Linux系统使用valgrind分析C++程序内存资源使用情况

内存占用是我们开发的时候需要重点关注的一个问题，我们可以人工根据代码推理出一个消耗内存较大的函数，也可以推理出大概会消耗多少内存，但是这种方法不仅麻烦，而且得到的只是推理的数据，而不是实际的数据。

我们可以使用工具来分析实际的内存消耗情况，分析较严重的内存消耗点，然后想办法修改。这篇文章我们就来聊一下在Linux系统中怎么使用valgrind分析C++程序内存资源使用情况。当然，在分析内存使用情况之前建议先解决内存泄漏问题，我们之前也介绍过怎么分析内存泄漏。

valgrind是一个工具组，valgrind里的massif工具可以用来分析内存使用情况，帮助识别程序中内存占用高的部分。

我们来看一个示例程序

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <string.h>

void FuncA()
{
    void *p = malloc(1024);
    memset(p, 'a', 1024); // 填充一些数据，防止内存处于伪分配的状态
    free(p);
}

void FuncB()
{
    void *p = malloc(1024 * 3);
    memset(p, 'a', 1024 * 3);
    free(p);
}

void FuncC()
{
    void *p = malloc(1024 * 6);
    memset(p, 'a', 1024 * 6);
    free(p);
}

int main()
{
    FuncA();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

    FuncB();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

    FuncC();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

    return 0;
}

这个程序很简单，所以我们完全可以直接分析出来实际内存使用情况，但是这里我们来看一下怎么用工具分析。

先执行命令g++ -g ./main.cpp -o main将前面这段代码构建成可执行程序。

安装valgrind可以执行命令apt install valgrind直接安装，然后执行命令valgrind --version查看是否已经正常安装。

valgrind安装完成之后我们就可以执行命令valgrind --tool=massif --time-unit=ms ./main启动分析了，解释一下这条命令中的参数：

--tool=massif表示使用massif工具。
--time-unit=ms表示按照时间片抓取快照，还可以指定按照程序执行的指令数或者内存的变化量抓取快照。

这条命令执行完成后会生成一个分析结果文件
在这里插入图片描述

这个分析结果文件的文件名默认就是上图中的格式，后缀是进程号。

然后我们分析一下这个分析结果文件，valgrind有个自带的工具叫ms_print可以用来打开这种分析结果文件，比如执行命令ms_print ./massif.out.3679就可以查看了。

但是这个可视化效果不好，我们可以使用另外一个工具massif-visualizer来分析，这个工具可以以火焰图的形式将结果文件展示出来。

可以执行命令apt install massif-visualizer安装massif-visualizer工具，然后执行命令massif-visualizer --version确认是否已经正常安装。

安装完成之后我们就可以使用massif-visualizer分析了，比如执行命令massif-visualizer ./main.massif.out打开结果文件，这个工具的具体用法可以自己研究下
在这里插入图片描述

上面这种方法只能在程序执行完之后才能获取到分析结果文件，我们来看一下怎么在程序执行的过程中获取分析结果文件，需要使用gdb配合。

修改一下代码

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <string.h>

void FuncA()
{
    void *p = malloc(1024);
    memset(p, 'a', 1024); // 填充一些数据，防止内存处于伪分配的状态
    free(p);
}

void FuncB()
{
    void *p = malloc(1024 * 3);
    memset(p, 'a', 1024 * 3);
    free(p);
}

void FuncC()
{
    void *p = malloc(1024 * 6);
    memset(p, 'a', 1024 * 6);
    free(p);
}

int main()
{
    FuncA();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

    FuncB();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

    FuncC();
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));

    getchar();

    return 0;
}

可以看到只是多了一个getchar()，用这种方式来让程序不要直接退出。执行命令g++ -g ./main.cpp -o main构建一下。

执行命令valgrind --vgdb=yes --tool=massif --time-unit=ms --massif-out-file=main.massif.out ./main启动分析，解释一下这条命令中的参数：

–vgdb=yes表示开启gdbserver。
–massif-out-file=main.massif.out表示指定生成的分析结果文件名为main.massif.out。

在这里插入图片描述

可以看到程序正在执行，前面那个数字是进程号，等下需要用到。

然后我们另外开启一个命令窗口，执行命令gdb ./main启动gdb调试。
在这里插入图片描述

然后在gdb中启动远程调试，比如执行命令target remote | /usr/bin/vgdb --pid=6004，pid就是前面启动分析时的那个。
在这里插入图片描述

然后在gdb中执行命令monitor all_snapshot main.massif.vgdb.out，这条命令可以驱动valgrind使用当前所有快照生成一个文件名为main.massif.vgdb.out的分析结果文件，在程序执行完之后也会生成一个分析结果文件。
在这里插入图片描述

需要注意的是在gdb中远程调试时进程会阻塞，可以在gdb中使用命令c让程序继续执行，就是gdb正常调试时的指令。

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