内存分析

工具

valgrind 是一个强大的内存调试和性能分析工具，它的不同子工具用于不同的分析目的。--memcheck 和 --massif 是其中两个常用的工具。

ASAN（AddressSanitizer） 和 TSAN（ThreadSanitizer） 都是由现代编译器（如 Clang 和 GCC）提供的 运行时检测工具，用于帮助开发者在开发阶段发现内存错误和线程问题。

• Clang：全面支持 ASAN 和 TSAN
• GCC：也支持，但 TSAN 的支持略逊于 Clang

博客：How to get a core dump for a segfault on Linux

Memcheck：内存错误检查工具

官方文档：4. Memcheck: a memory error detector

• 用途：检测内存相关的错误，如内存泄漏、越界访问、未初始化内存读取等。
• 适用场景：调试程序中的内存错误，确保程序的内存使用是安全的。
• 输出内容：
  • 哪些内存没有释放（内存泄漏）
  • 哪些内存被非法访问（越界、未初始化等）
  • 哪些内存访问是未定义行为
• 常用命令：

valgrind --tool=memcheck ./your_program

Massif：堆内存使用分析工具

官方文档：9. Massif: a heap profiler

• 用途：分析程序在运行过程中堆内存的使用情况，帮助优化内存占用。
• 适用场景：性能分析，找出内存占用高的代码路径或数据结构。
• 输出内容：
  • 堆内存使用随时间的变化（快照）：需用 ms_print 或 PostScript Viewer 查看
  • 哪些函数或调用路径分配了最多的内存
  • 常用命令：

valgrind --tool=massif ./your_program
ms_print massif.out.<pid>

🆚 Memcheck vs Massif 对比总结

特性	--memcheck	--massif
工具类型	内存错误检查工具	堆内存使用分析工具
主要用途	检查内存泄漏、越界访问、未初始化读取等	分析堆内存使用趋势和峰值
检测内存泄漏	✅	❌（不直接检测）
分析内存增长趋势	❌	✅
输出格式	错误报告（文本）	内存快照（需用 ms_print 查看）
性能开销	高（运行速度变慢）	中等

ThreadSanitizer（TSAN）

• 用途：检测多线程程序中的 数据竞争（data race） 和其他线程同步问题。
• 适用场景：并发程序调试，尤其是当多个线程访问共享变量时。
• 检测内容：
  • 数据竞争（两个线程同时访问同一变量，且至少一个是写操作）
  • 锁使用错误（死锁、双重解锁等）
• 启用方式（Clang/GCC）：

clang -fsanitize=thread -g your_program.c -o your_program

AddressSanitizer（ASAN）

AddressSanitizer 文档

• 用途：检测内存访问错误。
• 适用场景：单线程或多线程程序中调试内存问题。
• 检测内容：
  • 越界访问（stack/heap/global）
  • use-after-free（释放后使用）
  • 内存泄漏（可选）
  • use-after-scope（作用域结束后使用局部变量）
• 启用方式：

clang -fsanitize=address -g your_program.c -o your_program

🆚 TSAN vs ASAN 对比总结

特性	TSAN（ThreadSanitizer）	ASAN（AddressSanitizer）
检测目标	多线程数据竞争	内存访问错误
是否支持多线程	✅（专为多线程设计）	✅（支持，但不检测数据竞争）
性能开销	较高（10x~40x）	中等（2x~3x）
内存开销	中等	较高（增加约2倍内存使用）
是否检测内存泄漏	❌（不检测）	✅（可选开启）
是否检测数据竞争	✅	❌

🆚 Memcheck vs Massif vs TSAN vs ASAN 对比总结

工具名称	类型	主要用途	检测内容	是否支持多线程	性能开销	内存开销	是否检测内存泄漏	是否检测数据竞争
Memcheck	Valgrind 工具	内存错误检测	内存泄漏、越界访问、未初始化读取、非法释放等	✅（有限支持）	高（10x+）	高	✅	❌
Massif	Valgrind 工具	堆内存使用分析	堆内存分配趋势、内存峰值、调用路径分析	✅	中等	中等	❌	❌
ASAN	编译器工具	内存访问错误检测	越界访问、use-after-free、use-after-scope、内存泄漏（可选）	✅	中等（2x~3x）	高（约2倍）	✅（可选）	❌
TSAN	编译器工具	多线程数据竞争检测	数据竞争、死锁、错误的锁使用等	✅（强支持）	高（5x~40x）	中等	❌	✅

UBSan (Unifined Behavior Sanitizer)

Sanitizer	检测内容	Google 贡献
ASAN	内存访问错误	✅ 是
UBSan	未定义行为	✅ 是
TSAN	数据竞争	✅ 是
MSAN	未初始化内存使用	✅ 是