Valgrind ( / ˈ v æ l ɡ r ɪ n d / ) [6] — инструмент программирования для отладки памяти , обнаружения утечек памяти и профилирования .
Первоначально Valgrind разрабатывался как свободно лицензируемый инструмент отладки памяти для Linux на x86 , но с тех пор превратился в универсальную платформу для создания инструментов динамического анализа, таких как средства проверки и профилирования.
Valgrind, по сути, представляет собой виртуальную машину , использующую методы JIT-компиляции , включая динамическую перекомпиляцию . Ничто из исходной программы никогда не запускается непосредственно на хост- процессоре . Вместо этого Valgrind сначала переводит программу во временную, более простую форму, называемую промежуточным представлением (IR), которая представляет собой нейтральную к процессору статическую форму с одним присвоением, основанную на форме. После преобразования инструмент (см. ниже) может выполнять любые преобразования IR, прежде чем Valgrind преобразует IR обратно в машинный код и позволяет хост-процессору запустить его. Valgrind перекомпилирует двоичный код для работы на хосте и целевых (или смоделированных) процессорах одной и той же архитектуры. Он также включает в себя заглушку GDB , позволяющую отлаживать целевую программу во время ее работы в Valgrind, с «командами мониторинга», которые позволяют запрашивать у инструмента Valgrind различную информацию.
При этих преобразованиях (и обычно в коде, вставляемом инструментом) теряется значительная часть производительности; обычно код, запускаемый с помощью Valgrind, и инструмент «none» (который ничего не делает с IR) работает со скоростью от 20% до 25% от скорости обычной программы. [7] [8]
В Valgrind включено несколько инструментов (и несколько внешних). Инструмент по умолчанию (и наиболее часто используемый) — Memcheck . Memcheck вставляет дополнительный инструментальный код практически ко всем инструкциям, который отслеживает достоверность ( вся нераспределенная память начинается как недействительная или «неопределенная», пока она не будет инициализирована в детерминированное состояние, возможно, из другой памяти) и адресуемость (независимо от того, находится ли адрес памяти в вопрос указывает на выделенный, не освобожденный блок памяти), хранящийся в так называемых битах V и битах A соответственно. Когда данные перемещаются или манипулируются ими, инструментальный код отслеживает биты A и V, поэтому они всегда верны на однобитовом уровне.
Кроме того, Memcheck заменяет стандартный распределитель памяти C своей собственной реализацией, которая также включает в себя защиту памяти вокруг всех выделенных блоков (с битами A, установленными в «недействительные»). Эта функция позволяет Memcheck обнаруживать ошибки с отклонением на единицу , когда программа читает или записывает данные за пределы выделенного блока на небольшую величину. Проблемы, которые Memcheck может обнаружить и предупредить, включают следующее:
freeиспользованияmallocблоков 'dЦена этого – потеря производительности. Программы, работающие под Memcheck, обычно работают в 20–30 раз медленнее [9] , чем работающие вне Valgrind, и используют больше памяти (за каждое выделение памяти взимается штраф). Таким образом, лишь немногие разработчики постоянно запускают свой код с помощью Memcheck (или любого другого инструмента Valgrind). Чаще всего они используют такие инструменты либо для отслеживания какой-то конкретной ошибки, либо для проверки отсутствия скрытых ошибок (тех, которые может обнаружить Memcheck) в коде.
Помимо Memcheck, у Valgrind есть еще несколько инструментов: [10]
exp-sgcheck ( до версии 3.7 называвшийся exp-ptrcheck ) был удален в версии 3.16.0. Это был экспериментальный инструмент для поиска ошибок переполнения стека и глобального массива, которые Memcheck не может обнаружить.
Также доступно несколько инструментов сторонней разработки. Одним из таких инструментов является ThreadSanitizer, еще один детектор состояний гонки . [12] [13]
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. Существуют неофициальные порты на другие Unix-подобные платформы (например , OpenBSD , [16] и NetBSD [17] ). С версии 3.7.0 добавлена поддержка платформы ARM/ Android . [5]
Начиная с версии 3.9.0 имеется поддержка Linux на MIPS64 с прямым и прямым порядком байтов, для MIPS DSP ASE на MIPS32 , для инструкций с десятичной плавающей запятой s390x , для инструкций POWER8 ( Power ISA 2.07 ), для инструкций Intel AVX2 , для расширений синхронизации транзакций Intel. , как RTM, так и HLE, а также начальную поддержку аппаратной транзакционной памяти на POWER. [4]
Название Валгринд является отсылкой к главному входу в Валгаллу из скандинавской мифологии . [18] [19] Во время разработки (до релиза) проект назывался Heimdall ; однако это имя 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. [20] [21]
Несколько других также внесли значительный вклад, в том числе Николас Нетеркот, Барт Ван Аш, Флориан Кром, Том Хьюз, Филипп Варокье, Марк Вилаард, Пол Флойд, Петар Йованович, Карл Лав, Церион Армор-Браун и Иво Райср. [22]
Он используется рядом проектов на базе Linux. [23]
Помимо снижения производительности, важным ограничением Memcheck является его неспособность обнаружить все случаи ошибок границ при использовании статических данных или данных, выделенных в стеке. [24] Следующий код без проблем пропустит инструмент Memcheck в Valgrind, несмотря на ошибки, описанные в комментариях:
int Статический [ 5 ]; int func ( void ) { int Stack [ 5 ]; Статический [ 5 ] = 0 ; /* Ошибка: существуют значения от Static[0] до Static[4], Static[5] выходит за пределы */ Stack [ 5 ] = 0 ; /* Ошибка: существуют Stack[0] и Stack[4], Stack[5] выходит за пределы */ return 0 ; } Неспособность обнаружить все ошибки, связанные с доступом к данным, выделенным в стеке, особенно примечательна, поскольку определенные типы ошибок стека делают программное обеспечение уязвимым для классического эксплойта разрушения стека .
.svg/1280px-Free_and_open-source_software_logo_(2009).svg.png){kind=logo}