本实验应用了Valgrind这一强大的工具来辅助我们完成Cache的设计与评测，为了方便同学们理解memory trace（即我们所说的内存访问记录），并理解我们如何获取矩阵转置函数的内存访问记录，我们对Valgrind和实验中的评测代码进行进一步的说明（此部分不理解完全不影响实验的完成，只需成功安装Valgrind用于本地实验评测即可）。

Valgrind简介

Valgrind 是运行在Linux 上的多用途代码剖析和内存调试软件。主要包括Memcheck、Callgrind、Cachegrind 等工具，每个工具都能完成一项任务调试、检测或分析。可以检测内存泄漏、线程违例和Cache 的使用等。Valgrind 基于仿真方式对程序进行调试，它先于应用程序获取实际处理器的控制权，并在实际处理器的基础上仿真一个虚拟处理器，并使应用程序运行于这个虚拟处理器之上，从而对应用程序的运行进行监视。应用程序并不知道该处理器是虚拟的还是实际的，已经编译成二进制代码的应用程序并不用重新进行编译，Valgrind 直接解释二进制代码使得应用程序基于它运行，从而能够检查内存操作时可能出现的错误。

Valgrind的安装

由于valgrind没有提供Windows版本，因此建议是使用Linux系统（可以使用虚拟机）来进行相关的调试。

关于Mac：官方的valgrind不支持Mac或对Mac后续版本支持的不好，需要安装Mac的镜像版本，可以在github上找到：https://github.com/LouisBrunner/valgrind-macos

在安装时遇到的常见问题，可以参考博文：https://zhuanlan.zhihu.com/p/508470880

笔者用的是ubuntu，在ubuntu下直接使用系统包管理工具即可安装（无特殊需要建议直接以此方式安装）：

sudo apt-get install valgrind

如果有特定需求需要安装一些其他版本，可以进入valgrind官网，下载对应的源码并make安装（本实验不推荐此种安装方式）：

• 首先是进入官网下载对应版本：http://valgrind.org/downloads/valgrind-3.12.0.tar.bz2

• 然后解压缩：

  tar -jxvf valgrind-3.14.0.tar.bz2
  

• 进入目录,进行安装,其中/home/user1/valgrind是你想安装的目录：

  cd valgrind-3.14.0
  ./configure --prefix=/home/user1/valgrind
  make
  make install
  

• 配置环境变量，首先打开~/.bashrc，将下面一段话加入该文件，路径即为安装目录下bin目录：

  export PATH=$PATH:~/valgrind/bin/
  

  使改变生效：

  source ~/.bashrc
  

Valgrind的使用

valgrind的使用可以简要概括为以下表示：

valgrind [valgrind-options] <your-prog> [your-prog-options]

其中，<your-prog> [your-prog-options]部分是需要进行内存调试的程序执行命令，与在shell命令行中执行命令的方式完全相同。[valgrind-options]是我们重点需要关注的部分，通过这些options我们得以应用valgrind的功能。valgrind提供了丰富的调试选项，以下列出一些常用的选项。

• --tool=<toolname> [default: memcheck]

  最核心的命令，选择了valgrind当前的工作模式。

• -h --help

  与一般的帮助选项相同，可以比较便捷的查看valgrind的命令用法。

• -v --verbose

  输出详细信息。

• --log-fd=<number> [default: 2, stderr]

  打印输出访问记录的位置，number为1表示stdout，number为2表示stderr，用此命令时一般设number为1在命令交互界面查看输出。

• --log-file=<filename>

  与上一条命令类似，但是将记录日志输出到对应的文件中（更加推荐这种方式）。

Valgrind在Cache评测中的应用

Part1：Cache的模拟器实现

valgrind可以通过简单的命令生成程序模拟执行过程中产生的记录日志（memory trace）。

memory trace的格式如下：