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

- 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

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动态内存申请，例如经常用到的malloc，new系列函数就是从这个段中申请内存。
栈（Stack）。函数中的局部变量以及在函数调用过程中产生的临时变量都保存在此段中。
内存检查原理

Valid-Value 表：对于进程的整个地址空间中的每一个字节(byte)，都有与之对应的 8 个 bits；对于 CPU 的每个寄存器，也有一个与之对应的 bit 向量。这些 bits 负责记录该字节或者寄存器值是否具有有效的、已初始化的值。
Valid-Address 表：对于进程整个地址空间中的每一个字节(byte)，还有与之对应的 1 个 bit，负责记录该地址是否能够被读写。
检测原理：
当要读写内存中某个字节时，首先检查这个字节对应的 A bit。如果该A bit显示该位置是无效位置，memcheck 则报告读写错误。
内核（core）类似于一个虚拟的 CPU 环境，这样当内存中的某个字节被加载到真实的 CPU 中时，该字节对应的 V bit 也被加载到虚拟的 CPU 环境中。一旦寄存器中的值，被用来产生内存地址，或者该值能够影响程序输出，则 memcheck 会检查对应的V bits，如果该值尚未初始化，则会报告使用未初始化内存错误。
Valgrind 使用
为了使valgrind发现的错误更精确，如能够定位到源代码行，建议在编译时加上-g参数，编译优化选项请选择O0，虽然这会降低程序的执行效率。gcc –g –O0 sample.c –o sample
在valgrind下，运行可执行程序。利用valgrind调试内存问题，不需要重新编译源程序，它的输入就是二进制的可执行程序。调用Valgrind的通用格式是：valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog-options]
分析 valgrind 的输出信息
左边显示类似行号的数字（32372）表示的是 Process ID。
最上面的红色方框表示的是 valgrind 的版本信息。
中间的红色方框表示 valgrind 通过运行被测试程序，发现的内存问题。通过阅读这些信息，可以发现：
这是一个对内存的非法写操作，非法写操作的内存是4 bytes。
发生错误时的函数堆栈，以及具体的源代码行号。
非法写操作的具体地址空间。
最下面的红色方框是对发现的内存问题和内存泄露问题的总结。内存泄露的大小（40 bytes）也能够被检测出来。
示例程序显然有两个问题，一是fun函数中动态申请的堆内存没有释放；二是对堆内存的访问越界。这两个问题均被valgrind发现。
利用memcheck检查常用的问题
使用未初始化的内存: 对于位于程序中不同段的变量，其初始值是不同的，全局变量和静态变量初始值为0，而局部变量和动态申请的变量，其初始值为随机值。如果程序使用了为随机值的变量，那么程序的行为就变得不可预期。
内存读写越界:访问了你不应该/没有权限访问的内存地址空间，比如访问数组时越界；对动态内存访问时超出了申请的内存大小范围。
内存覆盖(缓冲区溢出):C 语言的强大和可怕之处在于其可以直接操作内存，C 标准库中提供了大量这样的函数，比如 strcpy, strncpy, memcpy, strcat 等，这些函数有一个共同的特点就是需要设置源地址 (src)，和目标地址(dst)，src 和 dst 指向的地址不能发生重叠，否则结果将不可预期。
动态内存管理错误: 常见的内存分配方式分三种：静态存储，栈上分配，堆上分配。全局变量属于静态存储，它们是在编译时就被分配了存储空间，函数内的局部变量属于栈上分配，而最灵活的内存使用方式当属堆上分配，也叫做内存动态分配了。常用的内存动态分配函数包括：malloc, alloc, realloc, new等，动态释放函数包括free, delete。
申请和释放不一致:由于 C++ 兼容 C，而 C 与 C++ 的内存申请和释放函数是不同的，因此在 C++ 程序中，就有两套动态内存管理函数。一条不变的规则就是采用 C 方式申请的内存就用 C 方式释放；用 C++ 方式申请的内存，用 C++ 方式释放。也就是用 malloc/alloc/realloc 方式申请的内存，用 free 释放；用 new 方式申请的内存用 delete 释放。在上述程序中，用 malloc 方式申请了内存却用 delete 来释放，虽然这在很多情况下不会有问题，但这绝对是潜在的问题。
申请和释放不匹配: 申请了多少内存，在使用完成后就要释放多少。如果没有释放，或者少释放了就是内存泄露；多释放了也会产生问题。上述程序中，指针p和pt指向的是同一块内存，却被先后释放两次。
释放后仍然读写:本质上说，系统会在堆上维护一个动态内存链表，如果被释放，就意味着该块内存可以继续被分配给其他部分，如果内存被释放后再访问，就可能覆盖其他部分的信息，这是一种严重的错误。
内存泄漏：内存泄露（Memory leak）指的是，在程序中动态申请的内存，在使用完后既没有释放，又无法被程序的其他部分访问。内存泄露是在开发大型程序中最令人头疼的问题，以至于有人说，内存泄露是无法避免的。
windows内存泄漏检查
在Linux平台上有valgrind可以非常方便的帮助我们定位内存泄漏，因为Linux在开发领域的使用场景大多是跑服务器，再加上它的开源属性，相对而言，处理问题容易形成“统一”的标准。而在Windows平台，服务器和客户端开发人员惯用的调试方法有很大不同。下面结合我的实际经验，整理下常见定位内存泄漏的方法。
注意：我们的分析前提是Release版本，因为在Debug环境下，通过VLD这个库或者CRT库本身的内存泄漏检测函数能够分析出内存泄漏，相对而言比较简单。而服务器有很多问题需要在线上并发压力情况下才出现，因此讨论Debug版调试方法意义不大。
对象计数:方法：在对象构造时计数++，析构时–，每隔一段时间打印对象的数量。
优点：没有性能开销，几乎不占用额外内存。定位结果精确。
缺点：侵入式方法，需修改现有代码，而且对于第三方库、STL容器、脚本泄漏等因无法修改代码而无法定位。
重载new和delete：方法：重载new/delete，记录分配点（甚至是调用堆栈），定期打印。
优点：没有看出
缺点：侵入式方法，需将头文件加入到大量源文件的头部，以确保重载的宏能够覆盖所有的new/delete。记录分配点需要加锁（如果你的程序是多线程），而且记录分配要占用大量内存（也是占用的程序内存）。
