ヴァルグリンド

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原作者	ジュリアン・スワード、ニコラス・ネザーコート[1]
開発者	Valgrind開発チーム[2]
初回リリース	2002年7月27日[3]
安定版リリース	3.23.0 (2024年4月26日; 6か月前) [±] [4] ( 2024-04-26 )
リポジトリ	ソースウェア.org/git/valgrind.git
書かれた	Ｃ
オペレーティング·システム	Linux FreeBSD Solaris Android [5]
タイプ	プロファイラー、メモリデバッガー
ライセンス	GNU 一般公衆利用許諾書
Webサイト	ヴァルグリンド

Valgrind（/ ˈ v æ l ɡ r ɪ n d /）^[6]は、メモリデバッグ、メモリリーク検出、プロファイリングのためのプログラミングツールです。

Valgrind はもともと、 x86上のLinux用の無料ライセンスのメモリ デバッグ ツールとして設計されましたが、その後、チェッカーやプロファイラーなどの動的分析ツールを作成するための汎用フレームワークへと進化しました。

Valgrind は本質的に、動的再コンパイルを含むジャストインタイム コンパイル技術を使用する仮想マシンです。元のプログラムからホストプロセッサで直接実行されるものはありません。代わりに、Valgrind は最初にプログラムを中間表現(IR)と呼ばれる一時的でより単純な形式に変換します。これはプロセッサに依存しない静的単一代入形式ベースの形式です。変換後、ツール (以下を参照) は IR に対して任意の変換を自由に実行できます。その後、Valgrind は IR をマシン コードに変換し直し、ホスト プロセッサで実行できるようにします。Valgrind は、同じアーキテクチャのホストおよびターゲット (またはシミュレートされた) CPU で実行できるようにバイナリ コードを再コンパイルします。また、Valgrind で実行されているターゲット プログラムのデバッグを可能にするGDBスタブも含まれており、さまざまな情報について Valgrind ツールにクエリを実行できる「モニター コマンド」も含まれています。

これらの変換（および通常、ツールが挿入するコード）では、かなりのパフォーマンスが失われます。通常、Valgrind と「none」ツール（IR に何も行わない）で実行されるコードは、通常のプログラムの 20% から 25% の速度で実行されます。^{[7] [8]}

Valgrind には複数のツールが含まれています (外部ツールもいくつかあります)。デフォルトの (そして最もよく使用される) ツールはMemcheckです。Memcheck は、ほぼすべての命令の周囲に追加の計測コードを挿入し、有効性(割り当てられていないすべてのメモリは、おそらく他のメモリから確定的な状態に初期化されるまで、無効または「未定義」として開始されます) とアドレス可能性(問題のメモリ アドレスが割り当て済みで解放されていないメモリ ブロックを指しているかどうか) を追跡します。これらはそれぞれ、いわゆるV ビットとA ビットに格納されます。データが移動または操作されると、計測コードは A ビットと V ビットを追跡するため、単一ビット レベルでは常に正しいものになります。

さらに、Memcheck は、標準の C++ アロケータとC メモリ アロケータを独自の実装に置き換えます。これには、割り当てられたすべてのブロックの周囲にメモリ ガード(A ビットが「無効」に設定されている) も含まれます。この機能により、Memcheck は、プログラムが割り当てられたブロックの外側で少量だけ読み取りまたは書き込みを行うオフバイワン エラーを検出できます。Memcheck が検出して警告できる問題には、次のものがあります。

• 初期化されていないメモリの読み取り
• 無効なメモリの読み取り/書き込み。
  • 記憶されfreeた
  • mallocブロック外のメモリ
  • スタックポインタ以下のメモリ
• システムコールの不適切なパラメータの使用
• mem*関数とstr*関数による安全でない重複メモリコピー
• メモリリーク
• 不一致な割り当てと割り当て解除は、
  • CとC++の混在例、mallocおよびdelete
  • スカラーと配列の混合例、newおよびdelete[]
  • 割り当て解除のサイズが割り当てのサイズと異なります
  • 整列された割り当て解除は割り当てと同じ整列ではありません
• 誤った配置の使用
• reallocサイズがゼロの場合の使用

その代償として、パフォーマンスが低下します。Memcheck で実行されるプログラムは、通常、Valgrind の外部で実行される場合よりも 20～30 倍遅くなり^[9]、メモリも多く消費します (割り当てごとにメモリのペナルティがあります)。そのため、コードを常に Memcheck (または他の Valgrind ツール) で実行する開発者はほとんどいません。このようなツールは、特定のバグをトレースするため、またはコード内に潜在的なバグ (Memcheck が検出できる種類) がないことを確認するために最もよく使用されます。

Memcheckに加えて、Valgrindにはいくつかのツールがあります: ^[10]

• None は、分析を実行せずに仮想マシンでコードを実行するため、すべてのツールの中で CPU とメモリのオーバーヘッドが最小になります。Valgrind 自体がセグメンテーション エラーからのトレースバックを提供するため、noneツールは最小限のオーバーヘッドでこのトレースバックを提供します。
• Addrcheck はMemcheck に似ていますが、CPU とメモリのオーバーヘッドがはるかに小さいため、検出できるバグの種類が少なくなります。Addrcheck はバージョン 3.2.0 で削除されました。^[11]
• Massif、ヒープ プロファイラー。独立したGUI massif-visualizer は、Massif からの出力を視覚化します。
• HelgrindとDRD は、マルチスレッドコード内の競合状態を検出します。
• Cachegrind はキャッシュプロファイラーです。独立した GUI KCacheGrind は Cachegrind からの出力を視覚化します。
• Callgrind はJosef Weidendorfer によって作成されたコールグラフアナライザーで、バージョン 3.2.0 以降で Valgrind に追加されました。KCacheGrind は Callgrind からの出力を視覚化できます。
• DHAT は、割り当てられたメモリの量と期間、およびメモリの使用パターンを分析する動的ヒープ分析ツールです。
• exp-bbv は、小さなサンプル セットからパフォーマンスを推定するパフォーマンス シミュレーターです。

exp-sgcheck (バージョン 3.7 より前はexp-ptrcheckという名前でした) は、バージョン 3.16.0 で削除されました。これは、Memcheck では検出できないスタックおよびグローバル配列のオーバーラン エラーを検出するための実験的なツールでした。

外部で開発されたツールもいくつかあります。そのようなツールの1つに、競合状態を検出する別のツールであるThreadSanitizerがあります。^{[12] [13]}

バージョン 3.4.0 の時点で、Valgrind はx86、x86-64およびPowerPC上のLinuxをサポートしています。ARMv7 上の Linux (一部のスマートフォンなどで使用) のサポートはバージョン3.6.0で追加されました。^[14] Solarisのサポートはバージョン 3.11.0 で追加されました。^[5] OS Xのサポートはバージョン 3.5.0 で追加されました。 ^[15] FreeBSD x86 および amd64のサポートはバージョン 3.18.0 で追加されました。FreeBSD aarch64 のサポートはバージョン 3.23.0 で追加されました。他のUnix ライクなプラットフォーム ( OpenBSD ^[16]、NetBSD ^[17]、QNX ^[18]など) への非公式な移植もあります。バージョン 3.7.0 からは ARM/ Androidプラットフォームのサポートが追加されました。^[5]

バージョン3.9.0以降では、 MIPS64のリトルエンディアンおよびビッグエンディアン上のLinux 、 MIPS32上のMIPS DSP ASE 、s390xの10進浮動小数点命令、POWER8（Power ISA 2.07）命令、Intel AVX2命令、Intel Transactional Synchronization Extensions（RTMとHLEの両方）およびPOWER上のハードウェアトランザクションメモリの初期サポートがサポートされています。^[4]

Valgrindという名前は、北欧神話のヴァルハラの正面玄関に由来しています。^{[19] [20]}開発中（リリース前）はプロジェクトはHeimdallと名付けられていましたが、その名前はセキュリティパッケージと競合する恐れがありました。

Valgrindのオリジナルの作者はJulian Sewardで、2006年にValgrindの功績によりGoogle-O'Reilly Open Source Awardを受賞しました。 ^{[21] [22]}

ニコラス・ネザーコート、バート・ヴァン・アッシュ、フロリアン・クロム、トム・ヒューズ、フィリップ・ワロキエ、マーク・ウィラード、ポール・フロイド、ペータル・ヨバノヴィッチ、カール・ラヴ、セリオン・アーマー・ブラウン、イヴォ・ライスルなど、他の多くの人物も重要な貢献をしました。^[23]

多くのLinuxベースのプロジェクトで使用されています。^[24]

パフォーマンスの低下に加えて、Memcheckの重要な制限は、静的データやスタック割り当てデータの使用時に発生する境界エラーをすべて検出できないことです。^[25]次のコードは、コメントに記載されているエラーが含まれているにもかかわらず、Valgrindの Memcheckツールを問題なく通過します。

  int Static [ 5 ]; int func ( void ) { int Stack [ 5 ]; Static [ 5 ] = 0 ; /* エラー - Static[0] から Static[4] が存在し、Static[5] は範囲外です */ Stack [ 5 ] = 0 ; /* エラー - Stack[0] から Stack[4] が存在し、Stack[5] は範囲外です */ return 0 ; } 
  
   
  
     
  
        
         
    
     
  

スタックに割り当てられたデータへのアクセスに関連するすべてのエラーを検出できないことは特に注目に値します。 特定の種類のスタック エラーによって、ソフトウェアが従来の スタック破壊攻撃に対して脆弱になるからです。

• 動的プログラム分析
• ピン
• ダイナモリオ
• ヴォーグル
• リブメム
• アドレスサニタイザー

• Nethercote, Nicholas、Seward, Julian。「Valgrind: 重量級の動的バイナリ計測のためのフレームワーク」。ACM SIGPLAN 2007 プログラミング言語設計および実装会議 (PLDI 2007) の議事録。ACM。
• Seward, Julian、Nethercote, Nicholas (2005 年 4 月 10 日)。「Valgrind を使用してビット精度で未定義値エラーを検出する」。USENIX年次技術会議 2005 の議事録。USENIX 協会: 2。
• Seward, J.; Nethercote, N.; Weidendorfer, J.; Valgrind 開発チーム (2008 年 3 月)。Valgrind 3.3 – GNU/Linux アプリケーション向けの高度なデバッグとプロファイリング。Network Theory Ltd. 164 ページ。ISBN 978-0-9546120-5-4。

ウィキブックスには次のような本があります: Valgrind

• 公式サイト