Вальгринд
Программный инструмент для профилирования, отладки памяти и обнаружения утечек памяти
Оригинальный автор(ы)Джулиан Сьюард , Николас Нетеркот [1]
Разработчик(и)Команда разработчиков Valgrind [2]
Первоначальный выпуск27 июля 2002 г. [3]
Стабильный релиз3.23.0 (26 апреля 2024 г .; 9 месяцев назад ) [±] [4] ( 2024-04-26 )
Репозиторий
  • исходное программное обеспечение.org/git/valgrind.git
Написано вС
Операционная системаLinux
FreeBSD
Solaris
Android [5]
ТипПрофилировщик , отладчик памяти
ЛицензияСтандартная общественная лицензия GNU
Веб-сайтwww.valgrind.org

Valgrind ( / ˈ v æ l ɡ r ɪ n d / ) [6] — это программный инструмент для отладки памяти , обнаружения утечек памяти и профилирования .

Valgrind изначально разрабатывался как свободно лицензируемый инструмент отладки памяти для Linux на платформе x86 , но с тех пор превратился в универсальную платформу для создания инструментов динамического анализа, таких как средства проверки и профилирования.

Обзор

Valgrind по сути является виртуальной машиной , использующей методы компиляции just-in-time , включая динамическую перекомпиляцию . Ничто из исходной программы никогда не запускается напрямую на хост -процессоре . Вместо этого Valgrind сначала транслирует программу во временную, более простую форму, называемую промежуточным представлением (IR), которая является нейтральной к процессору статической формой с одним присваиванием . После преобразования инструмент (см. ниже) может свободно выполнять любые преобразования в IR, прежде чем Valgrind транслирует IR обратно в машинный код и позволяет хост-процессору запустить его. Valgrind перекомпилирует двоичный код для запуска на хост- и целевом (или имитируемом) процессорах той же архитектуры. Он также включает заглушку GDB , позволяющую отлаживать целевую программу во время ее работы в Valgrind, с «командами монитора», которые позволяют запрашивать у инструмента Valgrind различную информацию.

При этих преобразованиях теряется значительная часть производительности (и, как правило, код, вставляемый инструментом); обычно код, запущенный с помощью Valgrind и инструмента «none» (который ничего не делает с IR), работает со скоростью от 20% до 25% от скорости обычной программы. [7] [8]

Инструменты

Memcheck

В Valgrind включено несколько инструментов (и несколько внешних). Инструмент по умолчанию (и наиболее используемый) — Memcheck . Memcheck вставляет дополнительный код инструментирования вокруг почти всех инструкций, который отслеживает действительность ( вся нераспределенная память начинается как недействительная или «неопределенная», пока она не будет инициализирована в детерминированное состояние, возможно, из другой памяти) и адресуемость (указывает ли рассматриваемый адрес памяти на выделенный, не освобожденный блок памяти), хранящуюся в так называемых битах V и битах A соответственно. По мере перемещения или манипулирования данными код инструментирования отслеживает биты A и V, поэтому они всегда верны на однобитовом уровне.

Кроме того, Memcheck заменяет стандартные распределители C++ и распределитель памяти C собственной реализацией, которая также включает защиту памяти вокруг всех выделенных блоков (с битами A, установленными на «недопустимое»). Эта функция позволяет Memcheck обнаруживать ошибки с превышением на единицу , когда программа считывает или записывает за пределами выделенного блока на небольшую величину. Проблемы, которые Memcheck может обнаружить и о которых предупредить, включают следующее:

  • Чтение неинициализированной памяти
  • Чтение/запись недействительной памяти, которая может быть
    • память, которая была free'd
    • память за пределами malloc'd блоков
    • память ниже указателя стека
  • Использование неверных параметров для системных вызовов
  • Небезопасные перекрывающиеся копии памяти с функциями mem*иstr*
  • Утечки памяти
  • Несоответствующие распределения и освобождения, которые могут быть
    • смешивание C и C++, например, mallocиdelete
    • смешивание скаляра и массива, например, newиdelete[]
    • размер освобождения не совпадает с размером выделения
    • выровненное освобождение не то же самое выравнивание, что и выделение
  • Использование неправильного выравнивания
  • Использование reallocс размером ноль

Цена этого — потеря производительности. Программы, работающие под Memcheck, обычно работают в 20–30 раз медленнее [9] , чем работающие вне Valgrind, и используют больше памяти (есть штраф памяти за выделение). Таким образом, немногие разработчики запускают свой код под Memcheck (или любым другим инструментом Valgrind) все время. Чаще всего они используют такие инструменты либо для отслеживания какой-то конкретной ошибки, либо для проверки отсутствия скрытых ошибок (таких, которые может обнаружить Memcheck) в коде.

Другие инструменты

Помимо Memcheck, Valgrind имеет несколько других инструментов: [10]

  • None запускает код в виртуальной машине без выполнения какого-либо анализа и, таким образом, имеет наименьшие возможные накладные расходы на ЦП и память среди всех инструментов. Поскольку сам Valgrind предоставляет трассировку обратно из ошибки сегментации , инструмент none предоставляет эту трассировку обратно с минимальными накладными расходами.
  • Addrcheck , похож на Memcheck, но с гораздо меньшими затратами на процессор и память, таким образом, отлавливая меньше типов ошибок. Addrcheck был удален с версии 3.2.0. [11]
  • Massif , профилировщик кучи . Отдельный графический визуализатор massif визуализирует вывод из Massif.
  • Helgrind и DRD , обнаруживают состояния гонки в многопоточном коде
  • Cachegrind , кэш- профилировщик. Отдельный графический интерфейс KCacheGrind визуализирует вывод Cachegrind.
  • Callgrind , анализатор графа вызовов , созданный Йозефом Вайдендорфером, добавлен в Valgrind с версии 3.2.0. KCacheGrind может визуализировать вывод Callgrind.
  • DHAT — инструмент динамического анализа кучи, который анализирует объем выделенной памяти и ее продолжительность, а также закономерности использования памяти.
  • exp-bbv — симулятор производительности, который экстраполирует производительность на основе небольшого набора выборок.

exp-sgcheck (называвшийся exp-ptrcheck до версии 3.7) был удален в версии 3.16.0. Это был экспериментальный инструмент для поиска ошибок переполнения стека и глобального массива, которые Memcheck не может найти.

Также доступно несколько инструментов, разработанных внешними разработчиками. Одним из таких инструментов является ThreadSanitizer, еще один детектор состояний гонки . [12] [13]

Поддерживаемые платформы

Начиная с версии 3.4.0, Valgrind поддерживает Linux на x86 , x86-64 и PowerPC . Поддержка Linux на ARMv7 (используется, например, в некоторых смартфонах ) была добавлена ​​в версии 3.6.0. [14] Поддержка Solaris была добавлена ​​в версии 3.11.0. [5] Поддержка OS X была добавлена ​​в версии 3.5.0. [15] Поддержка FreeBSD x86 и amd64 была добавлена ​​в версии 3.18.0. Поддержка FreeBSD aarch64 была добавлена ​​в версии 3.23.0. Существуют неофициальные порты на другие Unix-подобные платформы (например, OpenBSD , [16] NetBSD [17] и QNX [18] ). С версии 3.7.0 была добавлена ​​поддержка платформы ARM/ Android . [5]

Начиная с версии 3.9.0, есть поддержка Linux на MIPS64 little and big endian, MIPS DSP ASE на MIPS32 , инструкций s390x Decimal Floating Point, инструкций POWER8 ( Power ISA 2.07 ), инструкций Intel AVX2 , Intel Transactional Synchronization Extensions, как RTM, так и HLE, а также начальная поддержка аппаратной транзакционной памяти на POWER. [4]

История и развитие

Название Valgrind является отсылкой к главному входу в Вальхаллу из скандинавской мифологии . [19] [20] Во время разработки (до выпуска) проект назывался Heimdall ; однако это название противоречило бы пакету безопасности.

Первоначальным автором Valgrind является Джулиан Сьюард , который в 2006 году получил премию Google-O'Reilly Open Source Award за свою работу над Valgrind. [21] [22]

Несколько других также внесли значительный вклад, включая Николаса Нетеркота, Барта Ван Аша, Флориана Крома, Тома Хьюза, Филиппа Варокьера, Марка Вилаарда, Пола Флойда, Петара Йовановича, Карла Лава, Сериона Армор-Брауна и Иво Райсра. [23]

Он используется рядом проектов на базе Linux. [24]

Ограничения Memcheck

Помимо снижения производительности, важным ограничением Memcheck является его неспособность обнаружить все случаи ошибок границ при использовании статических или выделенных в стеке данных. [25] Следующий код пройдет проверку Memcheck в Valgrind без происшествий, несмотря на то, что содержит ошибки, описанные в комментариях:

 int Static [ 5 ]; int func ( void ) { int Stack [ 5 ]; Static [ 5 ] = 0 ; /* Ошибка - Static[0] to Static[4] существуют, Static[5] выходит за пределы */ Stack [ 5 ] = 0 ; /* Ошибка - Stack[0] to Stack[4] существуют, Stack[5] выходит за пределы */ return 0 ; }


Неспособность обнаружить все ошибки, связанные с доступом к данным, размещенным в стеке, заслуживает особого внимания, поскольку определенные типы ошибок стека делают программное обеспечение уязвимым для классического эксплойта с разрушением стека .

Смотрите также

Примечания

  1. ^ "АВТОРЫ". valgrind.org . Получено 2022-09-19 .
  2. ^ «Valgrind: Разработчики».
  3. ^ "Двадцать лет Вальгринда". 27 июля 2022 г. Получено 04.08.2023 г.
  4. ^ ab Новости Valgrind
  5. ^ abc Valgrind заметки о выпуске
  6. ^ "Valgrind". valgrind.org . Получено 2023-05-04 .
  7. ^ Домашняя страница Valgrind
  8. ^ Руководство Valgrind
  9. ^ "Вальгринд".
  10. ^ Список основных инструментов Valgrind
  11. ^ "Вальгринд".
  12. ^ "Valgrind: Варианты / Патчи".
  13. ^ К Серебряный, Т Исходжанов, ThreadSanitizer–обнаружение гонки данных на практике , Труды семинара по двоичному инструментированию и приложениям WBIA'09
  14. ^ Порт ARM/Linux
  15. ^ Порт OS X
  16. ^ Порт Valgrind OpenBSD
  17. ^ "Valgrind NetBSD port". Архивировано из оригинала 2006-02-09 . Получено 2006-01-28 .
  18. ^ "foundry27 : Просмотреть релиз". community.qnx.com . Получено 2024-05-24 .
  19. ^ Часто задаваемые вопросы о Valgrind
  20. ^ "Гримнисмал". Völuspá.org .
  21. ^ Список наград valgrind.org
  22. ^ Google-O'Reilly Open Source Awards – Зал славы
  23. ^ Разработчики Valgrind
  24. ^ Список пользователей valgrind.org
  25. ^ Часто задаваемые вопросы о Valgrind

Ссылки

  • Нетеркот, Николас; Сьюард, Джулиан (10 июня 2007 г.). «Valgrind: структура для тяжеловесного динамического бинарного инструментирования». ACM SIGPLAN Notices . 42 (6). ACM: 89– 100. doi :10.1145/1273442.1250746.
  • Сьюард, Джулиан; Нетеркот, Николас (10 апреля 2005 г.). «Использование Valgrind для обнаружения ошибок неопределенных значений с точностью до бита». Труды Ежегодной технической конференции USENIX 2005 г. Ассоциация USENIX: 2.
  • Seward, J.; Nethercote, N.; Weidendorfer, J.; Valgrind Development Team (март 2008 г.). Valgrind 3.3 – Advanced Debugging and Profiling for GNU/Linux applications. Network Theory Ltd. стр. 164 страницы. ISBN 978-0-9546120-5-4.
В Wikibooks есть книга на тему: Валгринд.
  • Официальный сайт
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Valgrind&oldid=1263244939"