工具Valgrind仿真调试工具的使用

　　Valgrind简介
　　Valgrind是一套Linux下，开放源代码（GPL V2）的仿真调试工具的集合。
　　Valgrind工具包包含多个工具，如Memcheck、Cachegrind、Helgrind、Callgrind、Massif。 Memcheck工具
　　Memcheck工具是Valgrind中最常用的工具，用来检测程序中出现的内存问题。它能检测如下问题： 使用未初始化内存； 使用释放后的内存； 使用超出malloc分配的内存块； 对堆栈的非法访问； 内存泄漏； 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。 Cachegrind工具
　　Callgrind收集程序运行时的一些数据，函数调用关系等信息，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。 Helgrind工具
　　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。 Callgrind工具
　　它模拟 CPU中的一级缓存I1,D1和L2二级缓存，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。 Massif工具
　　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。
　　Valgrind由内核（core）以及基于内核的其他调试工具组成。其基于仿真方式对程序进行调试，它先于应用程序获取实际处理器的控制权，并在实际处理器的基础上仿真一个虚拟处理器，并使应用程序运行于这个虚拟处理器之上，从而对应用程序的运行进行监视。
　　应用程序并不知道该处理器是虚拟的还是实际的，已经编译成二进制代码的应用程序并不用重新进行编译，Valgrind 直接解释二进制代码使得应用程序基于它运行，从而能够检查内存操作时可能出现的错误。所以在Valgrind下运行的程序运行速度要慢得多，而且使用的内存要多得多。因此，最好在性能好的机器上使用Valgrind，并且是在开发调试阶段使用。 Valgrind安装
　　Valgrind的安装方式很简单。我们首先查看一下我们的系统中有没有Valgrind：
　　显然，我们这里的系统中没有Valgrind，按提示输入如下命令安装即可： sudo apt install valgrind
　　另外，也可以通过下载源码编译、安装。
　　源码地址：
　　http://valgrind.org/
　　下载源码的命令： wget http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.14.0.tar.bz2Valgrind使用
　　准备一个有内存泄漏、内存越界问题的demo进行测试。为了方便，我们使用官方提供的一个经典的测试demo：
　　valgrind_test.c： #include   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) {     f();     return 0; }
　　这份代码存在两个问题： 使用超出malloc分配的内存。 内存泄漏。
　　下面一起来使用valgrind的Memcheck工具来检测这份程序。
　　首先，我们使用-g编译程序以包含调试信息，以便Memcheck的错误消息包含确切的行号。 gcc -g valgrind_test.c -o valgrind_test
　　使用valgrind检测valgrind_test程序： valgrind --leak-check=yes ./valgrind_test
　　我们可以用 --tool 参数指明使用的工具，如：--tool=memcheck
　　如果不明确设置 --tool 参数，则valgrind的检测工具默认使用的是Memcheck工具。--leak-check=yes 选项打开详细的内存泄漏检测器。
　　我们执行检测工具之后的结果如：
　　==7407== Memcheck, a memory error detector ==7407== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL＂d, by Julian Seward et al. ==7407== Using Valgrind-3.13.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info ==7407== Command: ./valgrind_test ==7407==  ==7407== Invalid write of size 4 ==7407==    at 0x108668: f (valgrind_test.c:6) ==7407==    by 0x108679: main (valgrind_test.c:11) ==7407==  Address 0x522d068 is 0 bytes after a block of size 40 alloc＂d ==7407==    at 0x4C2FB0F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so) ==7407==    by 0x10865B: f (valgrind_test.c:5) ==7407==    by 0x108679: main (valgrind_test.c:11) ==7407==  ==7407==  ==7407== HEAP SUMMARY: ==7407==     in use at exit: 40 bytes in 1 blocks ==7407==   total heap usage: 1 allocs, 0 frees, 40 bytes allocated ==7407==  ==7407== 40 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1 ==7407==    at 0x4C2FB0F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so) ==7407==    by 0x10865B: f (valgrind_test.c:5) ==7407==    by 0x108679: main (valgrind_test.c:11) ==7407==  ==7407== LEAK SUMMARY: ==7407==    definitely lost: 40 bytes in 1 blocks ==7407==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks ==7407==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks ==7407==    still reachable: 0 bytes in 0 blocks ==7407==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks ==7407==  ==7407== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v ==7407== ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0)
　　输出结果包含有很多信息，我们可以很容易查看到了关键的信息：
　　其中，输出信息告诉我们无效地写入了4个字节，并且提示了可能出现问题的代码行数。堆栈跟踪告诉我们调用了一次malloc申请内存，但并没有free，并且指出了在哪里分配了内存。
　　另外，这里的 7407 表示的是进程ID号。
　　内存泄漏有几种类型，最重要的两类是： definitely lost（明确的泄漏） possibly lost（可能的泄漏）
　　其中，明确的泄漏必须要进行修复。
　　以上就是关于valgrind最常用的Memcheck工具的简单使用介绍，使用Memcheck工具有时候我们可以很清楚地检测出程序存在的一些隐患。其它工具今后有用到的话再做分享，大家感兴趣的话可以自行去研究学习。 Valgrind交叉编译
　　1、下载valgrind源码包： wget http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.14.0.tar.bz2
　　2、修改valgrind里的configure文件：
　　把 armv7 * ) 改成 armv7 * |arm)。
　　3、生成Makefile ./configure --host=arm-linux-gnueabihf CC=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc CXX=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-g++ --prefix=$PWD/tmp
　　这个命令似乎很长，但并不难，只是加了几个配置参数。这些配置参数怎么看？
　　我们可以输入 ./configure --help 命令来查看支持的配置：
　　下面我们依次来分析上面那个很长的命令： --host=arm-linux-gnueabihf：表明了我们最终可执行文件运行的环境。 CC=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc：这是指定我们的交叉编译工具arm-linux-gnueabihf-gcc，这里直接给出绝对路径。 CXX=/home/LinuxZn/ToolChain/gcc-arm-linux-gnueabihf-6.2.1/bin/arm-linux-gnueabihf-g++：这是指定我们的交叉编译工具arm-linux-gnueabihf-g++，这里直接给出绝对路径。 --prefix=$PWD/tmp：指定安装的路径。表明安装路径在当前路径下的tmp文件夹中。
　　这时候已经生成了Makefile文件：
　　编译、安装： make make install
　　安装完成后tmp文件夹下的内容为：
　　这时候我们就可以把tmp整个文件夹拷到板子上使用了。tmp的大小为一百多兆，注意查看板子存储空间够不够：
　　我们可以配置板子上的valgrind环境。如果仅是临时使用，可以这么用： tmp/bin/valgrind --tool=memcheck --leak-check=yes ./valgrind_test
　　其中，tmp文件夹与与valgrind_test在同一路径。这时候可能会报如下错误： ＂valgrind: failed to start tool ‘memcheck’ for platform ‘arm-linux’: No such file or directory＂
　　这是因为valgrind需要依赖其动态库，而没有找到动态库。因为是临时测试，在valgrind_test路径输入如下命令进行设置： export VALGRIND_LIB=＂tmp/lib/valgrind＂
　　这只是在当前开发板终端生效，下次重新进入开发板终端需要重新设置。 参考资料
　　1、https://www.valgrind.org/docs/manual/quick-start.html#quick-start.prepare
　　2、https://blog.csdn.net/andylauren/article/details/93189740
　　3、https://zhuanlan.zhihu.com/p/75416381
　　4、https://blog.csdn.net/listener51/article/details/86716497?depth_1-
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