【内存泄漏】Valgrind内存泄漏内存越界等检测

时间 2020-02-09 标签内存泄漏 valgrind 内存泄漏越界检测

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便可即用linux

简介程序员

Valgrind工具详解算法

安装数组

使用缓存

检测内存泄漏网络

其余内存问题多线程

memcheck 工具的经常使用选型app

其余选项socket

附录其余相似工具

便可即用

一、没有安装的先在程序运行的主机上安装，安装教程见：1.4安装。

二、使用：

命令：

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

参数说明:--leak-check=full 信息显示具体泄漏位置

--log-file=leak.log 将检测信息输入到日志leak.log中

/proc/path/proc_name 须要检测的程序

三、报错信息和说明：

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

==29646== malloc/free: in use at exit: 10 bytes in 1 blocks. //指示在程序退出时，还有多少内存没有释放。

==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。

==29646== For counts of detected errors, rerun with: -v // 提示若是要更详细的信息，用-v选项。

==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. //肯定的内存泄露(Definitely lost)

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

(发现了一个指向某块内存中部的指针，而不是指向内存块头部。这种指针通常是原先指向内存块头部，后来移动到了内存块的中部，还有可能该指针和该内存根本就没有关系，检测工具只是怀疑有内存泄漏)

==29646== still reachable: 0 bytes in 0 blocks.// still reachable: 表示泄漏的内存在程序运行完的时候，仍旧有指针指向它，于是，这种内存在程序运行结束以前能够释放。通常状况下valgrind不会报这种泄漏，除非使用了参数 --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 //堆内存越界被查出来（非法写操做）

==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) //踩内存

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

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

==29776==

==29776== Invalid free() / delete / delete[] //重复释放

==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 //非法指针（size 4 ,32bit设备），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==

简介

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

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，每一个工具均可以完成一项任务——调试，分析，或测试等。Valgrind能够检测内存泄漏和内存越界，还能够分析cache的使用等，灵活轻巧而又强大。

一 Valgrind概观

Valgrind的最新版是3.2.3，该版本包含下列工具：

一、memcheck：检查程序中的内存问题，如泄漏、越界、非法指针等。

二、callgrind：检测程序代码覆盖，以及分析程序性能。

三、cachegrind：分析CPU的cache命中率、丢失率，用于进行代码优化。

四、helgrind：用于检查多线程程序的竞态条件。

五、massif：堆栈分析器，指示程序中使用了多少堆内存等信息。

六、lackey：

七、nulgrind：

Valgrind工具详解

1.Memcheck

最经常使用的工具，用来检测程序中出现的内存问题，全部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。因此，它能检测如下问题：

一、对未初始化内存的使用；

二、读/写释放后的内存块；

三、读/写超出malloc分配的内存块；

四、读/写不适当的栈中内存块；

五、内存泄漏，指向一块内存的指针永远丢失；

六、不正确的malloc/free或new/delete匹配；

七、memcpy()相关函数中的dst和src指针重叠。

这些问题每每是C/C++程序员最头疼的问题，Memcheck能在这里帮上大忙。

2.Callgrind

和gprof相似的分析工具，但它对程序的运行观察更是入微，能给咱们提供更多的信息。和gprof不一样，它不须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，创建函数调用关系图，还能够有选择地进行cache模拟。在运行结束时，它会把分析数据写入一个文件。callgrind_annotate能够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。

3.Cachegrind

Cache分析器，它模拟CPU中的一级缓存I1，Dl和二级缓存，可以精确地指出程序中cache的丢失和命中。若是须要，它还可以为咱们提供cache丢失次数，内存引用次数，以及每行代码，每一个函数，每一个模块，整个程序产生的指令数。这对优化程序有很大的帮助。

做一下广告：valgrind自身利用该工具在过去几个月内使性能提升了25%-30%。据早先报道，kde的开发team也对valgrind在提升kde性能方面的帮助表示感谢。

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，而又没有一向加锁的区域，这些区域每每是线程之间失去同步的地方，并且会致使难以发掘的错误。Helgrind实现了名为“Eraser”的竞争检测算法，并作了进一步改进，减小了报告错误的次数。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，告诉咱们堆块，堆管理块和栈的大小。Massif能帮助咱们减小内存的使用，在带有虚拟内存的现代系统中，它还可以加速咱们程序的运行，减小程序停留在交换区中的概率。

Massif对内存的分配和释放作profile。程序开发者经过它能够深刻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++尤为有用，由于C++有不少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，不多用到；Nulgrind只是为开发者展现如何建立一个工具。咱们就不作介绍了。

安装

valgrind下载：

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

valgrind安装：

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

2. cd valgrind-3.12.0

3. ./configure

4. make

5. make install

输入valgrind–h显示valgrind的参数及提示，说明安装成

使用

Valgrind使用起来很是简单，你甚至不须要从新编译你的程序就能够用它。固然若是要达到最好的效果，得到最准确的信息，仍是须要按要求从新编译一下的。好比在使用memcheck的时候，最好关闭优化选项。

valgrind命令的格式以下：

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

一些经常使用的选项以下：

选项

做用

-h --help

显示帮助信息。

--version

显示valgrind内核的版本，每一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=<toolname> [default: memcheck]

最经常使用的选项。运行valgrind中名为toolname的工具。若是省略工具名，默认运行memcheck。

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

绑定到调试器上，便于调试错误。

检测内存泄漏

示例代码以下：

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

char *ptr;

ptr = (char *)malloc(10);

return 0;

}

保存为memleak.c并编译，而后用valgrind检测。

$ gcc -o memleak memleak.c

（valgrind和purify最大的不一样在于：valgrind只接管程序执行的过程，编译时不须要valgrind干预，而purify会干预程序编译过程）

$ valgrind --tool=memcheck ./memleak

咱们获得以下错误信息：

[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. //指示在程序退出时，还有多少内存没有释放。

==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。

==29646== For counts of detected errors, rerun with: -v // 提示若是要更详细的信息，用-v选项。

==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]$

以上结果中，红色的是手工添加的说明信息，其余是valgrind的输出。能够看到，若是咱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。

所以咱们须要使用 “--leak-check=full”选项启动 valgrind，咱们再执行一次：

[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同样。

其余内存问题

咱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。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

char *ptr = malloc(10);

ptr[12] = 'a'; // 内存越界

memcpy(ptr +1, ptr, 5); // 踩内存

char a[10];

a[12] = 'i'; // 数组越界

free(ptr); // 重复释放

free(ptr);

char *p1;

*p1 = '1'; // 非法指针

return 0;

}

编译： gcc -o invalidptr invalidptr.c -g

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

结果以下：

[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 //堆内存越界被查出来

==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) //踩内存

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

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

==29776==

==29776== Invalid free() / delete / delete[] //重复释放

==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== //非法指针，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]$

从上面的结果看出，除了栈内存越界外，其余常见的内存问题均可以用valgrind简单的查出来。

三、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状况。

看以下例子：

四、显示线程竞态条件 <该版本暂不支持>

用helgrind工具能够在多线程代码中找到可能产生竞态条件的地方。

memcheck 工具的经常使用选型

一、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。

二、show-reachable

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

用于控制是否检测控制范围以外的泄漏，好比全局指针、static指针等。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

//char *gptr = NULL;

int main(void)

{

gptr = (char *)malloc(10);

return 0;

}

对应以上代码，若--show-reachable为no，则valgrind不报告内存泄漏，不然会报告。

三、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状况。

对应如下代码：

int a;

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

若 --undef-value-errors＝no，则valgrind不报告错误，不然报告“Use of uninitialised value ...”的错误。

其余选项

--log-file=filename 将结果输出到文件。

--log-socket=192.168.0.1:12345 输出到网络。

--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的编译安装

一、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

二、编译，在源代码目录下执行：

./configure --prefix=[你本身的安装目录]

make;make install

便好了。

三、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：

--ToolName:OptionName=OptionVal

如：

--memcheck:leak-check=yes

--memcheck:show-reachable=yes

附录其余相似工具

purify

实例分析：

原文连接：https://blog.csdn.net/dengjin20104042056/article/details/103915097

03. 使用未初始化的内存

程序中咱们定义了一个指针p，但并未给他分配空间，但咱们却使用它了。

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检测出到咱们的程序使用了未初始化的变量。

04. 使用野指针

p所指向的内存被释放了，p变成了野指针，可是咱们却继续使用这片内存。

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);

    //释放内存
    free(p);

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

    return 0;
}

valgrind检测到咱们使用了已经free的内存，并给出这片内存是哪里分配和哪里释放的。

05. 动态内存越界访问

咱们动态地分配了一片连续的存储空间，但咱们在访问个数组时发生了越界访问。

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检测出越界信息以下。

注意：

valgrind不检查非动态分配数组的使用状况。

06. 分配空间后没有释放

内存泄漏的缘由在于咱们使用free或者new分配空间以后，没有使用free或者delete释放内存。

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的记录显示上面的程序用了1次malloc，却调用了0次free。

可使用–leak-check=full进一步获取内存泄漏的信息，好比malloc具体行号。

07. 不匹配使用delete或者free

通常咱们使用malloc分配的空间，必须使用free释放内存。使用new分配的空间，使用delete释放内存。

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[]则会被提示mismacth

08. 两次释放同一块内存

通常状况下，内存分配一次，只释放一次。若是屡次释放，可能会出现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;
}

屡次释放同一内存，出现非法释放内存。

09. 总结
内存泄露问题很是难定位，对于小工程项目来讲，简单去检查代码中new和delete的匹配对数就基本能定位到问题，可是一旦代码量上升到以万单位时，仅靠肉眼检查来定位问题那就很是困难了，因此咱们须要利用工具帮助咱们找出问题所在。在Linux系统下内存检测工具首推Valgrind，一款很是好用的开源内存管理工具。Valgrind实际上是一个工具集，内存错误检测只是它众多功能的一个，但咱们用得最多的功能正是它——memcheck。

总之，valgrind工具能够检测下列与内存相关的问题 :

未释放内存的使用对释放后内存的读/写对已分配内存块尾部的读/写内存泄露不匹配的使用malloc/new/new[] 和 free/delete/delete[] 重复释放内存 10. 附录

【内存泄漏】Valgrind内存泄漏内存越界等检测

便可即用

简介

Valgrind工具详解

安装

使用

检测内存泄漏

其余内存问题

memcheck 工具的经常使用选型

其余选项

附录 其余相似工具

实例分析：

03. 使用未初始化的内存

04. 使用野指针

05. 动态内存越界访问

06. 分配空间后没有释放

07. 不匹配使用delete或者free

08. 两次释放同一块内存

附录其余相似工具