]> rtime.felk.cvut.cz Git - l4.git/blob - l4/pkg/valgrind/src/valgrind-3.6.0-svn/memcheck/docs/mc-manual.xml
3ee00f21dc69193b8582aeae2eb68ba3e1c47c39
[l4.git] / l4 / pkg / valgrind / src / valgrind-3.6.0-svn / memcheck / docs / mc-manual.xml
1 <?xml version="1.0"?> <!-- -*- sgml -*- -->
2 <!DOCTYPE chapter PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.2//EN"
3           "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.2/docbookx.dtd">
4
5
6 <chapter id="mc-manual" xreflabel="Memcheck: a memory error detector">
7 <title>Memcheck: a memory error detector</title>
8
9 <para>To use this tool, you may specify <option>--tool=memcheck</option>
10 on the Valgrind command line.  You don't have to, though, since Memcheck
11 is the default tool.</para>
12
13
14 <sect1 id="mc-manual.overview" xreflabel="Overview">
15 <title>Overview</title>
16
17 <para>Memcheck is a memory error detector.  It can detect the following
18 problems that are common in C and C++ programs.</para>
19
20 <itemizedlist>
21   <listitem>
22     <para>Accessing memory you shouldn't, e.g. overrunning and underrunning
23     heap blocks, overrunning the top of the stack, and accessing memory after
24     it has been freed.</para>
25   </listitem>
26
27   <listitem>
28     <para>Using undefined values, i.e. values that have not been initialised,
29     or that have been derived from other undefined values.</para>
30   </listitem>
31
32   <listitem>
33     <para>Incorrect freeing of heap memory, such as double-freeing heap
34     blocks, or mismatched use of
35     <function>malloc</function>/<computeroutput>new</computeroutput>/<computeroutput>new[]</computeroutput>
36     versus
37     <function>free</function>/<computeroutput>delete</computeroutput>/<computeroutput>delete[]</computeroutput></para>
38   </listitem>
39
40   <listitem>
41     <para>Overlapping <computeroutput>src</computeroutput> and
42     <computeroutput>dst</computeroutput> pointers in
43     <computeroutput>memcpy</computeroutput> and related
44     functions.</para>
45   </listitem>
46
47   <listitem>
48     <para>Memory leaks.</para>
49   </listitem>
50 </itemizedlist>
51
52 <para>Problems like these can be difficult to find by other means,
53 often remaining undetected for long periods, then causing occasional,
54 difficult-to-diagnose crashes.</para>
55
56 </sect1>
57
58
59
60 <sect1 id="mc-manual.errormsgs"
61        xreflabel="Explanation of error messages from Memcheck">
62 <title>Explanation of error messages from Memcheck</title>
63
64 <para>Memcheck issues a range of error messages.  This section presents a
65 quick summary of what error messages mean.  The precise behaviour of the
66 error-checking machinery is described in <xref
67 linkend="mc-manual.machine"/>.</para>
68
69
70 <sect2 id="mc-manual.badrw" 
71        xreflabel="Illegal read / Illegal write errors">
72 <title>Illegal read / Illegal write errors</title>
73
74 <para>For example:</para>
75 <programlisting><![CDATA[
76 Invalid read of size 4
77    at 0x40F6BBCC: (within /usr/lib/libpng.so.2.1.0.9)
78    by 0x40F6B804: (within /usr/lib/libpng.so.2.1.0.9)
79    by 0x40B07FF4: read_png_image(QImageIO *) (kernel/qpngio.cpp:326)
80    by 0x40AC751B: QImageIO::read() (kernel/qimage.cpp:3621)
81  Address 0xBFFFF0E0 is not stack'd, malloc'd or free'd
82 ]]></programlisting>
83
84 <para>This happens when your program reads or writes memory at a place
85 which Memcheck reckons it shouldn't.  In this example, the program did a
86 4-byte read at address 0xBFFFF0E0, somewhere within the system-supplied
87 library libpng.so.2.1.0.9, which was called from somewhere else in the
88 same library, called from line 326 of <filename>qpngio.cpp</filename>,
89 and so on.</para>
90
91 <para>Memcheck tries to establish what the illegal address might relate
92 to, since that's often useful.  So, if it points into a block of memory
93 which has already been freed, you'll be informed of this, and also where
94 the block was freed.  Likewise, if it should turn out to be just off
95 the end of a heap block, a common result of off-by-one-errors in
96 array subscripting, you'll be informed of this fact, and also where the
97 block was allocated.  If you use the <option><xref
98 linkend="opt.read-var-info"/></option> option Memcheck will run more slowly
99 but may give a more detailed description of any illegal address.</para>
100
101 <para>In this example, Memcheck can't identify the address.  Actually
102 the address is on the stack, but, for some reason, this is not a valid
103 stack address -- it is below the stack pointer and that isn't allowed.
104 In this particular case it's probably caused by GCC generating invalid
105 code, a known bug in some ancient versions of GCC.</para>
106
107 <para>Note that Memcheck only tells you that your program is about to
108 access memory at an illegal address.  It can't stop the access from
109 happening.  So, if your program makes an access which normally would
110 result in a segmentation fault, you program will still suffer the same
111 fate -- but you will get a message from Memcheck immediately prior to
112 this.  In this particular example, reading junk on the stack is
113 non-fatal, and the program stays alive.</para>
114
115 </sect2>
116
117
118
119 <sect2 id="mc-manual.uninitvals" 
120        xreflabel="Use of uninitialised values">
121 <title>Use of uninitialised values</title>
122
123 <para>For example:</para>
124 <programlisting><![CDATA[
125 Conditional jump or move depends on uninitialised value(s)
126    at 0x402DFA94: _IO_vfprintf (_itoa.h:49)
127    by 0x402E8476: _IO_printf (printf.c:36)
128    by 0x8048472: main (tests/manuel1.c:8)
129 ]]></programlisting>
130
131 <para>An uninitialised-value use error is reported when your program
132 uses a value which hasn't been initialised -- in other words, is
133 undefined.  Here, the undefined value is used somewhere inside the
134 <function>printf</function> machinery of the C library.  This error was
135 reported when running the following small program:</para>
136 <programlisting><![CDATA[
137 int main()
138 {
139   int x;
140   printf ("x = %d\n", x);
141 }]]></programlisting>
142
143 <para>It is important to understand that your program can copy around
144 junk (uninitialised) data as much as it likes.  Memcheck observes this
145 and keeps track of the data, but does not complain.  A complaint is
146 issued only when your program attempts to make use of uninitialised
147 data in a way that might affect your program's externally-visible behaviour.
148 In this example, <varname>x</varname> is uninitialised.  Memcheck observes
149 the value being passed to <function>_IO_printf</function> and thence to
150 <function>_IO_vfprintf</function>, but makes no comment.  However,
151 <function>_IO_vfprintf</function> has to examine the value of
152 <varname>x</varname> so it can turn it into the corresponding ASCII string,
153 and it is at this point that Memcheck complains.</para>
154
155 <para>Sources of uninitialised data tend to be:</para>
156 <itemizedlist>
157   <listitem>
158     <para>Local variables in procedures which have not been initialised,
159     as in the example above.</para>
160   </listitem>
161   <listitem>
162     <para>The contents of heap blocks (allocated with
163     <function>malloc</function>, <function>new</function>, or a similar
164     function) before you (or a constructor) write something there.
165     </para>
166   </listitem>
167 </itemizedlist>
168
169 <para>To see information on the sources of uninitialised data in your
170 program, use the <option>--track-origins=yes</option> option.  This
171 makes Memcheck run more slowly, but can make it much easier to track down
172 the root causes of uninitialised value errors.</para>
173
174 </sect2>
175
176
177
178 <sect2 id="mc-manual.bad-syscall-args" 
179        xreflabel="Use of uninitialised or unaddressable values in system
180        calls">
181 <title>Use of uninitialised or unaddressable values in system
182        calls</title>
183
184 <para>Memcheck checks all parameters to system calls:
185 <itemizedlist>
186   <listitem>
187     <para>It checks all the direct parameters themselves, whether they are
188     initialised.</para>
189   </listitem> 
190   <listitem>
191     <para>Also, if a system call needs to read from a buffer provided by
192     your program, Memcheck checks that the entire buffer is addressable
193     and its contents are initialised.</para>
194   </listitem>
195   <listitem>
196     <para>Also, if the system call needs to write to a user-supplied
197     buffer, Memcheck checks that the buffer is addressable.</para>
198   </listitem>
199 </itemizedlist>
200 </para>
201
202 <para>After the system call, Memcheck updates its tracked information to
203 precisely reflect any changes in memory state caused by the system
204 call.</para>
205
206 <para>Here's an example of two system calls with invalid parameters:</para>
207 <programlisting><![CDATA[
208   #include <stdlib.h>
209   #include <unistd.h>
210   int main( void )
211   {
212     char* arr  = malloc(10);
213     int*  arr2 = malloc(sizeof(int));
214     write( 1 /* stdout */, arr, 10 );
215     exit(arr2[0]);
216   }
217 ]]></programlisting>
218
219 <para>You get these complaints ...</para>
220 <programlisting><![CDATA[
221   Syscall param write(buf) points to uninitialised byte(s)
222      at 0x25A48723: __write_nocancel (in /lib/tls/libc-2.3.3.so)
223      by 0x259AFAD3: __libc_start_main (in /lib/tls/libc-2.3.3.so)
224      by 0x8048348: (within /auto/homes/njn25/grind/head4/a.out)
225    Address 0x25AB8028 is 0 bytes inside a block of size 10 alloc'd
226      at 0x259852B0: malloc (vg_replace_malloc.c:130)
227      by 0x80483F1: main (a.c:5)
228
229   Syscall param exit(error_code) contains uninitialised byte(s)
230      at 0x25A21B44: __GI__exit (in /lib/tls/libc-2.3.3.so)
231      by 0x8048426: main (a.c:8)
232 ]]></programlisting>
233
234 <para>... because the program has (a) written uninitialised junk
235 from the heap block to the standard output, and (b) passed an
236 uninitialised value to <function>exit</function>.  Note that the first
237 error refers to the memory pointed to by
238 <computeroutput>buf</computeroutput> (not
239 <computeroutput>buf</computeroutput> itself), but the second error
240 refers directly to <computeroutput>exit</computeroutput>'s argument
241 <computeroutput>arr2[0]</computeroutput>.</para>
242
243 </sect2>
244
245
246 <sect2 id="mc-manual.badfrees" xreflabel="Illegal frees">
247 <title>Illegal frees</title>
248
249 <para>For example:</para>
250 <programlisting><![CDATA[
251 Invalid free()
252    at 0x4004FFDF: free (vg_clientmalloc.c:577)
253    by 0x80484C7: main (tests/doublefree.c:10)
254  Address 0x3807F7B4 is 0 bytes inside a block of size 177 free'd
255    at 0x4004FFDF: free (vg_clientmalloc.c:577)
256    by 0x80484C7: main (tests/doublefree.c:10)
257 ]]></programlisting>
258
259 <para>Memcheck keeps track of the blocks allocated by your program
260 with <function>malloc</function>/<computeroutput>new</computeroutput>,
261 so it can know exactly whether or not the argument to
262 <function>free</function>/<computeroutput>delete</computeroutput> is
263 legitimate or not.  Here, this test program has freed the same block
264 twice.  As with the illegal read/write errors, Memcheck attempts to
265 make sense of the address freed.  If, as here, the address is one
266 which has previously been freed, you wil be told that -- making
267 duplicate frees of the same block easy to spot.  You will also get this
268 message if you try to free a pointer that doesn't point to the start of a
269 heap block.</para>
270
271 </sect2>
272
273
274 <sect2 id="mc-manual.rudefn" 
275        xreflabel="When a heap block is freed with an inappropriate deallocation
276 function">
277 <title>When a heap block is freed with an inappropriate deallocation
278 function</title>
279
280 <para>In the following example, a block allocated with
281 <function>new[]</function> has wrongly been deallocated with
282 <function>free</function>:</para>
283 <programlisting><![CDATA[
284 Mismatched free() / delete / delete []
285    at 0x40043249: free (vg_clientfuncs.c:171)
286    by 0x4102BB4E: QGArray::~QGArray(void) (tools/qgarray.cpp:149)
287    by 0x4C261C41: PptDoc::~PptDoc(void) (include/qmemarray.h:60)
288    by 0x4C261F0E: PptXml::~PptXml(void) (pptxml.cc:44)
289  Address 0x4BB292A8 is 0 bytes inside a block of size 64 alloc'd
290    at 0x4004318C: operator new[](unsigned int) (vg_clientfuncs.c:152)
291    by 0x4C21BC15: KLaola::readSBStream(int) const (klaola.cc:314)
292    by 0x4C21C155: KLaola::stream(KLaola::OLENode const *) (klaola.cc:416)
293    by 0x4C21788F: OLEFilter::convert(QCString const &) (olefilter.cc:272)
294 ]]></programlisting>
295
296 <para>In <literal>C++</literal> it's important to deallocate memory in a
297 way compatible with how it was allocated.  The deal is:</para>
298 <itemizedlist>
299   <listitem>
300     <para>If allocated with
301     <function>malloc</function>,
302     <function>calloc</function>,
303     <function>realloc</function>,
304     <function>valloc</function> or
305     <function>memalign</function>, you must
306     deallocate with <function>free</function>.</para>
307   </listitem>
308   <listitem>
309    <para>If allocated with <function>new</function>, you must deallocate
310    with <function>delete</function>.</para>
311   </listitem>
312   <listitem>
313     <para>If allocated with <function>new[]</function>, you must
314     deallocate with <function>delete[]</function>.</para>
315   </listitem>
316 </itemizedlist>
317
318 <para>The worst thing is that on Linux apparently it doesn't matter if
319 you do mix these up, but the same program may then crash on a
320 different platform, Solaris for example.  So it's best to fix it
321 properly.  According to the KDE folks "it's amazing how many C++
322 programmers don't know this".</para>
323
324 <para>The reason behind the requirement is as follows.  In some C++
325 implementations, <function>delete[]</function> must be used for
326 objects allocated by <function>new[]</function> because the compiler
327 stores the size of the array and the pointer-to-member to the
328 destructor of the array's content just before the pointer actually
329 returned.  <function>delete</function> doesn't account for this and will get
330 confused, possibly corrupting the heap.</para>
331
332 </sect2>
333
334
335
336 <sect2 id="mc-manual.overlap" 
337        xreflabel="Overlapping source and destination blocks">
338 <title>Overlapping source and destination blocks</title>
339
340 <para>The following C library functions copy some data from one
341 memory block to another (or something similar):
342 <function>memcpy</function>,
343 <function>strcpy</function>,
344 <function>strncpy</function>,
345 <function>strcat</function>,
346 <function>strncat</function>. 
347 The blocks pointed to by their <computeroutput>src</computeroutput> and
348 <computeroutput>dst</computeroutput> pointers aren't allowed to overlap.
349 The POSIX standards have wording along the lines "If copying takes place
350 between objects that overlap, the behavior is undefined." Therefore,
351 Memcheck checks for this.
352 </para>
353
354 <para>For example:</para>
355 <programlisting><![CDATA[
356 ==27492== Source and destination overlap in memcpy(0xbffff294, 0xbffff280, 21)
357 ==27492==    at 0x40026CDC: memcpy (mc_replace_strmem.c:71)
358 ==27492==    by 0x804865A: main (overlap.c:40)
359 ]]></programlisting>
360
361 <para>You don't want the two blocks to overlap because one of them could
362 get partially overwritten by the copying.</para>
363
364 <para>You might think that Memcheck is being overly pedantic reporting
365 this in the case where <computeroutput>dst</computeroutput> is less than
366 <computeroutput>src</computeroutput>.  For example, the obvious way to
367 implement <function>memcpy</function> is by copying from the first
368 byte to the last.  However, the optimisation guides of some
369 architectures recommend copying from the last byte down to the first.
370 Also, some implementations of <function>memcpy</function> zero
371 <computeroutput>dst</computeroutput> before copying, because zeroing the
372 destination's cache line(s) can improve performance.</para>
373
374 <para>The moral of the story is: if you want to write truly portable
375 code, don't make any assumptions about the language
376 implementation.</para>
377
378 </sect2>
379
380
381 <sect2 id="mc-manual.leaks" xreflabel="Memory leak detection">
382 <title>Memory leak detection</title>
383
384 <para>Memcheck keeps track of all heap blocks issued in response to
385 calls to
386 <function>malloc</function>/<function>new</function> et al.
387 So when the program exits, it knows which blocks have not been freed.
388 </para>
389
390 <para>If <option>--leak-check</option> is set appropriately, for each
391 remaining block, Memcheck determines if the block is reachable from pointers
392 within the root-set.  The root-set consists of (a) general purpose registers
393 of all threads, and (b) initialised, aligned, pointer-sized data words in
394 accessible client memory, including stacks.</para>
395
396 <para>There are two ways a block can be reached.  The first is with a
397 "start-pointer", i.e. a pointer to the start of the block.  The second is with
398 an "interior-pointer", i.e. a pointer to the middle of the block.  There are
399 three ways we know of that an interior-pointer can occur:</para>
400
401 <itemizedlist>
402   <listitem>
403     <para>The pointer might have originally been a start-pointer and have been
404     moved along deliberately (or not deliberately) by the program.</para>
405   </listitem>
406     
407   <listitem>
408     <para>It might be a random junk value in memory, entirely unrelated, just
409     a coincidence.</para>
410   </listitem>
411     
412   <listitem>
413     <para>It might be a pointer to an array of C++ objects (which possess
414     destructors) allocated with <computeroutput>new[]</computeroutput>.  In
415     this case, some compilers store a "magic cookie" containing the array
416     length at the start of the allocated block, and return a pointer to just
417     past that magic cookie, i.e. an interior-pointer.
418     See <ulink url="http://theory.uwinnipeg.ca/gnu/gcc/gxxint_14.html">this
419     page</ulink> for more information.</para>
420   </listitem>
421 </itemizedlist>
422
423 <para>With that in mind, consider the nine possible cases described by the
424 following figure.</para>
425
426 <programlisting><![CDATA[
427      Pointer chain            AAA Category    BBB Category
428      -------------            ------------    ------------
429 (1)  RRR ------------> BBB                    DR
430 (2)  RRR ---> AAA ---> BBB    DR              IR
431 (3)  RRR               BBB                    DL
432 (4)  RRR      AAA ---> BBB    DL              IL
433 (5)  RRR ------?-----> BBB                    (y)DR, (n)DL
434 (6)  RRR ---> AAA -?-> BBB    DR              (y)IR, (n)DL
435 (7)  RRR -?-> AAA ---> BBB    (y)DR, (n)DL    (y)IR, (n)IL
436 (8)  RRR -?-> AAA -?-> BBB    (y)DR, (n)DL    (y,y)IR, (n,y)IL, (_,n)DL
437 (9)  RRR      AAA -?-> BBB    DL              (y)IL, (n)DL
438
439 Pointer chain legend:
440 - RRR: a root set node or DR block
441 - AAA, BBB: heap blocks
442 - --->: a start-pointer
443 - -?->: an interior-pointer
444
445 Category legend:
446 - DR: Directly reachable
447 - IR: Indirectly reachable
448 - DL: Directly lost
449 - IL: Indirectly lost
450 - (y)XY: it's XY if the interior-pointer is a real pointer
451 - (n)XY: it's XY if the interior-pointer is not a real pointer
452 - (_)XY: it's XY in either case
453 ]]></programlisting>
454
455 <para>Every possible case can be reduced to one of the above nine.  Memcheck
456 merges some of these cases in its output, resulting in the following four
457 categories.</para>
458
459
460 <itemizedlist>
461
462   <listitem>
463     <para>"Still reachable". This covers cases 1 and 2 (for the BBB blocks)
464     above.  A start-pointer or chain of start-pointers to the block is
465     found.  Since the block is still pointed at, the programmer could, at
466     least in principle, have freed it before program exit.  Because these
467     are very common and arguably not a problem, Memcheck won't report such
468     blocks individually unless <option>--show-reachable=yes</option> is
469     specified.</para>
470   </listitem>
471
472   <listitem>
473     <para>"Definitely lost".  This covers case 3 (for the BBB blocks) above.
474     This means that no pointer to the block can be found.  The block is
475     classified as "lost", because the programmer could not possibly have
476     freed it at program exit, since no pointer to it exists.  This is likely
477     a symptom of having lost the pointer at some earlier point in the
478     program.  Such cases should be fixed by the programmer.</para>
479     </listitem>
480
481   <listitem>
482     <para>"Indirectly lost".  This covers cases 4 and 9 (for the BBB blocks)
483     above.  This means that the block is lost, not because there are no
484     pointers to it, but rather because all the blocks that point to it are
485     themselves lost.  For example, if you have a binary tree and the root
486     node is lost, all its children nodes will be indirectly lost.  Because
487     the problem will disappear if the definitely lost block that caused the
488     indirect leak is fixed, Memcheck won't report such blocks individually
489     unless <option>--show-reachable=yes</option> is specified.</para>
490   </listitem>
491
492   <listitem>
493     <para>"Possibly lost".  This covers cases 5--8 (for the BBB blocks)
494     above.  This means that a chain of one or more pointers to the block has
495     been found, but at least one of the pointers is an interior-pointer.
496     This could just be a random value in memory that happens to point into a
497     block, and so you shouldn't consider this ok unless you know you have
498     interior-pointers.</para>
499   </listitem>
500
501 </itemizedlist>
502
503 <para>(Note: This mapping of the nine possible cases onto four categories is
504 not necessarily the best way that leaks could be reported;  in particular,
505 interior-pointers are treated inconsistently.  It is possible the
506 categorisation may be improved in the future.)</para>
507
508 <para>Furthermore, if suppressions exists for a block, it will be reported
509 as "suppressed" no matter what which of the above four categories it belongs
510 to.</para>
511
512
513 <para>The following is an example leak summary.</para>
514
515 <programlisting><![CDATA[
516 LEAK SUMMARY:
517    definitely lost: 48 bytes in 3 blocks.
518    indirectly lost: 32 bytes in 2 blocks.
519      possibly lost: 96 bytes in 6 blocks.
520    still reachable: 64 bytes in 4 blocks.
521         suppressed: 0 bytes in 0 blocks.
522 ]]></programlisting>
523
524 <para>If <option>--leak-check=full</option> is specified,
525 Memcheck will give details for each definitely lost or possibly lost block,
526 including where it was allocated.  (Actually, it merges results for all
527 blocks that have the same category and sufficiently similar stack traces
528 into a single "loss record".  The
529 <option>--leak-resolution</option> lets you control the
530 meaning of "sufficiently similar".)  It cannot tell you when or how or why
531 the pointer to a leaked block was lost; you have to work that out for
532 yourself.  In general, you should attempt to ensure your programs do not
533 have any definitely lost or possibly lost blocks at exit.</para>
534
535 <para>For example:</para>
536 <programlisting><![CDATA[
537 8 bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 1 of 14
538    at 0x........: malloc (vg_replace_malloc.c:...)
539    by 0x........: mk (leak-tree.c:11)
540    by 0x........: main (leak-tree.c:39)
541
542 88 (8 direct, 80 indirect) bytes in 1 blocks are definitely lost in loss record 13 of 14
543    at 0x........: malloc (vg_replace_malloc.c:...)
544    by 0x........: mk (leak-tree.c:11)
545    by 0x........: main (leak-tree.c:25)
546 ]]></programlisting>
547
548 <para>The first message describes a simple case of a single 8 byte block
549 that has been definitely lost.  The second case mentions another 8 byte
550 block that has been definitely lost;  the difference is that a further 80
551 bytes in other blocks are indirectly lost because of this lost block.
552 The loss records are not presented in any notable order, so the loss record
553 numbers aren't particularly meaningful.</para>
554
555 <para>If you specify <option>--show-reachable=yes</option>,
556 reachable and indirectly lost blocks will also be shown, as the following
557 two examples show.</para>
558
559 <programlisting><![CDATA[
560 64 bytes in 4 blocks are still reachable in loss record 2 of 4
561    at 0x........: malloc (vg_replace_malloc.c:177)
562    by 0x........: mk (leak-cases.c:52)
563    by 0x........: main (leak-cases.c:74)
564
565 32 bytes in 2 blocks are indirectly lost in loss record 1 of 4
566    at 0x........: malloc (vg_replace_malloc.c:177)
567    by 0x........: mk (leak-cases.c:52)
568    by 0x........: main (leak-cases.c:80)
569 ]]></programlisting>
570
571 <para>Because there are different kinds of leaks with different severities, an
572 interesting question is this: which leaks should be counted as true "errors"
573 and which should not?  The answer to this question affects the numbers printed
574 in the <computeroutput>ERROR SUMMARY</computeroutput> line, and also the effect
575 of the <option>--error-exitcode</option> option.  Memcheck uses the following
576 criteria:</para>
577
578 <itemizedlist>
579   <listitem>
580     <para>First, a leak is only counted as a true "error" if
581     <option>--leak-check=full</option> is specified.  In other words, an
582     unprinted leak is not considered a true "error".  If this were not the
583     case, it would be possible to get a high error count but not have any
584     errors printed, which would be confusing.</para>
585   </listitem>
586
587   <listitem>
588     <para>After that, definitely lost and possibly lost blocks are counted as
589     true "errors".  Indirectly lost and still reachable blocks are not counted
590     as true "errors", even if <option>--show-reachable=yes</option> is
591     specified and they are printed;  this is because such blocks don't need
592     direct fixing by the programmer.
593     </para>
594   </listitem>
595 </itemizedlist>
596
597 </sect2>
598
599 </sect1>
600
601
602
603 <sect1 id="mc-manual.options" 
604        xreflabel="Memcheck Command-Line Options">
605 <title>Memcheck Command-Line Options</title>
606
607 <!-- start of xi:include in the manpage -->
608 <variablelist id="mc.opts.list">
609
610   <varlistentry id="opt.leak-check" xreflabel="--leak-check">
611     <term>
612       <option><![CDATA[--leak-check=<no|summary|yes|full> [default: summary] ]]></option>
613     </term>
614     <listitem>
615       <para>When enabled, search for memory leaks when the client
616       program finishes.  If set to <varname>summary</varname>, it says how
617       many leaks occurred.  If set to <varname>full</varname> or
618       <varname>yes</varname>, it also gives details of each individual
619       leak.</para>
620     </listitem>
621   </varlistentry>
622
623   <varlistentry id="opt.leak-resolution" xreflabel="--leak-resolution">
624     <term>
625       <option><![CDATA[--leak-resolution=<low|med|high> [default: high] ]]></option>
626     </term>
627     <listitem>
628       <para>When doing leak checking, determines how willing
629       Memcheck is to consider different backtraces to
630       be the same for the purposes of merging multiple leaks into a single
631       leak report.  When set to <varname>low</varname>, only the first
632       two entries need match.  When <varname>med</varname>, four entries
633       have to match.  When <varname>high</varname>, all entries need to
634       match.</para>
635
636       <para>For hardcore leak debugging, you probably want to use
637       <option>--leak-resolution=high</option> together with
638       <option>--num-callers=40</option> or some such large number.
639       </para>
640
641       <para>Note that the <option>--leak-resolution</option> setting
642       does not affect Memcheck's ability to find
643       leaks.  It only changes how the results are presented.</para>
644     </listitem>
645   </varlistentry>
646
647   <varlistentry id="opt.show-reachable" xreflabel="--show-reachable">
648     <term>
649       <option><![CDATA[--show-reachable=<yes|no> [default: no] ]]></option>
650     </term>
651     <listitem>
652       <para>When disabled, the memory leak detector only shows "definitely
653       lost" and "possibly lost" blocks.  When enabled, the leak detector also
654       shows "reachable" and "indirectly lost" blocks.  (In other words, it
655       shows all blocks, except suppressed ones, so
656       <option>--show-all</option> would be a better name for
657       it.)</para>
658     </listitem>
659   </varlistentry>
660
661   <varlistentry id="opt.undef-value-errors" xreflabel="--undef-value-errors">
662     <term>
663       <option><![CDATA[--undef-value-errors=<yes|no> [default: yes] ]]></option>
664     </term>
665     <listitem>
666       <para>Controls whether Memcheck reports
667       uses of undefined value errors.  Set this to
668       <varname>no</varname> if you don't want to see undefined value
669       errors.  It also has the side effect of speeding up
670       Memcheck somewhat.
671       </para>
672     </listitem>
673   </varlistentry>
674
675   <varlistentry id="opt.track-origins" xreflabel="--track-origins">
676     <term>
677       <option><![CDATA[--track-origins=<yes|no> [default: no] ]]></option>
678     </term>
679       <listitem>
680         <para>Controls whether Memcheck tracks
681         the origin of uninitialised values.  By default, it does not,
682         which means that although it can tell you that an
683         uninitialised value is being used in a dangerous way, it
684         cannot tell you where the uninitialised value came from.  This
685         often makes it difficult to track down the root problem.
686         </para>
687         <para>When set
688         to <varname>yes</varname>, Memcheck keeps
689         track of the origins of all uninitialised values.  Then, when
690         an uninitialised value error is
691         reported, Memcheck will try to show the
692         origin of the value.  An origin can be one of the following
693         four places: a heap block, a stack allocation, a client
694         request, or miscellaneous other sources (eg, a call
695         to <varname>brk</varname>).
696         </para>
697         <para>For uninitialised values originating from a heap
698         block, Memcheck shows where the block was
699         allocated.  For uninitialised values originating from a stack
700         allocation, Memcheck can tell you which
701         function allocated the value, but no more than that -- typically
702         it shows you the source location of the opening brace of the
703         function.  So you should carefully check that all of the
704         function's local variables are initialised properly.
705         </para>
706         <para>Performance overhead: origin tracking is expensive.  It
707         halves Memcheck's speed and increases
708         memory use by a minimum of 100MB, and possibly more.
709         Nevertheless it can drastically reduce the effort required to
710         identify the root cause of uninitialised value errors, and so
711         is often a programmer productivity win, despite running
712         more slowly.
713         </para>
714         <para>Accuracy: Memcheck tracks origins
715         quite accurately.  To avoid very large space and time
716         overheads, some approximations are made.  It is possible,
717         although unlikely, that Memcheck will report an incorrect origin, or
718         not be able to identify any origin.
719         </para>
720         <para>Note that the combination
721         <option>--track-origins=yes</option>
722         and <option>--undef-value-errors=no</option> is
723         nonsensical.  Memcheck checks for and
724         rejects this combination at startup.
725         </para>
726       </listitem>
727   </varlistentry>
728
729   <varlistentry id="opt.partial-loads-ok" xreflabel="--partial-loads-ok">
730     <term>
731       <option><![CDATA[--partial-loads-ok=<yes|no> [default: no] ]]></option>
732     </term>
733     <listitem>
734       <para>Controls how Memcheck handles word-sized,
735       word-aligned loads from addresses for which some bytes are
736       addressable and others are not.  When <varname>yes</varname>, such
737       loads do not produce an address error.  Instead, loaded bytes
738       originating from illegal addresses are marked as uninitialised, and
739       those corresponding to legal addresses are handled in the normal
740       way.</para>
741
742       <para>When <varname>no</varname>, loads from partially invalid
743       addresses are treated the same as loads from completely invalid
744       addresses: an illegal-address error is issued, and the resulting
745       bytes are marked as initialised.</para>
746
747       <para>Note that code that behaves in this way is in violation of
748       the the ISO C/C++ standards, and should be considered broken.  If
749       at all possible, such code should be fixed.  This option should be
750       used only as a last resort.</para>
751     </listitem>
752   </varlistentry>
753
754   <varlistentry id="opt.freelist-vol" xreflabel="--freelist-vol">
755     <term>
756       <option><![CDATA[--freelist-vol=<number> [default: 10000000] ]]></option>
757     </term>
758     <listitem>
759       <para>When the client program releases memory using
760       <function>free</function> (in <literal>C</literal>) or
761       <computeroutput>delete</computeroutput>
762       (<literal>C++</literal>), that memory is not immediately made
763       available for re-allocation.  Instead, it is marked inaccessible
764       and placed in a queue of freed blocks.  The purpose is to defer as
765       long as possible the point at which freed-up memory comes back
766       into circulation.  This increases the chance that
767       Memcheck will be able to detect invalid
768       accesses to blocks for some significant period of time after they
769       have been freed.</para>
770
771       <para>This option specifies the maximum total size, in bytes, of the
772       blocks in the queue.  The default value is ten million bytes.
773       Increasing this increases the total amount of memory used by
774       Memcheck but may detect invalid uses of freed
775       blocks which would otherwise go undetected.</para>
776     </listitem>
777   </varlistentry>
778
779   <varlistentry id="opt.workaround-gcc296-bugs" xreflabel="--workaround-gcc296-bugs">
780     <term>
781       <option><![CDATA[--workaround-gcc296-bugs=<yes|no> [default: no] ]]></option>
782     </term>
783     <listitem>
784       <para>When enabled, assume that reads and writes some small
785       distance below the stack pointer are due to bugs in GCC 2.96, and
786       does not report them.  The "small distance" is 256 bytes by
787       default.  Note that GCC 2.96 is the default compiler on some ancient
788       Linux distributions (RedHat 7.X) and so you may need to use this
789       option.  Do not use it if you do not have to, as it can cause real
790       errors to be overlooked.  A better alternative is to use a more
791       recent GCC in which this bug is fixed.</para>
792
793       <para>You may also need to use this option when working with
794       GCC 3.X or 4.X on 32-bit PowerPC Linux.  This is because
795       GCC generates code which occasionally accesses below the
796       stack pointer, particularly for floating-point to/from integer
797       conversions.  This is in violation of the 32-bit PowerPC ELF
798       specification, which makes no provision for locations below the
799       stack pointer to be accessible.</para>
800     </listitem>
801   </varlistentry>
802
803   <varlistentry id="opt.ignore-ranges" xreflabel="--ignore-ranges">
804     <term>
805       <option><![CDATA[--ignore-ranges=0xPP-0xQQ[,0xRR-0xSS] ]]></option>
806     </term>
807     <listitem>
808     <para>Any ranges listed in this option (and multiple ranges can be
809     specified, separated by commas) will be ignored by Memcheck's
810     addressability checking.</para>
811     </listitem>
812   </varlistentry>
813
814   <varlistentry id="opt.malloc-fill" xreflabel="--malloc-fill">
815     <term>
816       <option><![CDATA[--malloc-fill=<hexnumber> ]]></option>
817     </term>
818     <listitem>
819       <para>Fills blocks allocated
820       by <computeroutput>malloc</computeroutput>,
821          <computeroutput>new</computeroutput>, etc, but not
822       by <computeroutput>calloc</computeroutput>, with the specified
823       byte.  This can be useful when trying to shake out obscure
824       memory corruption problems.  The allocated area is still
825       regarded by Memcheck as undefined -- this option only affects its
826       contents.
827       </para>
828     </listitem>
829   </varlistentry>
830
831   <varlistentry id="opt.free-fill" xreflabel="--free-fill">
832     <term>
833       <option><![CDATA[--free-fill=<hexnumber> ]]></option>
834     </term>
835     <listitem>
836       <para>Fills blocks freed
837       by <computeroutput>free</computeroutput>,
838          <computeroutput>delete</computeroutput>, etc, with the
839       specified byte value.  This can be useful when trying to shake out
840       obscure memory corruption problems.  The freed area is still
841       regarded by Memcheck as not valid for access -- this option only
842       affects its contents.
843       </para>
844     </listitem>
845   </varlistentry>
846
847 </variablelist>
848 <!-- end of xi:include in the manpage -->
849
850 </sect1>
851
852
853 <sect1 id="mc-manual.suppfiles" xreflabel="Writing suppression files">
854 <title>Writing suppression files</title>
855
856 <para>The basic suppression format is described in 
857 <xref linkend="manual-core.suppress"/>.</para>
858
859 <para>The suppression-type (second) line should have the form:</para>
860 <programlisting><![CDATA[
861 Memcheck:suppression_type]]></programlisting>
862
863 <para>The Memcheck suppression types are as follows:</para>
864
865 <itemizedlist>
866   <listitem>
867     <para><varname>Value1</varname>, 
868     <varname>Value2</varname>,
869     <varname>Value4</varname>,
870     <varname>Value8</varname>,
871     <varname>Value16</varname>,
872     meaning an uninitialised-value error when
873     using a value of 1, 2, 4, 8 or 16 bytes.</para>
874   </listitem>
875
876   <listitem>
877     <para><varname>Cond</varname> (or its old
878     name, <varname>Value0</varname>), meaning use
879     of an uninitialised CPU condition code.</para>
880   </listitem>
881
882   <listitem>
883     <para><varname>Addr1</varname>,
884     <varname>Addr2</varname>, 
885     <varname>Addr4</varname>,
886     <varname>Addr8</varname>,
887     <varname>Addr16</varname>, 
888     meaning an invalid address during a
889     memory access of 1, 2, 4, 8 or 16 bytes respectively.</para>
890   </listitem>
891
892   <listitem>
893     <para><varname>Jump</varname>, meaning an
894     jump to an unaddressable location error.</para>
895   </listitem>
896
897   <listitem>
898     <para><varname>Param</varname>, meaning an
899     invalid system call parameter error.</para>
900   </listitem>
901
902   <listitem>
903     <para><varname>Free</varname>, meaning an
904     invalid or mismatching free.</para>
905   </listitem>
906
907   <listitem>
908     <para><varname>Overlap</varname>, meaning a
909     <computeroutput>src</computeroutput> /
910     <computeroutput>dst</computeroutput> overlap in
911     <function>memcpy</function> or a similar function.</para>
912   </listitem>
913
914   <listitem>
915     <para><varname>Leak</varname>, meaning
916     a memory leak.</para>
917   </listitem>
918
919 </itemizedlist>
920
921 <para><computeroutput>Param</computeroutput> errors have an extra
922 information line at this point, which is the name of the offending
923 system call parameter.  No other error kinds have this extra
924 line.</para>
925
926 <para>The first line of the calling context: for <varname>ValueN</varname>
927 and <varname>AddrN</varname> errors, it is either the name of the function
928 in which the error occurred, or, failing that, the full path of the
929 <filename>.so</filename> file
930 or executable containing the error location.  For <varname>Free</varname> errors, is the name
931 of the function doing the freeing (eg, <function>free</function>,
932 <function>__builtin_vec_delete</function>, etc).  For
933 <varname>Overlap</varname> errors, is the name of the function with the
934 overlapping arguments (eg.  <function>memcpy</function>,
935 <function>strcpy</function>, etc).</para>
936
937 <para>Lastly, there's the rest of the calling context.</para>
938
939 </sect1>
940
941
942
943 <sect1 id="mc-manual.machine" 
944        xreflabel="Details of Memcheck's checking machinery">
945 <title>Details of Memcheck's checking machinery</title>
946
947 <para>Read this section if you want to know, in detail, exactly
948 what and how Memcheck is checking.</para>
949
950
951 <sect2 id="mc-manual.value" xreflabel="Valid-value (V) bit">
952 <title>Valid-value (V) bits</title>
953
954 <para>It is simplest to think of Memcheck implementing a synthetic CPU
955 which is identical to a real CPU, except for one crucial detail.  Every
956 bit (literally) of data processed, stored and handled by the real CPU
957 has, in the synthetic CPU, an associated "valid-value" bit, which says
958 whether or not the accompanying bit has a legitimate value.  In the
959 discussions which follow, this bit is referred to as the V (valid-value)
960 bit.</para>
961
962 <para>Each byte in the system therefore has a 8 V bits which follow it
963 wherever it goes.  For example, when the CPU loads a word-size item (4
964 bytes) from memory, it also loads the corresponding 32 V bits from a
965 bitmap which stores the V bits for the process' entire address space.
966 If the CPU should later write the whole or some part of that value to
967 memory at a different address, the relevant V bits will be stored back
968 in the V-bit bitmap.</para>
969
970 <para>In short, each bit in the system has (conceptually) an associated V
971 bit, which follows it around everywhere, even inside the CPU.  Yes, all the
972 CPU's registers (integer, floating point, vector and condition registers)
973 have their own V bit vectors.  For this to work, Memcheck uses a great deal
974 of compression to represent the V bits compactly.</para>
975
976 <para>Copying values around does not cause Memcheck to check for, or
977 report on, errors.  However, when a value is used in a way which might
978 conceivably affect your program's externally-visible behaviour,
979 the associated V bits are immediately checked.  If any of these indicate
980 that the value is undefined (even partially), an error is reported.</para>
981
982 <para>Here's an (admittedly nonsensical) example:</para>
983 <programlisting><![CDATA[
984 int i, j;
985 int a[10], b[10];
986 for ( i = 0; i < 10; i++ ) {
987   j = a[i];
988   b[i] = j;
989 }]]></programlisting>
990
991 <para>Memcheck emits no complaints about this, since it merely copies
992 uninitialised values from <varname>a[]</varname> into
993 <varname>b[]</varname>, and doesn't use them in a way which could
994 affect the behaviour of the program.  However, if
995 the loop is changed to:</para>
996 <programlisting><![CDATA[
997 for ( i = 0; i < 10; i++ ) {
998   j += a[i];
999 }
1000 if ( j == 77 ) 
1001   printf("hello there\n");
1002 ]]></programlisting>
1003
1004 <para>then Memcheck will complain, at the
1005 <computeroutput>if</computeroutput>, that the condition depends on
1006 uninitialised values.  Note that it <command>doesn't</command> complain
1007 at the <varname>j += a[i];</varname>, since at that point the
1008 undefinedness is not "observable".  It's only when a decision has to be
1009 made as to whether or not to do the <function>printf</function> -- an
1010 observable action of your program -- that Memcheck complains.</para>
1011
1012 <para>Most low level operations, such as adds, cause Memcheck to use the
1013 V bits for the operands to calculate the V bits for the result.  Even if
1014 the result is partially or wholly undefined, it does not
1015 complain.</para>
1016
1017 <para>Checks on definedness only occur in three places: when a value is
1018 used to generate a memory address, when control flow decision needs to
1019 be made, and when a system call is detected, Memcheck checks definedness
1020 of parameters as required.</para>
1021
1022 <para>If a check should detect undefinedness, an error message is
1023 issued.  The resulting value is subsequently regarded as well-defined.
1024 To do otherwise would give long chains of error messages.  In other
1025 words, once Memcheck reports an undefined value error, it tries to
1026 avoid reporting further errors derived from that same undefined
1027 value.</para>
1028
1029 <para>This sounds overcomplicated.  Why not just check all reads from
1030 memory, and complain if an undefined value is loaded into a CPU
1031 register?  Well, that doesn't work well, because perfectly legitimate C
1032 programs routinely copy uninitialised values around in memory, and we
1033 don't want endless complaints about that.  Here's the canonical example.
1034 Consider a struct like this:</para>
1035 <programlisting><![CDATA[
1036 struct S { int x; char c; };
1037 struct S s1, s2;
1038 s1.x = 42;
1039 s1.c = 'z';
1040 s2 = s1;
1041 ]]></programlisting>
1042
1043 <para>The question to ask is: how large is <varname>struct S</varname>,
1044 in bytes?  An <varname>int</varname> is 4 bytes and a
1045 <varname>char</varname> one byte, so perhaps a <varname>struct
1046 S</varname> occupies 5 bytes?  Wrong.  All non-toy compilers we know
1047 of will round the size of <varname>struct S</varname> up to a whole
1048 number of words, in this case 8 bytes.  Not doing this forces compilers
1049 to generate truly appalling code for accessing arrays of
1050 <varname>struct S</varname>'s on some architectures.</para>
1051
1052 <para>So <varname>s1</varname> occupies 8 bytes, yet only 5 of them will
1053 be initialised.  For the assignment <varname>s2 = s1</varname>, GCC
1054 generates code to copy all 8 bytes wholesale into <varname>s2</varname>
1055 without regard for their meaning.  If Memcheck simply checked values as
1056 they came out of memory, it would yelp every time a structure assignment
1057 like this happened.  So the more complicated behaviour described above
1058 is necessary.  This allows GCC to copy
1059 <varname>s1</varname> into <varname>s2</varname> any way it likes, and a
1060 warning will only be emitted if the uninitialised values are later
1061 used.</para>
1062
1063 </sect2>
1064
1065
1066 <sect2 id="mc-manual.vaddress" xreflabel=" Valid-address (A) bits">
1067 <title>Valid-address (A) bits</title>
1068
1069 <para>Notice that the previous subsection describes how the validity of
1070 values is established and maintained without having to say whether the
1071 program does or does not have the right to access any particular memory
1072 location.  We now consider the latter question.</para>
1073
1074 <para>As described above, every bit in memory or in the CPU has an
1075 associated valid-value (V) bit.  In addition, all bytes in memory, but
1076 not in the CPU, have an associated valid-address (A) bit.  This
1077 indicates whether or not the program can legitimately read or write that
1078 location.  It does not give any indication of the validity or the data
1079 at that location -- that's the job of the V bits -- only whether or not
1080 the location may be accessed.</para>
1081
1082 <para>Every time your program reads or writes memory, Memcheck checks
1083 the A bits associated with the address.  If any of them indicate an
1084 invalid address, an error is emitted.  Note that the reads and writes
1085 themselves do not change the A bits, only consult them.</para>
1086
1087 <para>So how do the A bits get set/cleared?  Like this:</para>
1088
1089 <itemizedlist>
1090   <listitem>
1091     <para>When the program starts, all the global data areas are
1092     marked as accessible.</para>
1093   </listitem>
1094
1095   <listitem>
1096     <para>When the program does
1097     <function>malloc</function>/<computeroutput>new</computeroutput>,
1098     the A bits for exactly the area allocated, and not a byte more,
1099     are marked as accessible.  Upon freeing the area the A bits are
1100     changed to indicate inaccessibility.</para>
1101   </listitem>
1102
1103   <listitem>
1104     <para>When the stack pointer register (<literal>SP</literal>) moves
1105     up or down, A bits are set.  The rule is that the area from
1106     <literal>SP</literal> up to the base of the stack is marked as
1107     accessible, and below <literal>SP</literal> is inaccessible.  (If
1108     that sounds illogical, bear in mind that the stack grows down, not
1109     up, on almost all Unix systems, including GNU/Linux.)  Tracking
1110     <literal>SP</literal> like this has the useful side-effect that the
1111     section of stack used by a function for local variables etc is
1112     automatically marked accessible on function entry and inaccessible
1113     on exit.</para>
1114   </listitem>
1115
1116   <listitem>
1117     <para>When doing system calls, A bits are changed appropriately.
1118     For example, <literal>mmap</literal>
1119     magically makes files appear in the process'
1120     address space, so the A bits must be updated if <literal>mmap</literal>
1121     succeeds.</para>
1122   </listitem>
1123
1124   <listitem>
1125     <para>Optionally, your program can tell Memcheck about such changes
1126     explicitly, using the client request mechanism described
1127     above.</para>
1128   </listitem>
1129
1130 </itemizedlist>
1131
1132 </sect2>
1133
1134
1135 <sect2 id="mc-manual.together" xreflabel="Putting it all together">
1136 <title>Putting it all together</title>
1137
1138 <para>Memcheck's checking machinery can be summarised as
1139 follows:</para>
1140
1141 <itemizedlist>
1142   <listitem>
1143     <para>Each byte in memory has 8 associated V (valid-value) bits,
1144     saying whether or not the byte has a defined value, and a single A
1145     (valid-address) bit, saying whether or not the program currently has
1146     the right to read/write that address.  (But, as mentioned above, heavy
1147     use of compression means the overhead is typically less than 25%.)</para>
1148   </listitem>
1149
1150   <listitem>
1151     <para>When memory is read or written, the relevant A bits are
1152     consulted.  If they indicate an invalid address, Memcheck emits an
1153     Invalid read or Invalid write error.</para>
1154   </listitem>
1155
1156   <listitem>
1157     <para>When memory is read into the CPU's registers, the relevant V
1158     bits are fetched from memory and stored in the simulated CPU.  They
1159     are not consulted.</para>
1160   </listitem>
1161
1162   <listitem>
1163     <para>When a register is written out to memory, the V bits for that
1164     register are written back to memory too.</para>
1165   </listitem>
1166
1167   <listitem>
1168     <para>When values in CPU registers are used to generate a memory
1169     address, or to determine the outcome of a conditional branch, the V
1170     bits for those values are checked, and an error emitted if any of
1171     them are undefined.</para>
1172   </listitem>
1173
1174   <listitem>
1175     <para>When values in CPU registers are used for any other purpose,
1176     Memcheck computes the V bits for the result, but does not check
1177     them.</para>
1178   </listitem>
1179
1180   <listitem>
1181     <para>Once the V bits for a value in the CPU have been checked, they
1182     are then set to indicate validity.  This avoids long chains of
1183     errors.</para>
1184   </listitem>
1185
1186   <listitem>
1187     <para>When values are loaded from memory, Memcheck checks the A bits
1188     for that location and issues an illegal-address warning if needed.
1189     In that case, the V bits loaded are forced to indicate Valid,
1190     despite the location being invalid.</para>
1191
1192     <para>This apparently strange choice reduces the amount of confusing
1193     information presented to the user.  It avoids the unpleasant
1194     phenomenon in which memory is read from a place which is both
1195     unaddressable and contains invalid values, and, as a result, you get
1196     not only an invalid-address (read/write) error, but also a
1197     potentially large set of uninitialised-value errors, one for every
1198     time the value is used.</para>
1199
1200     <para>There is a hazy boundary case to do with multi-byte loads from
1201     addresses which are partially valid and partially invalid.  See
1202     details of the option <option>--partial-loads-ok</option> for details.
1203     </para>
1204   </listitem>
1205
1206 </itemizedlist>
1207
1208
1209 <para>Memcheck intercepts calls to <function>malloc</function>,
1210 <function>calloc</function>, <function>realloc</function>,
1211 <function>valloc</function>, <function>memalign</function>,
1212 <function>free</function>, <computeroutput>new</computeroutput>,
1213 <computeroutput>new[]</computeroutput>,
1214 <computeroutput>delete</computeroutput> and
1215 <computeroutput>delete[]</computeroutput>.  The behaviour you get
1216 is:</para>
1217
1218 <itemizedlist>
1219
1220   <listitem>
1221     <para><function>malloc</function>/<function>new</function>/<computeroutput>new[]</computeroutput>:
1222     the returned memory is marked as addressable but not having valid
1223     values.  This means you have to write to it before you can read
1224     it.</para>
1225   </listitem>
1226
1227   <listitem>
1228     <para><function>calloc</function>: returned memory is marked both
1229     addressable and valid, since <function>calloc</function> clears
1230     the area to zero.</para>
1231   </listitem>
1232
1233   <listitem>
1234     <para><function>realloc</function>: if the new size is larger than
1235     the old, the new section is addressable but invalid, as with
1236     <function>malloc</function>.  If the new size is smaller, the
1237     dropped-off section is marked as unaddressable.  You may only pass to
1238     <function>realloc</function> a pointer previously issued to you by
1239     <function>malloc</function>/<function>calloc</function>/<function>realloc</function>.</para>
1240   </listitem>
1241
1242   <listitem>
1243     <para><function>free</function>/<computeroutput>delete</computeroutput>/<computeroutput>delete[]</computeroutput>:
1244     you may only pass to these functions a pointer previously issued
1245     to you by the corresponding allocation function.  Otherwise,
1246     Memcheck complains.  If the pointer is indeed valid, Memcheck
1247     marks the entire area it points at as unaddressable, and places
1248     the block in the freed-blocks-queue.  The aim is to defer as long
1249     as possible reallocation of this block.  Until that happens, all
1250     attempts to access it will elicit an invalid-address error, as you
1251     would hope.</para>
1252   </listitem>
1253
1254 </itemizedlist>
1255
1256 </sect2>
1257 </sect1>
1258
1259
1260
1261 <sect1 id="mc-manual.clientreqs" xreflabel="Client requests">
1262 <title>Client Requests</title>
1263
1264 <para>The following client requests are defined in
1265 <filename>memcheck.h</filename>.
1266 See <filename>memcheck.h</filename> for exact details of their
1267 arguments.</para>
1268
1269 <itemizedlist>
1270
1271   <listitem>
1272     <para><varname>VALGRIND_MAKE_MEM_NOACCESS</varname>,
1273     <varname>VALGRIND_MAKE_MEM_UNDEFINED</varname> and
1274     <varname>VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED</varname>.
1275     These mark address ranges as completely inaccessible,
1276     accessible but containing undefined data, and accessible and
1277     containing defined data, respectively.  Subsequent errors may
1278     have their faulting addresses described in terms of these
1279     blocks.  Returns a "block handle".  Returns zero when not run
1280     on Valgrind.</para>
1281   </listitem>
1282
1283   <listitem>
1284     <para><varname>VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE</varname>.
1285     This is just like <varname>VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED</varname> but only
1286     affects those bytes that are already addressable.</para>
1287   </listitem>
1288
1289   <listitem>
1290     <para><varname>VALGRIND_DISCARD</varname>: At some point you may
1291     want Valgrind to stop reporting errors in terms of the blocks
1292     defined by the previous three macros.  To do this, the above macros
1293     return a small-integer "block handle".  You can pass this block
1294     handle to <varname>VALGRIND_DISCARD</varname>.  After doing so,
1295     Valgrind will no longer be able to relate addressing errors to the
1296     user-defined block associated with the handle.  The permissions
1297     settings associated with the handle remain in place; this just
1298     affects how errors are reported, not whether they are reported.
1299     Returns 1 for an invalid handle and 0 for a valid handle (although
1300     passing invalid handles is harmless).  Always returns 0 when not run
1301     on Valgrind.</para>
1302   </listitem>
1303
1304   <listitem>
1305     <para><varname>VALGRIND_CHECK_MEM_IS_ADDRESSABLE</varname> and
1306     <varname>VALGRIND_CHECK_MEM_IS_DEFINED</varname>: check immediately
1307     whether or not the given address range has the relevant property,
1308     and if not, print an error message.  Also, for the convenience of
1309     the client, returns zero if the relevant property holds; otherwise,
1310     the returned value is the address of the first byte for which the
1311     property is not true.  Always returns 0 when not run on
1312     Valgrind.</para>
1313   </listitem>
1314
1315   <listitem>
1316     <para><varname>VALGRIND_CHECK_VALUE_IS_DEFINED</varname>: a quick and easy
1317     way to find out whether Valgrind thinks a particular value
1318     (lvalue, to be precise) is addressable and defined.  Prints an error
1319     message if not.  It has no return value.</para>
1320   </listitem>
1321
1322   <listitem>
1323     <para><varname>VALGRIND_DO_LEAK_CHECK</varname>: does a full memory leak
1324     check (like <option>--leak-check=full</option>) right now.
1325     This is useful for incrementally checking for leaks between arbitrary
1326     places in the program's execution.  It has no return value.</para>
1327   </listitem>
1328
1329   <listitem>
1330     <para><varname>VALGRIND_DO_QUICK_LEAK_CHECK</varname>: like
1331     <varname>VALGRIND_DO_LEAK_CHECK</varname>, except it produces only a leak
1332     summary (like <option>--leak-check=summary</option>).
1333     It has no return value.</para>
1334   </listitem>
1335
1336   <listitem>
1337     <para><varname>VALGRIND_COUNT_LEAKS</varname>: fills in the four
1338     arguments with the number of bytes of memory found by the previous
1339     leak check to be leaked (i.e. the sum of direct leaks and indirect leaks),
1340     dubious, reachable and suppressed.  This is useful in test harness code,
1341     after calling <varname>VALGRIND_DO_LEAK_CHECK</varname> or
1342     <varname>VALGRIND_DO_QUICK_LEAK_CHECK</varname>.</para>
1343   </listitem>
1344
1345   <listitem>
1346     <para><varname>VALGRIND_COUNT_LEAK_BLOCKS</varname>: identical to
1347     <varname>VALGRIND_COUNT_LEAKS</varname> except that it returns the
1348     number of blocks rather than the number of bytes in each
1349     category.</para>
1350   </listitem>
1351
1352   <listitem>
1353     <para><varname>VALGRIND_GET_VBITS</varname> and
1354     <varname>VALGRIND_SET_VBITS</varname>: allow you to get and set the
1355     V (validity) bits for an address range.  You should probably only
1356     set V bits that you have got with
1357     <varname>VALGRIND_GET_VBITS</varname>.  Only for those who really
1358     know what they are doing.</para>
1359   </listitem>
1360
1361 </itemizedlist>
1362
1363 </sect1>
1364
1365
1366
1367
1368 <sect1 id="mc-manual.mempools" xreflabel="Memory Pools">
1369 <title>Memory Pools: describing and working with custom allocators</title>
1370
1371 <para>Some programs use custom memory allocators, often for performance
1372 reasons.  Left to itself, Memcheck is unable to understand the
1373 behaviour of custom allocation schemes as well as it understands the
1374 standard allocators, and so may miss errors and leaks in your program.  What
1375 this section describes is a way to give Memcheck enough of a description of
1376 your custom allocator that it can make at least some sense of what is
1377 happening.</para>
1378
1379 <para>There are many different sorts of custom allocator, so Memcheck
1380 attempts to reason about them using a loose, abstract model.  We
1381 use the following terminology when describing custom allocation
1382 systems:</para>
1383
1384 <itemizedlist>
1385   <listitem>
1386     <para>Custom allocation involves a set of independent "memory pools".
1387     </para>
1388   </listitem>
1389   <listitem>
1390     <para>Memcheck's notion of a a memory pool consists of a single "anchor
1391     address" and a set of non-overlapping "chunks" associated with the
1392     anchor address.</para>
1393   </listitem>
1394   <listitem>
1395     <para>Typically a pool's anchor address is the address of a 
1396     book-keeping "header" structure.</para>
1397   </listitem>
1398   <listitem>
1399     <para>Typically the pool's chunks are drawn from a contiguous
1400     "superblock" acquired through the system
1401     <function>malloc</function> or
1402     <function>mmap</function>.</para>
1403   </listitem>
1404
1405 </itemizedlist>
1406
1407 <para>Keep in mind that the last two points above say "typically": the
1408 Valgrind mempool client request API is intentionally vague about the
1409 exact structure of a mempool. There is no specific mention made of
1410 headers or superblocks. Nevertheless, the following picture may help
1411 elucidate the intention of the terms in the API:</para>
1412
1413 <programlisting><![CDATA[
1414    "pool"
1415    (anchor address)
1416    |
1417    v
1418    +--------+---+
1419    | header | o |
1420    +--------+-|-+
1421               |
1422               v                  superblock
1423               +------+---+--------------+---+------------------+
1424               |      |rzB|  allocation  |rzB|                  |
1425               +------+---+--------------+---+------------------+
1426                          ^              ^
1427                          |              |
1428                        "addr"     "addr"+"size"
1429 ]]></programlisting>
1430
1431 <para>
1432 Note that the header and the superblock may be contiguous or
1433 discontiguous, and there may be multiple superblocks associated with a
1434 single header; such variations are opaque to Memcheck. The API
1435 only requires that your allocation scheme can present sensible values
1436 of "pool", "addr" and "size".</para>
1437
1438 <para>
1439 Typically, before making client requests related to mempools, a client
1440 program will have allocated such a header and superblock for their
1441 mempool, and marked the superblock NOACCESS using the
1442 <varname>VALGRIND_MAKE_MEM_NOACCESS</varname> client request.</para>
1443
1444 <para>
1445 When dealing with mempools, the goal is to maintain a particular
1446 invariant condition: that Memcheck believes the unallocated portions
1447 of the pool's superblock (including redzones) are NOACCESS. To
1448 maintain this invariant, the client program must ensure that the
1449 superblock starts out in that state; Memcheck cannot make it so, since
1450 Memcheck never explicitly learns about the superblock of a pool, only
1451 the allocated chunks within the pool.</para>
1452
1453 <para>
1454 Once the header and superblock for a pool are established and properly
1455 marked, there are a number of client requests programs can use to
1456 inform Memcheck about changes to the state of a mempool:</para>
1457
1458 <itemizedlist>
1459
1460   <listitem>
1461     <para>
1462     <varname>VALGRIND_CREATE_MEMPOOL(pool, rzB, is_zeroed)</varname>:
1463     This request registers the address <varname>pool</varname> as the anchor
1464     address for a memory pool. It also provides a size
1465     <varname>rzB</varname>, specifying how large the redzones placed around
1466     chunks allocated from the pool should be. Finally, it provides an
1467     <varname>is_zeroed</varname> argument that specifies whether the pool's
1468     chunks are zeroed (more precisely: defined) when allocated.
1469     </para>
1470     <para>
1471     Upon completion of this request, no chunks are associated with the
1472     pool.  The request simply tells Memcheck that the pool exists, so that
1473     subsequent calls can refer to it as a pool.
1474     </para>
1475   </listitem>
1476
1477   <listitem>
1478     <para><varname>VALGRIND_DESTROY_MEMPOOL(pool)</varname>:
1479     This request tells Memcheck that a pool is being torn down. Memcheck
1480     then removes all records of chunks associated with the pool, as well
1481     as its record of the pool's existence. While destroying its records of
1482     a mempool, Memcheck resets the redzones of any live chunks in the pool
1483     to NOACCESS.
1484     </para>
1485   </listitem>
1486
1487   <listitem>
1488     <para><varname>VALGRIND_MEMPOOL_ALLOC(pool, addr, size)</varname>:
1489     This request informs Memcheck that a <varname>size</varname>-byte chunk
1490     has been allocated at <varname>addr</varname>, and associates the chunk with the
1491     specified
1492     <varname>pool</varname>. If the pool was created with nonzero
1493     <varname>rzB</varname> redzones, Memcheck will mark the
1494     <varname>rzB</varname> bytes before and after the chunk as NOACCESS. If
1495     the pool was created with the <varname>is_zeroed</varname> argument set,
1496     Memcheck will mark the chunk as DEFINED, otherwise Memcheck will mark
1497     the chunk as UNDEFINED.
1498     </para>
1499   </listitem>
1500
1501   <listitem>
1502     <para><varname>VALGRIND_MEMPOOL_FREE(pool, addr)</varname>:
1503     This request informs Memcheck that the chunk at <varname>addr</varname>
1504     should no longer be considered allocated. Memcheck will mark the chunk
1505     associated with <varname>addr</varname> as NOACCESS, and delete its
1506     record of the chunk's existence.
1507     </para>
1508   </listitem>
1509
1510   <listitem>
1511     <para><varname>VALGRIND_MEMPOOL_TRIM(pool, addr, size)</varname>:
1512     This request trims the chunks associated with <varname>pool</varname>.
1513     The request only operates on chunks associated with
1514     <varname>pool</varname>. Trimming is formally defined as:</para>
1515     <itemizedlist>
1516       <listitem>
1517         <para> All chunks entirely inside the range
1518         <varname>addr..(addr+size-1)</varname> are preserved.</para>
1519       </listitem>
1520       <listitem>
1521         <para>All chunks entirely outside the range
1522         <varname>addr..(addr+size-1)</varname> are discarded, as though
1523         <varname>VALGRIND_MEMPOOL_FREE</varname> was called on them. </para>
1524       </listitem>
1525       <listitem>
1526         <para>All other chunks must intersect with the range 
1527         <varname>addr..(addr+size-1)</varname>; areas outside the
1528         intersection are marked as NOACCESS, as though they had been
1529         independently freed with
1530         <varname>VALGRIND_MEMPOOL_FREE</varname>.</para>
1531       </listitem>
1532     </itemizedlist>
1533     <para>This is a somewhat rare request, but can be useful in 
1534     implementing the type of mass-free operations common in custom 
1535     LIFO allocators.</para>
1536   </listitem>
1537
1538   <listitem>
1539     <para><varname>VALGRIND_MOVE_MEMPOOL(poolA, poolB)</varname>: This
1540     request informs Memcheck that the pool previously anchored at
1541     address <varname>poolA</varname> has moved to anchor address
1542     <varname>poolB</varname>.  This is a rare request, typically only needed
1543     if you <function>realloc</function> the header of a mempool.</para>
1544     <para>No memory-status bits are altered by this request.</para>
1545   </listitem>
1546
1547   <listitem>
1548     <para>
1549     <varname>VALGRIND_MEMPOOL_CHANGE(pool, addrA, addrB,
1550     size)</varname>: This request informs Memcheck that the chunk
1551     previously allocated at address <varname>addrA</varname> within
1552     <varname>pool</varname> has been moved and/or resized, and should be
1553     changed to cover the region <varname>addrB..(addrB+size-1)</varname>. This
1554     is a rare request, typically only needed if you
1555     <function>realloc</function> a superblock or wish to extend a chunk
1556     without changing its memory-status bits.
1557     </para>
1558     <para>No memory-status bits are altered by this request.
1559     </para>
1560   </listitem>
1561
1562   <listitem>
1563     <para><varname>VALGRIND_MEMPOOL_EXISTS(pool)</varname>:
1564     This request informs the caller whether or not Memcheck is currently 
1565     tracking a mempool at anchor address <varname>pool</varname>. It
1566     evaluates to 1 when there is a mempool associated with that address, 0
1567     otherwise. This is a rare request, only useful in circumstances when
1568     client code might have lost track of the set of active mempools.
1569     </para>
1570   </listitem>
1571
1572 </itemizedlist>
1573
1574 </sect1>
1575
1576
1577
1578
1579
1580
1581
1582 <sect1 id="mc-manual.mpiwrap" xreflabel="MPI Wrappers">
1583 <title>Debugging MPI Parallel Programs with Valgrind</title>
1584
1585 <para>Memcheck supports debugging of distributed-memory applications
1586 which use the MPI message passing standard.  This support consists of a
1587 library of wrapper functions for the
1588 <computeroutput>PMPI_*</computeroutput> interface.  When incorporated
1589 into the application's address space, either by direct linking or by
1590 <computeroutput>LD_PRELOAD</computeroutput>, the wrappers intercept
1591 calls to <computeroutput>PMPI_Send</computeroutput>,
1592 <computeroutput>PMPI_Recv</computeroutput>, etc.  They then
1593 use client requests to inform Memcheck of memory state changes caused
1594 by the function being wrapped.  This reduces the number of false
1595 positives that Memcheck otherwise typically reports for MPI
1596 applications.</para>
1597
1598 <para>The wrappers also take the opportunity to carefully check
1599 size and definedness of buffers passed as arguments to MPI functions, hence
1600 detecting errors such as passing undefined data to
1601 <computeroutput>PMPI_Send</computeroutput>, or receiving data into a
1602 buffer which is too small.</para>
1603
1604 <para>Unlike most of the rest of Valgrind, the wrapper library is subject to a
1605 BSD-style license, so you can link it into any code base you like.
1606 See the top of <computeroutput>mpi/libmpiwrap.c</computeroutput>
1607 for license details.</para>
1608
1609
1610 <sect2 id="mc-manual.mpiwrap.build" xreflabel="Building MPI Wrappers">
1611 <title>Building and installing the wrappers</title>
1612
1613 <para> The wrapper library will be built automatically if possible.
1614 Valgrind's configure script will look for a suitable
1615 <computeroutput>mpicc</computeroutput> to build it with.  This must be
1616 the same <computeroutput>mpicc</computeroutput> you use to build the
1617 MPI application you want to debug.  By default, Valgrind tries
1618 <computeroutput>mpicc</computeroutput>, but you can specify a
1619 different one by using the configure-time option
1620 <option>--with-mpicc</option>.  Currently the
1621 wrappers are only buildable with
1622 <computeroutput>mpicc</computeroutput>s which are based on GNU
1623 GCC or Intel's C++ Compiler.</para>
1624
1625 <para>Check that the configure script prints a line like this:</para>
1626
1627 <programlisting><![CDATA[
1628 checking for usable MPI2-compliant mpicc and mpi.h... yes, mpicc
1629 ]]></programlisting>
1630
1631 <para>If it says <computeroutput>... no</computeroutput>, your
1632 <computeroutput>mpicc</computeroutput> has failed to compile and link
1633 a test MPI2 program.</para>
1634
1635 <para>If the configure test succeeds, continue in the usual way with
1636 <computeroutput>make</computeroutput> and <computeroutput>make
1637 install</computeroutput>.  The final install tree should then contain
1638 <computeroutput>libmpiwrap-&lt;platform&gt;.so</computeroutput>.
1639 </para>
1640
1641 <para>Compile up a test MPI program (eg, MPI hello-world) and try
1642 this:</para>
1643
1644 <programlisting><![CDATA[
1645 LD_PRELOAD=$prefix/lib/valgrind/libmpiwrap-<platform>.so   \
1646            mpirun [args] $prefix/bin/valgrind ./hello
1647 ]]></programlisting>
1648
1649 <para>You should see something similar to the following</para>
1650
1651 <programlisting><![CDATA[
1652 valgrind MPI wrappers 31901: Active for pid 31901
1653 valgrind MPI wrappers 31901: Try MPIWRAP_DEBUG=help for possible options
1654 ]]></programlisting>
1655
1656 <para>repeated for every process in the group.  If you do not see
1657 these, there is an build/installation problem of some kind.</para>
1658
1659 <para> The MPI functions to be wrapped are assumed to be in an ELF
1660 shared object with soname matching
1661 <computeroutput>libmpi.so*</computeroutput>.  This is known to be
1662 correct at least for Open MPI and Quadrics MPI, and can easily be
1663 changed if required.</para> 
1664 </sect2>
1665
1666
1667 <sect2 id="mc-manual.mpiwrap.gettingstarted" 
1668        xreflabel="Getting started with MPI Wrappers">
1669 <title>Getting started</title>
1670
1671 <para>Compile your MPI application as usual, taking care to link it
1672 using the same <computeroutput>mpicc</computeroutput> that your
1673 Valgrind build was configured with.</para>
1674
1675 <para>
1676 Use the following basic scheme to run your application on Valgrind with
1677 the wrappers engaged:</para>
1678
1679 <programlisting><![CDATA[
1680 MPIWRAP_DEBUG=[wrapper-args]                                  \
1681    LD_PRELOAD=$prefix/lib/valgrind/libmpiwrap-<platform>.so   \
1682    mpirun [mpirun-args]                                       \
1683    $prefix/bin/valgrind [valgrind-args]                       \
1684    [application] [app-args]
1685 ]]></programlisting>
1686
1687 <para>As an alternative to
1688 <computeroutput>LD_PRELOAD</computeroutput>ing
1689 <computeroutput>libmpiwrap-&lt;platform&gt;.so</computeroutput>, you can
1690 simply link it to your application if desired.  This should not disturb
1691 native behaviour of your application in any way.</para>
1692 </sect2>
1693
1694
1695 <sect2 id="mc-manual.mpiwrap.controlling" 
1696        xreflabel="Controlling the MPI Wrappers">
1697 <title>Controlling the wrapper library</title>
1698
1699 <para>Environment variable
1700 <computeroutput>MPIWRAP_DEBUG</computeroutput> is consulted at
1701 startup.  The default behaviour is to print a starting banner</para>
1702
1703 <programlisting><![CDATA[
1704 valgrind MPI wrappers 16386: Active for pid 16386
1705 valgrind MPI wrappers 16386: Try MPIWRAP_DEBUG=help for possible options
1706 ]]></programlisting>
1707
1708 <para> and then be relatively quiet.</para>
1709
1710 <para>You can give a list of comma-separated options in
1711 <computeroutput>MPIWRAP_DEBUG</computeroutput>.  These are</para>
1712
1713 <itemizedlist>
1714   <listitem>
1715     <para><computeroutput>verbose</computeroutput>:
1716     show entries/exits of all wrappers.  Also show extra
1717     debugging info, such as the status of outstanding 
1718     <computeroutput>MPI_Request</computeroutput>s resulting
1719     from uncompleted <computeroutput>MPI_Irecv</computeroutput>s.</para>
1720   </listitem>
1721   <listitem>
1722     <para><computeroutput>quiet</computeroutput>: 
1723     opposite of <computeroutput>verbose</computeroutput>, only print 
1724     anything when the wrappers want
1725     to report a detected programming error, or in case of catastrophic
1726     failure of the wrappers.</para>
1727   </listitem>
1728   <listitem>
1729     <para><computeroutput>warn</computeroutput>: 
1730     by default, functions which lack proper wrappers
1731     are not commented on, just silently
1732     ignored.  This causes a warning to be printed for each unwrapped
1733     function used, up to a maximum of three warnings per function.</para>
1734   </listitem>
1735   <listitem>
1736     <para><computeroutput>strict</computeroutput>: 
1737     print an error message and abort the program if 
1738     a function lacking a wrapper is used.</para>
1739   </listitem>
1740 </itemizedlist>
1741
1742 <para> If you want to use Valgrind's XML output facility
1743 (<option>--xml=yes</option>), you should pass
1744 <computeroutput>quiet</computeroutput> in
1745 <computeroutput>MPIWRAP_DEBUG</computeroutput> so as to get rid of any
1746 extraneous printing from the wrappers.</para>
1747
1748 </sect2>
1749
1750
1751 <sect2 id="mc-manual.mpiwrap.limitations.functions" 
1752        xreflabel="Functions: Abilities and Limitations">
1753 <title>Functions</title>
1754
1755 <para>All MPI2 functions except
1756 <computeroutput>MPI_Wtick</computeroutput>,
1757 <computeroutput>MPI_Wtime</computeroutput> and
1758 <computeroutput>MPI_Pcontrol</computeroutput> have wrappers.  The
1759 first two are not wrapped because they return a 
1760 <computeroutput>double</computeroutput>, which Valgrind's
1761 function-wrap mechanism cannot handle (but it could easily be
1762 extended to do so).  <computeroutput>MPI_Pcontrol</computeroutput> cannot be
1763 wrapped as it has variable arity: 
1764 <computeroutput>int MPI_Pcontrol(const int level, ...)</computeroutput></para>
1765
1766 <para>Most functions are wrapped with a default wrapper which does
1767 nothing except complain or abort if it is called, depending on
1768 settings in <computeroutput>MPIWRAP_DEBUG</computeroutput> listed
1769 above.  The following functions have "real", do-something-useful
1770 wrappers:</para>
1771
1772 <programlisting><![CDATA[
1773 PMPI_Send PMPI_Bsend PMPI_Ssend PMPI_Rsend
1774
1775 PMPI_Recv PMPI_Get_count
1776
1777 PMPI_Isend PMPI_Ibsend PMPI_Issend PMPI_Irsend
1778
1779 PMPI_Irecv
1780 PMPI_Wait PMPI_Waitall
1781 PMPI_Test PMPI_Testall
1782
1783 PMPI_Iprobe PMPI_Probe
1784
1785 PMPI_Cancel
1786
1787 PMPI_Sendrecv
1788
1789 PMPI_Type_commit PMPI_Type_free
1790
1791 PMPI_Pack PMPI_Unpack
1792
1793 PMPI_Bcast PMPI_Gather PMPI_Scatter PMPI_Alltoall
1794 PMPI_Reduce PMPI_Allreduce PMPI_Op_create
1795
1796 PMPI_Comm_create PMPI_Comm_dup PMPI_Comm_free PMPI_Comm_rank PMPI_Comm_size
1797
1798 PMPI_Error_string
1799 PMPI_Init PMPI_Initialized PMPI_Finalize
1800 ]]></programlisting>
1801
1802 <para> A few functions such as
1803 <computeroutput>PMPI_Address</computeroutput> are listed as
1804 <computeroutput>HAS_NO_WRAPPER</computeroutput>.  They have no wrapper
1805 at all as there is nothing worth checking, and giving a no-op wrapper
1806 would reduce performance for no reason.</para>
1807
1808 <para> Note that the wrapper library itself can itself generate large
1809 numbers of calls to the MPI implementation, especially when walking
1810 complex types.  The most common functions called are
1811 <computeroutput>PMPI_Extent</computeroutput>,
1812 <computeroutput>PMPI_Type_get_envelope</computeroutput>,
1813 <computeroutput>PMPI_Type_get_contents</computeroutput>, and
1814 <computeroutput>PMPI_Type_free</computeroutput>.  </para>
1815 </sect2>
1816
1817 <sect2 id="mc-manual.mpiwrap.limitations.types" 
1818        xreflabel="Types: Abilities and Limitations">
1819 <title>Types</title>
1820
1821 <para> MPI-1.1 structured types are supported, and walked exactly.
1822 The currently supported combiners are
1823 <computeroutput>MPI_COMBINER_NAMED</computeroutput>,
1824 <computeroutput>MPI_COMBINER_CONTIGUOUS</computeroutput>,
1825 <computeroutput>MPI_COMBINER_VECTOR</computeroutput>,
1826 <computeroutput>MPI_COMBINER_HVECTOR</computeroutput>
1827 <computeroutput>MPI_COMBINER_INDEXED</computeroutput>,
1828 <computeroutput>MPI_COMBINER_HINDEXED</computeroutput> and
1829 <computeroutput>MPI_COMBINER_STRUCT</computeroutput>.  This should
1830 cover all MPI-1.1 types.  The mechanism (function
1831 <computeroutput>walk_type</computeroutput>) should extend easily to
1832 cover MPI2 combiners.</para>
1833
1834 <para>MPI defines some named structured types
1835 (<computeroutput>MPI_FLOAT_INT</computeroutput>,
1836 <computeroutput>MPI_DOUBLE_INT</computeroutput>,
1837 <computeroutput>MPI_LONG_INT</computeroutput>,
1838 <computeroutput>MPI_2INT</computeroutput>,
1839 <computeroutput>MPI_SHORT_INT</computeroutput>,
1840 <computeroutput>MPI_LONG_DOUBLE_INT</computeroutput>) which are pairs
1841 of some basic type and a C <computeroutput>int</computeroutput>.
1842 Unfortunately the MPI specification makes it impossible to look inside
1843 these types and see where the fields are.  Therefore these wrappers
1844 assume the types are laid out as <computeroutput>struct { float val;
1845 int loc; }</computeroutput> (for
1846 <computeroutput>MPI_FLOAT_INT</computeroutput>), etc, and act
1847 accordingly.  This appears to be correct at least for Open MPI 1.0.2
1848 and for Quadrics MPI.</para>
1849
1850 <para>If <computeroutput>strict</computeroutput> is an option specified 
1851 in <computeroutput>MPIWRAP_DEBUG</computeroutput>, the application
1852 will abort if an unhandled type is encountered.  Otherwise, the 
1853 application will print a warning message and continue.</para>
1854
1855 <para>Some effort is made to mark/check memory ranges corresponding to
1856 arrays of values in a single pass.  This is important for performance
1857 since asking Valgrind to mark/check any range, no matter how small,
1858 carries quite a large constant cost.  This optimisation is applied to
1859 arrays of primitive types (<computeroutput>double</computeroutput>,
1860 <computeroutput>float</computeroutput>,
1861 <computeroutput>int</computeroutput>,
1862 <computeroutput>long</computeroutput>, <computeroutput>long
1863 long</computeroutput>, <computeroutput>short</computeroutput>,
1864 <computeroutput>char</computeroutput>, and <computeroutput>long
1865 double</computeroutput> on platforms where <computeroutput>sizeof(long
1866 double) == 8</computeroutput>).  For arrays of all other types, the
1867 wrappers handle each element individually and so there can be a very
1868 large performance cost.</para>
1869
1870 </sect2>
1871
1872
1873 <sect2 id="mc-manual.mpiwrap.writingwrappers" 
1874        xreflabel="Writing new MPI Wrappers">
1875 <title>Writing new wrappers</title>
1876
1877 <para>
1878 For the most part the wrappers are straightforward.  The only
1879 significant complexity arises with nonblocking receives.</para>
1880
1881 <para>The issue is that <computeroutput>MPI_Irecv</computeroutput>
1882 states the recv buffer and returns immediately, giving a handle
1883 (<computeroutput>MPI_Request</computeroutput>) for the transaction.
1884 Later the user will have to poll for completion with
1885 <computeroutput>MPI_Wait</computeroutput> etc, and when the
1886 transaction completes successfully, the wrappers have to paint the
1887 recv buffer.  But the recv buffer details are not presented to
1888 <computeroutput>MPI_Wait</computeroutput> -- only the handle is.  The
1889 library therefore maintains a shadow table which associates
1890 uncompleted <computeroutput>MPI_Request</computeroutput>s with the
1891 corresponding buffer address/count/type.  When an operation completes,
1892 the table is searched for the associated address/count/type info, and
1893 memory is marked accordingly.</para>
1894
1895 <para>Access to the table is guarded by a (POSIX pthreads) lock, so as
1896 to make the library thread-safe.</para>
1897
1898 <para>The table is allocated with
1899 <computeroutput>malloc</computeroutput> and never
1900 <computeroutput>free</computeroutput>d, so it will show up in leak
1901 checks.</para>
1902
1903 <para>Writing new wrappers should be fairly easy.  The source file is
1904 <computeroutput>mpi/libmpiwrap.c</computeroutput>.  If possible,
1905 find an existing wrapper for a function of similar behaviour to the
1906 one you want to wrap, and use it as a starting point.  The wrappers
1907 are organised in sections in the same order as the MPI 1.1 spec, to
1908 aid navigation.  When adding a wrapper, remember to comment out the
1909 definition of the default wrapper in the long list of defaults at the
1910 bottom of the file (do not remove it, just comment it out).</para>
1911 </sect2>
1912
1913 <sect2 id="mc-manual.mpiwrap.whattoexpect" 
1914        xreflabel="What to expect with MPI Wrappers">
1915 <title>What to expect when using the wrappers</title>
1916
1917 <para>The wrappers should reduce Memcheck's false-error rate on MPI
1918 applications.  Because the wrapping is done at the MPI interface,
1919 there will still potentially be a large number of errors reported in
1920 the MPI implementation below the interface.  The best you can do is
1921 try to suppress them.</para>
1922
1923 <para>You may also find that the input-side (buffer
1924 length/definedness) checks find errors in your MPI use, for example
1925 passing too short a buffer to
1926 <computeroutput>MPI_Recv</computeroutput>.</para>
1927
1928 <para>Functions which are not wrapped may increase the false
1929 error rate.  A possible approach is to run with
1930 <computeroutput>MPI_DEBUG</computeroutput> containing
1931 <computeroutput>warn</computeroutput>.  This will show you functions
1932 which lack proper wrappers but which are nevertheless used.  You can
1933 then write wrappers for them.
1934 </para>
1935
1936 <para>A known source of potential false errors are the
1937 <computeroutput>PMPI_Reduce</computeroutput> family of functions, when
1938 using a custom (user-defined) reduction function.  In a reduction
1939 operation, each node notionally sends data to a "central point" which
1940 uses the specified reduction function to merge the data items into a
1941 single item.  Hence, in general, data is passed between nodes and fed
1942 to the reduction function, but the wrapper library cannot mark the
1943 transferred data as initialised before it is handed to the reduction
1944 function, because all that happens "inside" the
1945 <computeroutput>PMPI_Reduce</computeroutput> call.  As a result you
1946 may see false positives reported in your reduction function.</para>
1947
1948 </sect2>
1949
1950 </sect1>
1951
1952
1953
1954
1955
1956 </chapter>