【转】应用 Valgrind 发现 Linux 程序的内存问题

 
 
 
 
级别： 初级
杨 经 (cdlyangj@cn.ibm.com), 软件工程师, IBM
2008 年 11 月 27 日
如何定位应用程序开发中的内存问题，一直是 inux 应用程序开发中的瓶颈所在。有一款非常优秀的 linux 下开源的内存问题检测工具：valgrind，能够极大的帮助你解决上述问题。掌握 valgrind 的使用以及工作原理，能够有效地定位进而避免应用开发中的内存问题。
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Valgrind 概述
体系结构
Valgrind是一套Linux下，开放源代码（GPL V2）的仿真调试工具的集合。Valgrind由内核（core）以及基于内核的其他调试工具组成。内核类似于一个框架（framework），它模拟了一个CPU环境，并提供服务给其他工具；而其他工具则类似于插件 (plug-in)，利用内核提供的服务完成各种特定的内存调试任务。Valgrind的体系结构如下图所示：
图 1 Valgrind 体系结构
 
Valgrind包括如下一些工具：
Memcheck。这是valgrind应用最广泛的工具，一个重量级的内存检查器，能够发现开发中绝大多数内存错误使用情况，比如：使用未初始化的内存，使用已经释放了的内存，内存访问越界等。这也是本文将重点介绍的部分。
Callgrind。它主要用来检查程序中函数调用过程中出现的问题。
Cachegrind。它主要用来检查程序中缓存使用出现的问题。
Helgrind。它主要用来检查多线程程序中出现的竞争问题。
Massif。它主要用来检查程序中堆栈使用中出现的问题。
Extension。可以利用core提供的功能，自己编写特定的内存调试工具。
Linux 程序内存空间布局
要发现Linux下的内存问题，首先一定要知道在Linux下，内存是如何被分配的？下图展示了一个典型的Linux C程序内存空间布局：
图 2： 典型内存空间布局
 
一个典型的Linux C程序内存空间由如下几部分组成：
代码段（.text）。这里存放的是CPU要执行的指令。代码段是可共享的，相同的代码在内存中只会有一个拷贝，同时这个段是只读的，防止程序由于错误而修改自身的指令。
初始化数据段（.data）。这里存放的是程序中需要明确赋初始值的变量，例如位于所有函数之外的全局变量：int val=100。需要强调的是，以上两段都是位于程序的可执行文件中，内核在调用exec函数启动该程序时从源程序文件中读入。
未初始化数据段（.bss）。位于这一段中的数据，内核在执行该程序前，将其初始化为0或者null。例如出现在任何函数之外的全局变量：int sum;
堆（Heap）。这个段用于在程序中进行