工具 | Valgrind + KCacheGrind，应用程序检查分析利器

写在前面
笔者在学习期间，偶遇这两个工具，经过上网检索资料学习使用，被其强大的功能深深折服。特写此文推荐，牛x不多吹了，请读者继续阅读。
本文内容概览

• 写在前面
• Valgrind & KCacheGrind 简介
• 工具安装
• 应用程序错误检查
• 应用程序分析（代码分析、性能分析等）

1 Valgrind & KCacheGrind 简介

1.1 Valgrind

• Valgrind是用于构建动态分析工具的仪器框架。

• Valgrind工具可以自动检测许多内存管理和线程错误，并能够详细分析应用程序。

• Valgrind发行版有6个强大的工具：
  (1). 一个内存错误检测器
  (2). 两个线程错误检测器
  (3). 一个缓存和分支预测分析器
  (4). 一个调用图生成缓存和分支预测分析器
  (5). 一个堆分析器

• 上述工具能够帮助程序员快速高效地分析程序问题所在。

更多信息，请到Valgrind官方网址了解。

1.2 KCacheGrind

• Callgrind通过Valgrind框架使用运行时检测来进行缓存模拟和调用图生成。这样，即使是共享库和动态打开的插件也可以进行分析。可以将Callgrind生成的数据文件加载到KCachegrind中以浏览性能结果。但是包中还有一个命令行工具可以从数据文件中获取ASCII报告，而无需使用KCachegrind。

• KCachegrind能够可视化其他分析器的输出使用带有硬件性能计数器的统计采样。还有可用于分析Python，PHP和PERL的输出的转换器。

更多信息，请到KCacheGrind官方网址了解。

2 工具安装

笔者开发环境在XUbuntu系统里，通过包管理器安装工具非常方便

sudo apt install valgrind kcachegrind

3 应用程序错误检查

• 测试程序代码

program main 
  implicit none   
  integer,allocatable :: a(:)
  a = [1,2,3,4,5]
  write(*,*) a(6)
end program main   

• 编译命令

gfortran -g -O0 main.f90   # 生成调试信息，不优化可以获得更好的检测结果

• 检测程序

valgrind --tool=memcheck --leak-check=full --log-file=memchk.log ./a.out 

• 检测结果

==4827== Memcheck, a memory error detector
==4827== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==4827== Using Valgrind-3.13.0 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==4827== Command: ./a.out
==4827== Parent PID: 1770
==4827==
==4827== Invalid read of size 4
==4827== at 0x4FD60B0: ??? (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libgfortran.so.4.0.0)
==4827== by 0x4FD6280: ??? (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libgfortran.so.4.0.0)
==4827== by 0x4FDAD1D: ??? (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libgfortran.so.4.0.0)
==4827== by 0x4FDBB74: ??? (in /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libgfortran.so.4.0.0)
==4827== by 0x108A01: MAIN__ (main.f90:6)
==4827== by 0x108A53: main (main.f90:7)
==4827== Address 0x5e05ad4 is 0 bytes after a block of size 20 alloc'd
==4827== at 0x4C2FB0F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==4827== by 0x108942: MAIN__ (main.f90:4)
==4827== by 0x108A53: main (main.f90:7)
==4827==
==4827==
==4827== HEAP SUMMARY:
==4827== in use at exit: 20 bytes in 1 blocks
==4827== total heap usage: 22 allocs, 21 frees, 13,516 bytes allocated
==4827==
==4827== 20 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 1
==4827== at 0x4C2FB0F: malloc (in /usr/lib/valgrind/vgpreload_memcheck-amd64-linux.so)
==4827== by 0x108942: MAIN__ (main.f90:4)
==4827== by 0x108A53: main (main.f90:7)
==4827==
==4827== LEAK SUMMARY:
==4827== definitely lost: 20 bytes in 1 blocks
==4827== indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
==4827== possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
==4827== still reachable: 0 bytes in 0 blocks
==4827== suppressed: 0 bytes in 0 blocks
==4827==
==4827== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==4827== ERROR SUMMARY: 2 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0)

黑体部分是检查出的错误内容（虽然这段代码本身运行没有问题，但是新规范加入的内容使用起来容易出错）

• 更多的检查选项，可以参考valgrind 工具介绍和简单的使用 。

4 应用程序分析（代码分析、性能分析等）

• 测试代码

module myFun
  implicit none 
contains
  subroutine sub( a )
    integer :: a(:)
    a = 100
  end subroutine sub 
end module 

program main 
  use myFun
  implicit none   
  integer,allocatable :: a(:)
  
  allocate( a(5) )
  a = 0
  call sub( a )
  write(*,*) a
  deallocate(a)
end program main   

• 分析命令

valgrind --tool=callgrind -v ./a.out 

• 打开软件，并加载分析结果

  
  
  

  加载结果

• 分析结果

• 左侧包含性能分析选项
• 右边可以显示源代码和实际运行指令，还能生成调用图。

分析结果

祝各位读者0 Error(s) 0 Warning(s)