malloc(10);

return 0;

}

保存爲memleak.c並編譯，而後用valgrind檢測。

$ gcc -o memleak memleak.c

（valgrind和purify最大的不一樣在於：valgrind只接管程序執行的過程，編譯時不須要valgrind干預，而purify會干預程序編譯過程）

$ valgrind --tool=memcheck ./memleak

咱們獲得以下錯誤信息：

[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind ./memleak

==29646== Memcheck, a memory error detector.

==29646== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.

==29646== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.

==29646== For more details, rerun with: -v

==29646==

==29646== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 15 from 1)

==29646== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks. //指示在程序退出時，還有多少內存沒有釋放。

==29646== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated. // 指示該執行過程malloc和free調用的次數。

==29646== For counts of detected errors, rerun with: -v // 提示若是要更詳細的信息，用-v選項。

==29646== searching for pointers to 1 not-freed blocks.

==29646== checked 56,164 bytes.

==29646==

==29646== LEAK SUMMARY:

==29646== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks.

==29646== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.

==29646== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.

==29646== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.

==29646== Rerun with --leak-check=full to see details of leaked memory.

[konten@tencent test_valgrind]$

以上結果中，紅色的是手工添加的說明信息，其餘是valgrind的輸出。能夠看到，若是咱們僅僅用默認方式執行，valgrind只報告內存泄漏，但沒有顯示具體代碼中泄漏的地方。

所以咱們須要使用「--leak-check=full」選項啓動 valgrind，咱們再執行一次：

[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./memleak

==29661== Memcheck, a memory error detector.

==29661== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.

==29661== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.

==29661== For more details, rerun with: -v

==29661==

==29661== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 15 from 1)

==29661== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks.

==29661== malloc/free: 1 allocs, 0 frees, 10 bytes allocated.

==29661== For counts of detected errors, rerun with: -v

==29661== searching for pointers to 1 not-freed blocks.

==29661== checked 56,164 bytes.

==29661==

==29661== 10 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1

==29661== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149)

==29661== by 0x804835D: main (memleak.c:6)

==29661==

==29661== LEAK SUMMARY:

==29661== definitely lost: 10 bytes in 1 blocks.

==29661== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks.

==29661== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.

==29661== suppressed: 0 bytes in 0 blocks.

[konten@tencent test_valgrind]$

和上次的執行結果基本相同，只是多了上面藍色的部分，指明瞭代碼中出現泄漏的具體位置。

以上就是用valgrind檢查內存泄漏的方法，用到的例子比較簡單，複雜的代碼最後結果也都同樣。

其餘內存問題

咱們下面的例子中包括常見的幾類內存問題：堆中的內存越界、踩內存、棧中的內存越界、非法指針使用、重複free。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

char *ptr = malloc(10);

ptr[12] = 'a'; // 內存越界

memcpy(ptr +1, ptr, 5); // 踩內存

char a[10];

a[12] = 'i'; // 數組越界

free(ptr); // 重複釋放

free(ptr);

char *p1;

*p1 = '1'; // 非法指針

return 0;

}

編譯： gcc -o invalidptr invalidptr.c -g

執行：valgrind --leak-check=full ./invalidptr

結果以下：

[konten@tencent test_valgrind]$ valgrind --leak-check=full ./invalidptr

==29776== Memcheck, a memory error detector.

==29776== Using LibVEX rev 1732, a library for dynamic binary translation.

==29776== Using valgrind-3.2.3, a dynamic binary instrumentation framework.

==29776== For more details, rerun with: -v

==29776==

==29776== Invalid write of size 1 //堆內存越界被查出來

==29776== at 0x80483D2: main (invalidptr.c:7)

==29776== Address 0x4159034 is 2 bytes after a block of size 10 alloc'd

==29776== at 0x401A846: malloc (vg_replace_malloc.c:149)

==29776== by 0x80483C5: main (invalidptr.c:6)

==29776==

==29776== Source and destination overlap in memcpy(0x4159029, 0x4159028, 5) //踩內存

==29776== at 0x401C96D: memcpy (mc_replace_strmem.c:116)

==29776== by 0x80483E6: main (invalidptr.c:9)

==29776==

==29776== Invalid free() / delete / delete[] //重複釋放

==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233)

==29776== by 0x8048406: main (invalidptr.c:16)

==29776== Address 0x4159028 is 0 bytes inside a block of size 10 free'd

==29776== at 0x401B3FB: free (vg_replace_malloc.c:233)

==29776== by 0x80483F8: main (invalidptr.c:15)

==29776==

==29776== Use of uninitialised value of size 4

==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19)

==29776== //非法指針，致使coredump

==29776== Process terminating with default action of signal 11 (SIGSEGV): dumping core

==29776== Bad permissions for mapped region at address 0x80482AD

==29776== at 0x804840D: main (invalidptr.c:19)

==29776==

==29776== ERROR SUMMARY: 4 errors from 4 contexts (suppressed: 15 from 1)

==29776== malloc/free: in use at exit: 0 bytes in 0 blocks.

==29776== malloc/free: 1 allocs, 2 frees, 10 bytes allocated.

==29776== For counts of detected errors, rerun with: -v

==29776== All heap blocks were freed -- no leaks are possible.

Segmentation fault

[konten@tencent test_valgrind]$

從上面的結果看出，除了棧內存越界外，其餘常見的內存問題均可以用valgrind簡單的查出來。

三、顯示代碼覆蓋

用callgrind工具能方便的顯示程序執行的代碼覆蓋狀況。

看以下例子：

四、顯示線程競態條件 <該版本暫不支持>

用helgrind工具能夠在多線程代碼中找到可能產生競態條件的地方。

memcheck 工具的經常使用選型

一、leak-check

--leak-check=<no|summary|yes|full> [default: summary]

用於控制內存泄漏檢測力度。

no，不檢測內存泄漏；

summary，僅報告總共泄漏的數量，不報告具體泄漏位置；

yes/full，報告泄漏總數、泄漏的具體位置。

二、show-reachable

--show-reachable=<yes|no> [default: no]

用於控制是否檢測控制範圍以外的泄漏，好比全局指針、static指針等。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

//char *gptr = NULL;

int main(void)

{

gptr = (char *)malloc(10);

return 0;

}

對應以上代碼，若--show-reachable爲no，則valgrind不報告內存泄漏，不然會報告。

三、undef-value-errors

--undef-value-errors=<yes|no> [default: yes]

用於控制是否檢測代碼中使用未初始化變量的狀況。

對應如下代碼：

int a;

printf("a = %d \n", a);

若 --undef-value-errors＝no，則valgrind不報告錯誤，不然報告「Use of uninitialised value ...」的錯誤。

其餘選項

--log-file=filename 將結果輸出到文件。

--log-socket=192.168.0.1:12345 輸出到網絡。

--trace-children=<yes|no> [default: no]

--track-fds=<yes|no> [default: no]

--log-fd=<number> [default: 2, stderr]

--xml=<yes|no> [default: no]

--num-callers=<number> [default: 12]

--show-below-main=<yes|no> [default: no]

五 Valgrind的編譯安裝

一、下載源代碼，下載地址http://valgrind.org/downloads/current.html#current ，截止目前爲止，最新版本是3.2.3

二、編譯，在源代碼目錄下執行：

./configure --prefix=[你本身的安裝目錄]

make;make install

便好了。

三、配置缺省選項

valgrind提供3種方式用於設置缺省選項：

a、~/.valgrindrc文件；

b、環境變量$VALGRIND_OPTS；

c、當前目錄下的.valgrindrc文件；

優先順序爲 a、b、c

.valgrindrc的格式爲：

--ToolName:OptionName=OptionVal

如：

--memcheck:leak-check=yes

--memcheck:show-reachable=yes

附錄其餘相似工具

purify

實例分析：

原文連接：https://blog.csdn.net/dengjin20104042056/article/details/103915097

03. 使用未初始化的內存

程序中咱們定義了一個指針p，但並未給他分配空間，但咱們卻使用它了。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 

int main(void)
{
    char ch; 
    char *p; 

    ch = *p; 

    printf("ch = %c\n", ch);

    return 0;
}

valgrind檢測出到咱們的程序使用了未初始化的變量。

04. 使用野指針

p所指向的內存被釋放了，p變成了野指針，可是咱們卻繼續使用這片內存。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 

int main(void)
{
    int *p = NULL;

    p = malloc(sizeof(int));
    if (NULL == p)
    {   
        printf("malloc failed...\n"); 
        return 1;
    }   
    memset(p, 0, sizeof(int));

    *p = 88; 

    printf("*p = %d\n", *p);

    //釋放內存
    free(p);

    printf("*p = %d\n", *p);

    return 0;
}

valgrind檢測到咱們使用了已經free的內存，並給出這片內存是哪裏分配和哪裏釋放的。

05. 動態內存越界訪問

咱們動態地分配了一片連續的存儲空間，但咱們在訪問個數組時發生了越界訪問。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 

int main(void)
{
    int i = 0;
    int *p = NULL;

    p = malloc(5 * sizeof(int));
    if (NULL == p)
    {   
        printf("malloc failed...\n"); 
        return 1;
    }   
    memset(p, 0, 10 * sizeof(int));

    for (int i = 0; i <= 5; i++) 
    {   
        p[i] = i + 1;  
    }   

    for (int i = 0; i <= 5; i++) 
    {   
        printf("p[%d]: %d\n", i, p[i]);
    }   

    return 0;
}

valgrind檢測出越界信息以下。

注意：

valgrind不檢查非動態分配數組的使用狀況。

06. 分配空間後沒有釋放

內存泄漏的緣由在於咱們使用free或者new分配空間以後，沒有使用free或者delete釋放內存。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 

int main(void)
{
    int *p = NULL;

    p = malloc(sizeof(int));
        
    *p = 88; 

    printf("*p = %d\n", *p);

    return 0;
}

valgrind的記錄顯示上面的程序用了1次malloc，卻調用了0次free。

可使用–leak-check=full進一步獲取內存泄漏的信息，好比malloc具體行號。

07. 不匹配使用delete或者free

通常咱們使用malloc分配的空間，必須使用free釋放內存。使用new分配的空間，使用delete釋放內存。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 

int main(void)
{
    int *p = NULL;

    p = (int *)malloc(sizeof(int));
    
    *p = 88; 

    printf("*p = %d\n", *p);

    delete p;

    return 0;
}

不匹配地使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[]則會被提示mismacth

08. 兩次釋放同一塊內存

通常狀況下，內存分配一次，只釋放一次。若是屢次釋放，可能會出現double free。

程序示例:

#include <stdio.h>
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 

int main(void)
{
    int *p = NULL;

    p = (int *)malloc(sizeof(int));
    
    *p = 88; 

    printf("*p = %d\n", *p);

    free p;
	free p;
    
    return 0;
}

屢次釋放同一內存，出現非法釋放內存。

09. 總結
內存泄露問題很是難定位，對於小工程項目來講，簡單去檢查代碼中new和delete的匹配對數就基本能定位到問題，可是一旦代碼量上升到以萬單位時，僅靠肉眼檢查來定位問題那就很是困難了，因此咱們須要利用工具幫助咱們找出問題所在。在Linux系統下內存檢測工具首推Valgrind，一款很是好用的開源內存管理工具。Valgrind實際上是一個工具集，內存錯誤檢測只是它衆多功能的一個，但咱們用得最多的功能正是它——memcheck。

總之，valgrind工具能夠檢測下列與內存相關的問題 :

未釋放內存的使用對釋放後內存的讀/寫對已分配內存塊尾部的讀/寫內存泄露不匹配的使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[] 重複釋放內存 10. 附錄

【內存泄漏】Valgrind內存泄漏內存越界等檢測

便可即用

簡介

Valgrind工具詳解

安裝

使用

檢測內存泄漏

其餘內存問題

memcheck 工具的經常使用選型

其餘選項

附錄 其餘相似工具

實例分析：

03. 使用未初始化的內存

04. 使用野指針

05. 動態內存越界訪問

06. 分配空間後沒有釋放

07. 不匹配使用delete或者free

08. 兩次釋放同一塊內存

附錄其餘相似工具