Valgrind 基础介绍与框架概览
Valgrind是一款用于内存调试、内存泄漏检测以及性能分析的软件开发工具，本文简单分析 Valgrind 基本原理及其框架组成，并记录其在嵌入式设备上的移植与调试过程。
一、插桩技术概述
插桩（instrumentation）技术是指在程序源码或二进制代码中插入监测代码实现对程序的监视。达到记录函数进入和退出、监控内存读写、统计执行时间、跟踪异常等。
插桩在实现上可分为两类：
- 静态插桩 Static Instrumentation：在程序编译之前或编译期间插入代码，即在源代码或中间代码中插入检测代码，最终编译成带有插桩的可执行文件。
- 动态插桩 Dynamic Binary Instrumentation DBI：在程序运行中进行插桩，其操作对象为机器码。动态二进制插桩工具主要包含 Pin，Valgrind，DynamoRIO 等。
二、Valgrind Framework
Valgrind 本质上是一套核心框架 framework，其提供了核心 Core 及 APIs ，在此框架基础上开发出 7 个工具：
| 工具 | 描述 |
|---|---|
| Memcheck | 内存错误检测，用于检测内存泄漏、越界访问、使用未初始化内存等内存相关错误 |
| Helgrind | 线程错误检测，检测数据竞争（race conditions）和死锁 |
| DRD | 线程错误检测，使用与 Helgrind 不同技术 |
| Cachegrind | 缓存和分支预测分析 |
| Callgrind | 基于 Cachegrind，但额外生成调用图，分析函数调用及其性能影响 |
| Massif | 堆内存使用分析工具，帮助找出内存使用高峰及其来源 |
| DHAT | 分析堆内存分配和释放的详细情况 |
三、嵌入式平台调试 memory leak
- 指定
toolchains
export GCC_PATH=/your_path_for_linaro/bin
export CC=${GCC_PATH}/aarch64-linux-gnu-gcc
export LD=${GCC_PATH}/aarch64-linux-gnu-ld
export AR=${GCC_PATH}/aarch64-linux-gnu-ar
- 编译配置
cd valgrind
./autogen.sh
./configure --prefix=`pwd`/Inst --host=aarch64-unknown-linux --enable-only64bit
- 编译安装
make -j4 install
- 准备带有 debug info 的
ld.so
valgrind memcheck 需要使用带调试信息的 ld.so， 其会拦截并替换 ld.so 中的某些符号（比如 strlen）以实现正确的检测[1]。 否则会报 cannot be set up 错误，ld.so 可以在交叉编译工具链中找到。
$ find . -name "*ld*.so"
./aarch64-linux-gnu/libc/lib/ld-2.25.so
$ file ./aarch64-linux-gnu/libc/lib/ld-
ld-2.25.so ld-linux-aarch64.so.1
$ file ./aarch64-linux-gnu/libc/lib/ld-2.25.so
./aarch64-linux-gnu/libc/lib/ld-2.25.so: ELF 64-bit LSB shared object, ARM aarch64, version 1 (SYSV), dynamically linked, BuildID[sha1]=73b23c16ff9fe3eab046636cd9dd6db9d3309f27, with debug_info, not stripped
- 开始检测
将编译产生的工具目录和 ld.so 放入板子，启动 valgrind.
export VALGRIND_LIB=/libexec/valgrind && valgrind --tool=memcheck --leak-check=full /tmp/ld-2.28.so program
如果调试的 daemon 程序，可以在运行一段时间后通过 SIGTERM 信号终止 valgrind 获取结果。
References
[1] https://valgrind.org/docs/manual/dist.readme-packagers.html
[2] valgrind.org https://valgrind.org/
[3] https://www.cnblogs.com/yucloud/p/armbuild_valgrind3.html
[4] https://valgrind.org/downloads/repository.html
[5] 论文 模糊测试中的静态插桩技术 https://crad.ict.ac.cn/cn/article/pdf/preview/10.7544/issn1000-1239.202220883.pdf
[6] 论文 Valgrind: A Framework for Heavyweight Dynamic Binary Instrumentation https://valgrind.org/docs/valgrind2007.pdf
[7] https://zhuanlan.zhihu.com/p/382100526
[8] https://robotchaox.github.io/linux-tool/valgrind%E5%86%85%E5%AD%98%E6%A3%80%E6%B5%8B.html