Избирательные ворота

Эта статья о программном обеспечении. Чтобы узнать о мифических воротах, см. Валгаллу .

Логотип Валгринд
Оригинальный автор(ы)	Джулиан Сьюард , Николас Незеркот
Разработчик(и)	Команда разработчиков Валгринд
Первоначальный выпуск	27 июля 2002 г.
Стабильная версия	3.23.0 (26 апреля 2024 г ( 26.04.2024 ) ) [±]
Репозиторий	исходное программное обеспечение .org / git /valgrind .git
Написано в	С
Операционная система	Линукс FreeBSD Солярис Андроид
Тип	Профилировщик , отладчик памяти
Лицензия	Стандартная общественная лицензия GNU
Веб-сайт	www .valgrind .org

Валгринд ( / ˈ v æ l ɡ r ɪ n d / ) — инструмент программирования для отладки памяти , обнаружения утечек памяти и профилирования .

Первоначально Valgrind был разработан как свободно лицензируемый инструмент отладки памяти для Linux на x86 , но с тех пор превратился в общую среду для создания инструментов динамического анализа, таких как средства проверки и профилирования.

Обзор

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.

Инструменты

См. также: Отладчик памяти и профилирование (компьютерное программирование).

Проверка памяти

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 правильность (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 стандартные распределители C++ и распределителя памяти C своей собственной реализацией, которая также включает 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:

• Чтение неинициализированной памяти
• Чтение/запись недействительной памяти, которая может быть
  • память, которая была freeбы
  • память за пределами mallocблоки
  • память под указателем стека
• Использование неверных параметров для системных вызовов
• Небезопасное перекрытие копий памяти с mem* и str* функции
• Утечки памяти
• Несовпадающие выделения и освобождения, которые могут быть
  • смешивание C и C++, например, malloc и delete
  • смешивание скаляра и массива, например, new и delete[]
  • размер освобождения не совпадает с размером выделения
  • выровненное освобождение — это не то же самое выравнивание, что и выделение
• Использование неправильного выравнивания
• Использование realloc с нулевым размером

Цена этого – потеря производительности. Программы, работающие под Memcheck, обычно работают в 20–30 раз медленнее. чем работать за пределами Valgrind и использовать больше памяти (за каждое выделение 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.

Другие инструменты

Помимо Memcheck, в Valgrind есть еще несколько инструментов:

• None , запускает код на виртуальной машине без выполнения какого-либо анализа и, таким образом, имеет минимальную нагрузку на процессор и память среди всех инструментов. Поскольку сам Valgrind обеспечивает обратную трассировку от ошибки сегментации , инструмент none обеспечивает эту обратную трассировку с минимальными издержками.
• Addrcheck похож на Memcheck, но с гораздо меньшими нагрузками на процессор и память, что позволяет выявлять меньше типов ошибок. Addrcheck был удален начиная с версии 3.2.0.
• Massif — кучи профилировщик . Отдельный графический визуализатор массива визуализирует выходные данные Massif.
• Helgrind и DRD обнаруживают состояния гонки в многопоточном коде
• Cachegrind — профилировщик кэша . Отдельный графический интерфейс KCacheGrind визуализирует выходные данные Cachegrind.
• Callgrind — анализатор графа вызовов , созданный Йозефом Вайдендорфером, добавленный в Valgrind начиная с версии 3.2.0. KCacheGrind может визуализировать выходные данные Callgrind.
• DHAT — инструмент динамического анализа кучи, который анализирует, сколько памяти выделено и как долго, а также закономерности использования памяти.
• exp-bbv — симулятор производительности, который экстраполирует производительность на небольшом наборе 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 обнаружить.

Также доступно несколько инструментов сторонней разработки. Одним из таких инструментов является ThreadSanitizer, еще один детектор состояний гонки .

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. Поддержка Solaris была добавлена ​​в версии 3.11.0. Поддержка OS X была добавлена ​​в версии 3.5.0. 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 , NetBSD и QNX ). ARM/ Android . С версии 3.7.0 добавлена ​​поддержка платформы

Начиная с версии 3.9.0 поддерживается Linux на MIPS64 с прямым и прямым порядком байтов, для MIPS DSP ASE на MIPS32 , для s390x инструкций с десятичной плавающей запятой , для инструкций POWER8 ( Power ISA 2.07 ), для инструкций Intel AVX2 , для расширений Intel Transactional Synchronization Extensions. , как RTM, так и HLE, а также начальную поддержку аппаратной транзакционной памяти на POWER.

и

Название Валгринд является отсылкой к главному входу в Валгаллу из скандинавской мифологии . 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.

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 Армур-Браун и Иво Райср.

Он используется рядом проектов на базе Linux.

Ограничения Memcheck

Помимо снижения производительности, важным ограничением Memcheck является его неспособность обнаружить все случаи ошибок границ при использовании статических данных или данных, выделенных в стеке. Следующий код без проблем пропустит инструмент Memcheck в Valgrind, несмотря на ошибки, описанные в комментариях:

  int Static[5];
  
  int func(void)
  {
    int Stack[5];
  
    Static[5] = 0;  /* Error - Static[0] to Static[4] exist, Static[5] is out of bounds */
    Stack [5] = 0;  /* Error - Stack[0] to Stack[4] exist, Stack[5] is out of bounds */
    
    return 0;
  }

Невозможность обнаружить все ошибки, связанные с доступом к данным, выделенным в стеке, особенно примечательна, поскольку определенные типы ошибок стека делают программное обеспечение уязвимым для классического эксплойт для разрушения стека .

См. также

• Динамический анализ программы
• Приколоть
• ДинамоРИО
• МАЛЕНЬКИЙ
• либум
• АдресСанитайзер

Ссылки

• Нетеркот, Николас; Сьюард, Джулиан. «Valgrind: основа для тяжеловесного динамического двоичного инструментария» . Материалы конференции ACM SIGPLAN 2007 по проектированию и реализации языков программирования (PLDI 2007) . АКМ.
• Сьюард, Джулиан; Нетеркот, Николас (10 апреля 2005 г.). «Использование Valgrind для обнаружения ошибок неопределенных значений с побитовой точностью» . Материалы ежегодной технической конференции USENIX, 2005 г. Ассоциация USENIX: 2.
• Сьюард, Дж.; Нетеркот, Н.; Вайдендорфер, Дж.; Команда разработчиков Valgrind (март 2008 г.). Valgrind 3.3 — расширенная отладка и профилирование приложений GNU/Linux . Network Theory Ltd., стр. 164 страницы. ISBN  978-0-9546120-5-4 .

Внешние ссылки

• Официальный сайт