Valgrind总结(2) —— 命令行参数详解

一、输出信息重定向：

默认情况下，valgrind输出的信息会重定向到标准错误输出流（stderr，fd=2）。但有时我们往往需要将输出信息重定向到指定文件，有以下几种方式：

1. --log-fd=N：

    通过这种方式直接将输出信息重定向到fd=N的文件中。

2. --log-file=filename：

    将输出重定向到filename指向的文件。

3. --log-socket=host_ip:port：

    举例：--log-socket=192.168.0.1:18888 或者 --log-socket=192.168.0.1

    通过这种方式可以将输出重定向到一台远程主机。如果端口号未填写，则默认1500。对于这种方式，valgrind不支持使用host_name，只能使用host_ip。

    valgrind还支持添加listener，可以同时处理50个valgrind进程的输出。

二、屏蔽错误信息：

我们的程序一般都会依赖一些系统库或者C运行时库。在使用valgrind进行memcheck时，会产生大量关于这些运行时库的错误信息，而这些信息通常是我们无法处理的。

valgrind会在启动时，读取一个默认的suppresion file，屏蔽里面添加的错误。suppression file是在运行configure脚本时产生的。你可以根据自身项目需要，修改suppression file。

详情可以查阅官方文档2.5节Suppressing Error。

三、关键命令行选项：

1. Tool-selection Option：

    --tool= [default: memcheck]

    目前valgrind可以使用的工具包括：memcheck、cachegrind，callgrind，helgrind，drd，massif，lackey，none，exp-sgcheck，exp-bbv，exp-dhat等。

2. Basic Options：

    以下只列出一些相关关键的命令行选项。

    a. -v, --verbose：

    输出更为详尽的提示信息，比如，所加载的共享对象的信息（the shared objects loaded）、输出屏蔽信息（the suppressions used）、注入（instrumentation）和执行（execution）引擎的工作过程，以及其他无用的告警。

    ===== 以下开关跟子进程相关 =====

    b. --trace-children= [default：no]：

    如果这个开关打开，valgrind将会跟踪当前进程创建的子进程。子进程必须通过exec()系统调用创建，目前valgrind无法对通过fork()创建出来的子进程进行跟踪。

    c. --trade-children-skip=patt1,patt2,... 

    当--trace-children=yes时，这个开关允许valgrind不对满足条件(patt1,patt2,....)的当前进程的子进程进行跟踪。这个也很好理解，因为被调试的进程可能会创建若干子进程，而我们并非关心全部子进程。

    补充说明：patt1,patt2实际上是进程的名字，支持?和*通配符。

    d. --child-silent-after-fork= [default：no]

    如果开启这个开关，valgrind不会输出任何由fork()创建出来的子进程。这个开关通常可以避免子进程输出信息混淆父进程输出信息。

     ===== 以下开关跟GDB相关 =====

    e. --vgdb= [default：yes]

    当--vgdb=yes或full时，valgrind将提供gdbserver的功能，允许GDB调试运行在valgrind之上的目标进程。(后面的章节会详细说明)

    f. --vgdb-error= [default：999999999]

    当--vgdb=yes或full时，这个开关才能生效。valgrind检测到的error个数达到指定number时，将挂起目标程序，并允许用户通过GDB调试目标程序。

    如果number指定为0，在valgrind运行目标程序前，会先启动gdbserver。这个很有用，可以允许用户在目标程序启动前，向目标程序插入断点（breakpoints）。

    g. --vgdb-stop-at= [default：none]

    当--vgdb=yes或full时，这个开关才能生效。通常，当valgrind检测到的错误数量达到--vgdb-error指定的错误数时，之后每触发一个错误，gdbserver都将会被调用（invoked）。

    通常，valgrind还允许用户在指定的事件发生时，触发针对gdbserver的调用。如下所示：

    *** 在目标程序启动（startup）、目标程序退出（exit），以及valgrind异常终止（valgrindabexit）时触发。

          注意：startup和--vgdb-error=0都会导致gdbserver在目标程序启动之前被调用。二者之间的不同点在于，--vgdb-error=0还会导致目标程序在启动之后每一个错误发生时，都触发gdbserver的调用。

    *** --vgdb-stop-at=all 等价于 --vgdb-stop-at=startup,exit,valgrindabexit

    *** --vgdb-stop-at=none （默认情况）

3. Erro-related Options：

    a. --demangle= [default：yes]

    C++中默认会对符号进行名称修饰（name mangling）。默认情况下--demangle=yes，valgrind会将符号还原为未经过名称修饰前的样子。

    b. --num-callers= [default：12]

    这个参数主要指定调用链(call chain)嵌套的深度。默认情况下，valgrind能够识别的调用链嵌套深度为12，能够支持的最大值为500。当--num-caller=500时，valgrind运行速度会下降，内存占用也会上升。对于调用链嵌套很深的程序，这个选项比较有用。

    c. --sigill-diagnostics= [default：yes]

    这个参数主要用于在发生SIGILL信号时，valgrind是否输出必要的诊断信息。通常，使用valgrind调试目标程序时，当valgrind无法decode或translate一条特定的指令时，将产生SIGILL信号。产生SIGILL的根源有两种情况，第一，目标程序本身存在bug；第二，目标程序使用了valgrind无法识别的特殊指令。

    d. --show-below-main= [default：no]

    这个参数如果设置为yes，将会输出C/C++运行时库中检测到的错误。通常，我们并不需要关心运行时库中的错误。

    e. --fullpath-after= [default：don't show source paths]

    默认情况下，valgrind在输出堆栈信息时（statck traceback）仅输出文件名。对于大型工程，不同模块的源代码处于不同目录，可能会带来不便。通过这个参数，用户可以指定源代码所在路径，这样在valgrind输出调用栈信息时，会输出文件所在路径信息。

    f. --extra-debuginfo-path= [default：undefined and unused]

    在Linux发布版本中，系统库一般是不带调试信息的。确切说，二进制文件和调试信息本身是分离的。默认情况下，valgrind会扫描/usr/lib/debug目录，以查找系统库对应的默认调试信息。但是，有些情况下，用户依然系统自己指定二进制文件对应的调试信息目录，此时，这个命令行参数就能派上用场。

    g. --max-stackframe= [default：2000000]

    指定堆栈上每一个栈帧（stack frame）大小上限。如果堆栈指针（stack pointer, esp/rsp）移动超过这个阈值，valgrind将假设程序将切换到另一个栈帧。

    一般情况下，如果一个程序会在堆栈上分配一个很大的数组，则在使用valgrind调试时，可能需要设置这个参数。当然，在栈上分配很大的数组通常不是一个好的做法，因为很容易将堆栈空间耗尽。另外，valgrind memcheck工具针对堆的内存检测，要比栈空间更高效。

    h. --main-stacksize= [default：use current 'ulimit' value]

    指定主线程的堆栈大小。为了简化内存管理，valgrind在启动时，为主线程调用栈预留全部内存空间。这使得在启动时必须确定需要多大的栈空间。

    默认情况下，valgrind将使用ulimit中的stack size，或者16MB，作为默认值。

    注意：--main-stacksize和--main-stackframe时有差别的。前者代表当前线程整个堆栈需要多大的内存空间。后者代表堆栈上某一栈帧最大允许字节。

    i. --max-threads= [default：500]

    默认情况下，valgrind可以同时处理最多500个线程。

4. Malloc-related Options：

    对于Valgrind中的Memcheck、Massif、Helgrind、DRD等工具，往往需要使用自己定义的malloc、realloc版本。因此，可能会涉及以下选项：

    a. --alignment= [default：8 or 16，depends on the platform]

    对于Valgrind中使用的malloc、realloc，默认情况下，其分配的内存的起始地址为8字节或16字节对齐的。具体时8字节对齐，还是16字节对齐，跟具体的平台相关。该命令行选项允许用户指定一个不同的对齐方式，其中number必须必默认的对齐方式（即8字节或16字节）要大，并且必须小于等于4096。此外，还必须是2的倍数。

    b. --redzone-size= [default：depends on tool]

    Valgrind中使用的malloc和realloc，往往会在每一个从堆（Heap）上分配的bock之前及之后，插入padding block。这些padding block也被称为red zone。Red zone的大小默认16字节。可见，默认情况下，valgrind能够检测出当前block向前及向后16字节内内存读写错误。

    本选项可以设置padding block的大小。将该配置设置得过大，会消耗更多的内存。

四、关于多线程：

    对于多线程程序，valgrind实际上会将所有线程的执行串行化。也就是说，即使运行环境拥有多CPU或者多核，对于运行在valgrind之上的（多线程）程序，同时只会有一个线程运行，即同时只会占据CPU的一个核。这样做主要是为了简化valgrind设计，避免因考虑多线程而引入不必要的设计上的复杂度。

    Valgrind实际上并不直接调度线程。仅仅是通过一种简单的锁机制，来确保同时只有一个线程运行。真正的线程调度还是由操作系统内核控制。因此，目标程序运行在Valgrind下，同直接运行在操作系统之上相比，将会有截然不同的行为。因为Valgrind将目标程序串行化，因此目标程序运行于Valgrind之上时，将会比正常运行慢很多。

    关于Valgrind线程调度及多线程性能

    线程占据CPU执行之前，首先必须获取锁。执行完一定数量指令之后，运行线程释放锁。其他就绪线程将继续争抢锁。

    命令行选项 --fair-sched 用来设置valgrind使用的锁机制，用来串行化目标程序中所有线程。

    默认情况下，--fair-sched=no，此时valgrind采用基于Pipe的锁机制，适用于所有平台。这种机制不保证线程之间公平性，极有可能出现一个运行线程释放锁后立马又获取锁，即使此刻其他线程已经就绪。使用这种调度策略，目标程序每次运行都将产生截然不同的行为。

    当 --fair-sched=yes 或 --fair-sched=try时，valgrind将采用基于mutex的锁机制，仅适用于部分平台。基于mutex的锁机制可以确保线程间公平调度（Round-Robin，轮询），如果多个线程同时就绪，则锁将分配给第一个就绪的线程。注意，阻塞在系统调用的线程不能请求占用锁，只有从系统调用唤醒后，才能请求占用锁。