filter_shell_output: filter out "Exec format error" added by newer bash.
[valgrind.git] / docs / xml / manual-core-adv.xml
blob409cddf692546c6b62b76f5df8b4fd973914b521
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 [ <!ENTITY % vg-entities SYSTEM "vg-entities.xml"> %vg-entities; ]>
7 <chapter id="manual-core-adv" xreflabel="Valgrind's core: advanced topics">
8 <title>Using and understanding the Valgrind core: Advanced Topics</title>
10 <para>This chapter describes advanced aspects of the Valgrind core
11 services, which are mostly of interest to power users who wish to
12 customise and modify Valgrind's default behaviours in certain useful
13 ways.  The subjects covered are:</para>
15 <itemizedlist>
16   <listitem><para>The "Client Request" mechanism</para></listitem>
17   <listitem><para>Debugging your program using Valgrind's gdbserver
18       and GDB</para></listitem>
19   <listitem><para>Function Wrapping</para></listitem>
20 </itemizedlist>
24 <sect1 id="manual-core-adv.clientreq" 
25        xreflabel="The Client Request mechanism">
26 <title>The Client Request mechanism</title>
28 <para>Valgrind has a trapdoor mechanism via which the client
29 program can pass all manner of requests and queries to Valgrind
30 and the current tool.  Internally, this is used extensively 
31 to make various things work, although that's not visible from the
32 outside.</para>
34 <para>For your convenience, a subset of these so-called client
35 requests is provided to allow you to tell Valgrind facts about
36 the behaviour of your program, and also to make queries.
37 In particular, your program can tell Valgrind about things that it
38 otherwise would not know, leading to better results.
39 </para>
41 <para>Clients need to include a header file to make this work.
42 Which header file depends on which client requests you use.  Some
43 client requests are handled by the core, and are defined in the
44 header file <filename>valgrind/valgrind.h</filename>.  Tool-specific
45 header files are named after the tool, e.g.
46 <filename>valgrind/memcheck.h</filename>.  Each tool-specific header file
47 includes <filename>valgrind/valgrind.h</filename> so you don't need to
48 include it in your client if you include a tool-specific header.  All header
49 files can be found in the <literal>include/valgrind</literal> directory of
50 wherever Valgrind was installed.</para>
52 <para>The macros in these header files have the magical property
53 that they generate code in-line which Valgrind can spot.
54 However, the code does nothing when not run on Valgrind, so you
55 are not forced to run your program under Valgrind just because you
56 use the macros in this file.  Also, you are not required to link your
57 program with any extra supporting libraries.</para>
59 <para>The code added to your binary has negligible performance impact:
60 on x86, amd64, ppc32, ppc64 and ARM, the overhead is 6 simple integer
61 instructions and is probably undetectable except in tight loops.
62 However, if you really wish to compile out the client requests, you
63 can compile with <option>-DNVALGRIND</option> (analogous to
64 <option>-DNDEBUG</option>'s effect on
65 <function>assert</function>).
66 </para>
68 <para>You are encouraged to copy the <filename>valgrind/*.h</filename> headers
69 into your project's include directory, so your program doesn't have a
70 compile-time dependency on Valgrind being installed.  The Valgrind headers,
71 unlike most of the rest of the code, are under a BSD-style license so you may
72 include them without worrying about license incompatibility.</para>
74 <para>Here is a brief description of the macros available in
75 <filename>valgrind.h</filename>, which work with more than one
76 tool (see the tool-specific documentation for explanations of the
77 tool-specific macros).</para>
79  <variablelist>
81   <varlistentry>
82    <term><command><computeroutput>RUNNING_ON_VALGRIND</computeroutput></command>:</term>
83    <listitem>
84     <para>Returns 1 if running on Valgrind, 0 if running on the
85     real CPU.  If you are running Valgrind on itself, returns the
86     number of layers of Valgrind emulation you're running on.
87     </para>
88    </listitem>
89   </varlistentry>
91   <varlistentry>
92    <term><command><computeroutput>VALGRIND_DISCARD_TRANSLATIONS</computeroutput>:</command></term>
93    <listitem>
94     <para>Discards translations of code in the specified address
95     range.  Useful if you are debugging a JIT compiler or some other
96     dynamic code generation system.  After this call, attempts to
97     execute code in the invalidated address range will cause
98     Valgrind to make new translations of that code, which is
99     probably the semantics you want.  Note that code invalidations
100     are expensive because finding all the relevant translations
101     quickly is very difficult, so try not to call it often.
102     Note that you can be clever about
103     this: you only need to call it when an area which previously
104     contained code is overwritten with new code.  You can choose
105     to write code into fresh memory, and just call this
106     occasionally to discard large chunks of old code all at
107     once.</para>
108     <para>
109     Alternatively, for transparent self-modifying-code support,
110     use<option>--smc-check=all</option>, or run
111     on ppc32/Linux, ppc64/Linux or ARM/Linux.
112     </para>
113    </listitem>
114   </varlistentry>
116   <varlistentry>
117    <term><command><computeroutput>VALGRIND_COUNT_ERRORS</computeroutput>:</command></term>
118    <listitem>
119     <para>Returns the number of errors found so far by Valgrind.  Can be
120     useful in test harness code when combined with the
121     <option>--log-fd=-1</option> option; this runs Valgrind silently,
122     but the client program can detect when errors occur.  Only useful
123     for tools that report errors, e.g. it's useful for Memcheck, but for
124     Cachegrind it will always return zero because Cachegrind doesn't
125     report errors.</para>
126    </listitem>
127   </varlistentry>
129   <varlistentry>
130    <term><command><computeroutput>VALGRIND_MALLOCLIKE_BLOCK</computeroutput>:</command></term>
131    <listitem>
132     <para>If your program manages its own memory instead of using
133     the standard <function>malloc</function> /
134     <function>new</function> /
135     <function>new[]</function>, tools that track
136     information about heap blocks will not do nearly as good a
137     job.  For example, Memcheck won't detect nearly as many
138     errors, and the error messages won't be as informative.  To
139     improve this situation, use this macro just after your custom
140     allocator allocates some new memory.  See the comments in
141     <filename>valgrind.h</filename> for information on how to use
142     it.</para>
143    </listitem>
144   </varlistentry>
146   <varlistentry>
147    <term><command><computeroutput>VALGRIND_FREELIKE_BLOCK</computeroutput>:</command></term>
148    <listitem>
149     <para>This should be used in conjunction with
150     <computeroutput>VALGRIND_MALLOCLIKE_BLOCK</computeroutput>.
151     Again, see <filename>valgrind.h</filename> for
152     information on how to use it.</para>
153    </listitem>
154   </varlistentry>
156   <varlistentry>
157    <term><command><computeroutput>VALGRIND_RESIZEINPLACE_BLOCK</computeroutput>:</command></term>
158    <listitem>
159     <para>Informs a Valgrind tool that the size of an allocated block has been
160     modified but not its address. See <filename>valgrind.h</filename> for
161     more information on how to use it.</para>
162    </listitem>
163   </varlistentry>
165   <varlistentry>
166    <term>
167    <command><computeroutput>VALGRIND_CREATE_MEMPOOL</computeroutput></command>,
168    <command><computeroutput>VALGRIND_DESTROY_MEMPOOL</computeroutput></command>,
169    <command><computeroutput>VALGRIND_MEMPOOL_ALLOC</computeroutput></command>,
170    <command><computeroutput>VALGRIND_MEMPOOL_FREE</computeroutput></command>,
171    <command><computeroutput>VALGRIND_MOVE_MEMPOOL</computeroutput></command>,
172    <command><computeroutput>VALGRIND_MEMPOOL_CHANGE</computeroutput></command>,
173    <command><computeroutput>VALGRIND_MEMPOOL_EXISTS</computeroutput></command>:
174    </term>
175    <listitem>
176     <para>These are similar to 
177     <computeroutput>VALGRIND_MALLOCLIKE_BLOCK</computeroutput> and
178     <computeroutput>VALGRIND_FREELIKE_BLOCK</computeroutput>
179     but are tailored towards code that uses memory pools.  See 
180     <xref linkend="mc-manual.mempools"/> for a detailed description.</para>
181    </listitem>
182   </varlistentry>
183   
184   <varlistentry>
185    <term><command><computeroutput>VALGRIND_NON_SIMD_CALL[0123]</computeroutput>:</command></term>
186    <listitem>
187     <para>Executes a function in the client program on the
188     <emphasis>real</emphasis> CPU, not the virtual CPU that Valgrind
189     normally runs code on.  The function must take an integer (holding a
190     thread ID) as the first argument and then 0, 1, 2 or 3 more arguments
191     (depending on which client request is used).  These are used in various
192     ways internally to Valgrind.  They might be useful to client
193     programs.</para> 
195     <para><command>Warning:</command> Only use these if you
196     <emphasis>really</emphasis> know what you are doing.  They aren't 
197     entirely reliable, and can cause Valgrind to crash.  See
198     <filename>valgrind.h</filename> for more details.
199     </para>
200    </listitem>
201   </varlistentry>
203   <varlistentry>
204    <term><command><computeroutput>VALGRIND_PRINTF(format, ...)</computeroutput>:</command></term>
205    <listitem>
206     <para>Print a printf-style message to the Valgrind log file.  The
207     message is prefixed with the PID between a pair of
208     <computeroutput>**</computeroutput> markers.  (Like all client requests,
209     nothing is output if the client program is not running under Valgrind.)
210     Output is not produced until a newline is encountered, or subsequent
211     Valgrind output is printed; this allows you to build up a single line of
212     output over multiple calls.  Returns the number of characters output,
213     excluding the PID prefix.</para>
214    </listitem>
215   </varlistentry>
217   <varlistentry>
218    <term><command><computeroutput>VALGRIND_PRINTF_BACKTRACE(format, ...)</computeroutput>:</command></term>
219    <listitem>
220     <para>Like <computeroutput>VALGRIND_PRINTF</computeroutput> (in
221     particular, the return value is identical), but prints a stack backtrace
222     immediately afterwards.</para>
223    </listitem>
224   </varlistentry>
226   <varlistentry>
227    <term><command><computeroutput>VALGRIND_MONITOR_COMMAND(command)</computeroutput>:</command></term>
228    <listitem>
229     <para>Execute the given monitor command (a string).
230     Returns 0 if command is recognised. Returns 1 if command is not recognised.
231     Note that some monitor commands provide access to a functionality
232     also accessible via a specific client request. For example,
233     memcheck leak search can be requested from the client program
234     using VALGRIND_DO_LEAK_CHECK or via the monitor command "leak_search".
235     Note that the syntax of the command string is only verified at
236     run-time. So, if it exists, it is preferrable to use a specific
237     client request to have better compile time verifications of the
238     arguments.
239     </para>
240    </listitem>
241   </varlistentry>
243   <varlistentry>
244    <term><command><computeroutput>VALGRIND_STACK_REGISTER(start, end)</computeroutput>:</command></term>
245    <listitem>
246     <para>Registers a new stack.  Informs Valgrind that the memory range
247     between start and end is a unique stack.  Returns a stack identifier
248     that can be used with other
249     <computeroutput>VALGRIND_STACK_*</computeroutput> calls.</para>
250     <para>Valgrind will use this information to determine if a change
251     to the stack pointer is an item pushed onto the stack or a change
252     over to a new stack.  Use this if you're using a user-level thread
253     package and are noticing crashes in stack trace recording or
254     spurious errors from Valgrind about uninitialized memory
255     reads.</para>
257     <para><command>Warning:</command> Unfortunately, this client request is
258     unreliable and best avoided.</para>
259    </listitem>
260   </varlistentry>
262   <varlistentry>
263    <term><command><computeroutput>VALGRIND_STACK_DEREGISTER(id)</computeroutput>:</command></term>
264    <listitem>
265     <para>Deregisters a previously registered stack.  Informs
266     Valgrind that previously registered memory range with stack id
267     <computeroutput>id</computeroutput> is no longer a stack.</para>
269     <para><command>Warning:</command> Unfortunately, this client request is
270     unreliable and best avoided.</para>
271    </listitem>
272   </varlistentry>
274   <varlistentry>
275    <term><command><computeroutput>VALGRIND_STACK_CHANGE(id, start, end)</computeroutput>:</command></term>
276    <listitem>
277     <para>Changes a previously registered stack.  Informs
278     Valgrind that the previously registered stack with stack id
279     <computeroutput>id</computeroutput> has changed its start and end
280     values.  Use this if your user-level thread package implements
281     stack growth.</para>
283     <para><command>Warning:</command> Unfortunately, this client request is
284     unreliable and best avoided.</para>
285    </listitem>
286   </varlistentry>
288  </variablelist>
290 </sect1>
297 <!-- Referenced from both the manual and manpage -->
298 <sect1 id="&vg-gdbserver-id;"
299        xreflabel="&vg-gdbserver-label;">
300 <title>Debugging your program using Valgrind gdbserver and GDB</title>
302 <para>A program running under Valgrind is not executed directly by the
303 CPU.  Instead it runs on a synthetic CPU provided by Valgrind.  This is
304 why a debugger cannot debug your program when it runs on Valgrind.
305 </para>
306 <para>
307 This section describes how GDB can interact with the
308 Valgrind gdbserver to provide a fully debuggable program under
309 Valgrind. Used in this way, GDB also provides an interactive usage of
310 Valgrind core or tool functionalities, including incremental leak search
311 under Memcheck and on-demand Massif snapshot production.
312 </para>
314 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-simple"
315        xreflabel="gdbserver simple example">
316 <title>Quick Start: debugging in 3 steps</title>
318 <para>The simplest way to get started is to run Valgrind with the
319 flag <option>--vgdb-error=0</option>.  Then follow the on-screen
320 directions, which give you the precise commands needed to start GDB
321 and connect it to your program.</para>
323 <para>Otherwise, here's a slightly more verbose overview.</para>
325 <para>If you want to debug a program with GDB when using the Memcheck
326 tool, start Valgrind like this:
327 <screen><![CDATA[
328 valgrind --vgdb=yes --vgdb-error=0 prog
329 ]]></screen></para>
331 <para>In another shell, start GDB:
332 <screen><![CDATA[
333 gdb prog
334 ]]></screen></para>
336 <para>Then give the following command to GDB:
337 <screen><![CDATA[
338 (gdb) target remote | vgdb
339 ]]></screen></para>
341 <para>You can now debug your program e.g. by inserting a breakpoint
342 and then using the GDB <computeroutput>continue</computeroutput>
343 command.</para>
345 <para>This quick start information is enough for basic usage of the
346 Valgrind gdbserver.  The sections below describe more advanced
347 functionality provided by the combination of Valgrind and GDB. Note
348 that the command line flag <option>--vgdb=yes</option> can be omitted,
349 as this is the default value.
350 </para>
352 </sect2>
354 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-concept"
355        xreflabel="gdbserver">
356 <title>Valgrind gdbserver overall organisation</title>
357 <para>The GNU GDB debugger is typically used to debug a process
358 running on the same machine.  In this mode, GDB uses system calls to
359 control and query the program being debugged.  This works well, but
360 only allows GDB to debug a program running on the same computer.
361 </para>
363 <para>GDB can also debug processes running on a different computer.
364 To achieve this, GDB defines a protocol (that is, a set of query and
365 reply packets) that facilitates fetching the value of memory or
366 registers, setting breakpoints, etc.  A gdbserver is an implementation
367 of this "GDB remote debugging" protocol.  To debug a process running
368 on a remote computer, a gdbserver (sometimes called a GDB stub)
369 must run at the remote computer side.
370 </para>
372 <para>The Valgrind core provides a built-in gdbserver implementation,
373 which is activated using <option>--vgdb=yes</option>
374 or <option>--vgdb=full</option>.  This gdbserver allows the process
375 running on Valgrind's synthetic CPU to be debugged remotely.
376 GDB sends protocol query packets (such as "get register contents") to
377 the Valgrind embedded gdbserver.  The gdbserver executes the queries
378 (for example, it will get the register values of the synthetic CPU)
379 and gives the results back to GDB.
380 </para>
382 <para>GDB can use various kinds of channels (TCP/IP, serial line, etc)
383 to communicate with the gdbserver.  In the case of Valgrind's
384 gdbserver, communication is done via a pipe and a small helper program
385 called <xref linkend="&vg-vgdb-id;"/>, which acts as an
386 intermediary.  If no GDB is in use, vgdb can also be
387 used to send monitor commands to the Valgrind gdbserver from a shell
388 command line.
389 </para>
391 </sect2>
393 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-gdb"
394        xreflabel="Connecting GDB to a Valgrind gdbserver">
395 <title>Connecting GDB to a Valgrind gdbserver</title>
396 <para>To debug a program "<filename>prog</filename>" running under
397 Valgrind, you must ensure that the Valgrind gdbserver is activated by
398 specifying either <option>--vgdb=yes</option>
399 or <option>--vgdb=full</option>.  A secondary command line option,
400 <option>--vgdb-error=number</option>, can be used to tell the gdbserver
401 only to become active once the specified number of errors have been
402 shown.  A value of zero will therefore cause
403 the gdbserver to become active at startup, which allows you to
404 insert breakpoints before starting the run.  For example:
405 <screen><![CDATA[
406 valgrind --tool=memcheck --vgdb=yes --vgdb-error=0 ./prog
407 ]]></screen></para>
409 <para>The Valgrind gdbserver is invoked at startup
410 and indicates it is waiting for a connection from a GDB:</para>
412 <programlisting><![CDATA[
413 ==2418== Memcheck, a memory error detector
414 ==2418== Copyright (C) 2002-2010, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
415 ==2418== Using Valgrind-3.7.0.SVN and LibVEX; rerun with -h for copyright info
416 ==2418== Command: ./prog
417 ==2418== 
418 ==2418== (action at startup) vgdb me ... 
419 ]]></programlisting>
422 <para>GDB (in another shell) can then be connected to the Valgrind gdbserver.
423 For this, GDB must be started on the program <filename>prog</filename>:
424 <screen><![CDATA[
425 gdb ./prog
426 ]]></screen></para>
429 <para>You then indicate to GDB that you want to debug a remote target:
430 <screen><![CDATA[
431 (gdb) target remote | vgdb
432 ]]></screen>
433 GDB then starts a vgdb relay application to communicate with the 
434 Valgrind embedded gdbserver:</para>
436 <programlisting><![CDATA[
437 (gdb) target remote | vgdb
438 Remote debugging using | vgdb
439 relaying data between gdb and process 2418
440 Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done.
441 Reading symbols from /usr/lib/debug/lib/ld-2.11.2.so.debug...done.
442 Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2
443 [Switching to Thread 2418]
444 0x001f2850 in _start () from /lib/ld-linux.so.2
445 (gdb) 
446 ]]></programlisting>
448 <para>Note that vgdb is provided as part of the Valgrind
449 distribution.  You do not need to install it separately.</para>
451 <para>If vgdb detects that there are multiple Valgrind gdbservers that
452 can be connected to, it will list all such servers and their PIDs, and
453 then exit.  You can then reissue the GDB "target" command, but
454 specifying the PID of the process you want to debug:
455 </para>
457 <programlisting><![CDATA[
458 (gdb) target remote | vgdb
459 Remote debugging using | vgdb
460 no --pid= arg given and multiple valgrind pids found:
461 use --pid=2479 for valgrind --tool=memcheck --vgdb=yes --vgdb-error=0 ./prog 
462 use --pid=2481 for valgrind --tool=memcheck --vgdb=yes --vgdb-error=0 ./prog 
463 use --pid=2483 for valgrind --vgdb=yes --vgdb-error=0 ./another_prog 
464 Remote communication error: Resource temporarily unavailable.
465 (gdb)  target remote | vgdb --pid=2479
466 Remote debugging using | vgdb --pid=2479
467 relaying data between gdb and process 2479
468 Reading symbols from /lib/ld-linux.so.2...done.
469 Reading symbols from /usr/lib/debug/lib/ld-2.11.2.so.debug...done.
470 Loaded symbols for /lib/ld-linux.so.2
471 [Switching to Thread 2479]
472 0x001f2850 in _start () from /lib/ld-linux.so.2
473 (gdb) 
474 ]]></programlisting>
476 <para>Once GDB is connected to the Valgrind gdbserver, it can be used
477 in the same way as if you were debugging the program natively:</para>
478  <itemizedlist>
479   <listitem>
480     <para>Breakpoints can be inserted or deleted.</para>
481   </listitem>
482   <listitem>
483     <para>Variables and register values can be examined or modified.
484     </para>
485   </listitem>
486   <listitem>
487     <para>Signal handling can be configured (printing, ignoring).
488     </para>
489   </listitem>
490   <listitem>
491     <para>Execution can be controlled (continue, step, next, stepi, etc).
492     </para>
493   </listitem>
494   <listitem>
495     <para>Program execution can be interrupted using Control-C.</para>
496   </listitem>
497  </itemizedlist>
499 <para>And so on.  Refer to the GDB user manual for a complete
500 description of GDB's functionality.
501 </para>
503 </sect2>
505 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-gdb-android"
506        xreflabel="Connecting to an Android gdbserver">
507 <title>Connecting to an Android gdbserver</title>
508 <para> When developping applications for Android, you will typically use
509 a development system (on which the Android NDK is installed) to compile your
510 application. An Android target system or emulator will be used to run
511 the application.
512 In this setup, Valgrind and vgdb will run on the Android system,
513 while GDB will run on the development system. GDB will connect
514 to the vgdb running on the Android system using the Android NDK
515 'adb forward' application.
516 </para>
517 <para> Example: on the Android system, execute the following:
518     <screen><![CDATA[
519 valgrind --vgdb-error=0 --vgdb=yes prog
520 # and then in another shell, run:
521 vgdb --port=1234
522 ]]></screen>
523 </para>
525 <para> On the development system, execute the following commands:
526 <screen><![CDATA[
527 adb forward tcp:1234 tcp:1234
528 gdb prog
529 (gdb) target remote :1234
530 ]]></screen>
531 GDB will use a local tcp/ip connection to connect to the Android adb forwarder.
532 Adb will establish a relay connection between the host system and the Android
533 target system.  Be sure to use the GDB delivered in the
534 Android NDK system (typically, arm-linux-androideabi-gdb), as the host
535 GDB is probably not able to debug Android arm applications.
536 Note that the local port nr (used by GDB) must not necessarily be equal
537 to the port number used by vgdb: adb can forward tcp/ip between different
538 port numbers.
539 </para>
541 <para>In the current release, the GDB server is not enabled by default
542 for Android, due to problems in establishing a suitable directory in
543 which Valgrind can create the necessary FIFOs (named pipes) for
544 communication purposes.  You can stil try to use the GDB server, but
545 you will need to explicitly enable it using the flag 
546 <computeroutput>--vgdb=yes</computeroutput> or
547 <computeroutput>--vgdb=full</computeroutput>.
548 </para>
550 <para>Additionally, you
551 will need to select a temporary directory which is (a) writable
552 by Valgrind, and (b) supports FIFOs.  This is the main difficult
553 point.  Often, <computeroutput>/sdcard</computeroutput> satisfies
554 requirement (a), but fails for (b) because it is a VFAT file system
555 and VFAT does not support pipes.  Possibilities you could try are
556 <computeroutput>/data/local</computeroutput>,
557 <computeroutput>/data/local/Inst</computeroutput> (if you
558 installed Valgrind there), or
559 <computeroutput>/data/data/name.of.my.app</computeroutput>, if you
560 are running a specific application and it has its own directory of 
561 that form.  This last possibility may have the highest probability
562 of success.</para>
564 <para>You can specify the temporary directory to use either via
565 the <computeroutput>--with-tmpdir=</computeroutput> configure time
566 flag, or by setting environment variable TMPDIR when running Valgrind
567 (on the Android device, not on the Android NDK development host).
568 Another alternative is to specify the directory for the FIFOs using
569 the <computeroutput>--vgdb-prefix=</computeroutput> Valgrind command
570 line option.
571 </para>
573 <para>We hope to have a better story for temporary directory handling
574 on Android in the future.  The difficulty is that, unlike in standard
575 Unixes, there is no single temporary file directory that reliably
576 works across all devices and scenarios.
577 </para>
579 </sect2>
581 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-commandhandling"
582        xreflabel="Monitor command handling by the Valgrind gdbserver">
583 <title>Monitor command handling by the Valgrind gdbserver</title>
585 <para> The Valgrind gdbserver provides additional Valgrind-specific
586 functionality via "monitor commands".  Such monitor commands can be
587 sent from the GDB command line or from the shell command line or
588 requested by the client program using the VALGRIND_MONITOR_COMMAND
589 client request.  See
590 <xref linkend="&vg-monitor-id;"/> for the
591 list of the Valgrind core monitor commands available regardless of the
592 Valgrind tool selected.
593 </para>
595 <para>The following tools provide tool-specific monitor commands:
596   <itemizedlist>
597     <listitem>
598       <para><xref linkend="mc-manual.monitor-commands"/></para>
599     </listitem>
600     <listitem>
601       <para><xref linkend="cl-manual.monitor-commands"/></para>
602     </listitem>
603     <listitem>
604       <para><xref linkend="ms-manual.monitor-commands"/></para>
605     </listitem>
606     <listitem>
607       <para><xref linkend="hg-manual.monitor-commands"/></para>
608     </listitem>
609   </itemizedlist>
610 </para>
612 <para>An example of a tool specific monitor command is the Memcheck monitor
613 command <computeroutput>leak_check full
614 reachable any</computeroutput>.  This requests a full reporting of the
615 allocated memory blocks.  To have this leak check executed, use the GDB
616 command:
617 <screen><![CDATA[
618 (gdb) monitor leak_check full reachable any
619 ]]></screen>
620 </para>
622 <para>GDB will send the <computeroutput>leak_check</computeroutput>
623 command to the Valgrind gdbserver.  The Valgrind gdbserver will
624 execute the monitor command itself, if it recognises it to be a Valgrind core
625 monitor command.  If it is not recognised as such, it is assumed to
626 be tool-specific and is handed to the tool for execution.  For example:
627 </para>
628 <programlisting><![CDATA[
629 (gdb) monitor leak_check full reachable any
630 ==2418== 100 bytes in 1 blocks are still reachable in loss record 1 of 1
631 ==2418==    at 0x4006E9E: malloc (vg_replace_malloc.c:236)
632 ==2418==    by 0x804884F: main (prog.c:88)
633 ==2418== 
634 ==2418== LEAK SUMMARY:
635 ==2418==    definitely lost: 0 bytes in 0 blocks
636 ==2418==    indirectly lost: 0 bytes in 0 blocks
637 ==2418==      possibly lost: 0 bytes in 0 blocks
638 ==2418==    still reachable: 100 bytes in 1 blocks
639 ==2418==         suppressed: 0 bytes in 0 blocks
640 ==2418== 
641 (gdb) 
642 ]]></programlisting>
644 <para>As with other GDB commands, the Valgrind gdbserver will accept
645 abbreviated monitor command names and arguments, as long as the given
646 abbreviation is unambiguous.  For example, the above
647 <computeroutput>leak_check</computeroutput>
648 command can also be typed as:
649 <screen><![CDATA[
650 (gdb) mo l f r a
651 ]]></screen>
653 The letters <computeroutput>mo</computeroutput> are recognised by GDB as being
654 an abbreviation for <computeroutput>monitor</computeroutput>.  So GDB sends the
655 string <computeroutput>l f r a</computeroutput> to the Valgrind
656 gdbserver.  The letters provided in this string are unambiguous for the
657 Valgrind gdbserver.  This therefore gives the same output as the
658 unabbreviated command and arguments.  If the provided abbreviation is
659 ambiguous, the Valgrind gdbserver will report the list of commands (or
660 argument values) that can match:
661 <programlisting><![CDATA[
662 (gdb) mo v. n
663 v. can match v.set v.info v.wait v.kill v.translate v.do
664 (gdb) mo v.i n
665 n_errs_found 0 n_errs_shown 0 (vgdb-error 0)
666 (gdb) 
667 ]]></programlisting>
668 </para>
670 <para>Instead of sending a monitor command from GDB, you can also send
671 these from a shell command line.  For example, the following command
672 lines, when given in a shell, will cause the same leak search to be executed
673 by the process 3145:
674 <screen><![CDATA[
675 vgdb --pid=3145 leak_check full reachable any
676 vgdb --pid=3145 l f r a
677 ]]></screen></para>
679 <para>Note that the Valgrind gdbserver automatically continues the
680 execution of the program after a standalone invocation of
681 vgdb.  Monitor commands sent from GDB do not cause the program to
682 continue: the program execution is controlled explicitly using GDB
683 commands such as "continue" or "next".</para>
685 </sect2>
687 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-threads"
688        xreflabel="Valgrind gdbserver thread information">
689 <title>Valgrind gdbserver thread information</title>
691 <para>Valgrind's gdbserver enriches the output of the
692 GDB <computeroutput>info threads</computeroutput> command
693 with Valgrind-specific information.
694 The operating system's thread number is followed
695 by Valgrind's internal index for that thread ("tid") and by
696 the Valgrind scheduler thread state:</para>
698 <programlisting><![CDATA[
699 (gdb) info threads
700   4 Thread 6239 (tid 4 VgTs_Yielding)  0x001f2832 in _dl_sysinfo_int80 () from /lib/ld-linux.so.2
701 * 3 Thread 6238 (tid 3 VgTs_Runnable)  make_error (s=0x8048b76 "called from London") at prog.c:20
702   2 Thread 6237 (tid 2 VgTs_WaitSys)  0x001f2832 in _dl_sysinfo_int80 () from /lib/ld-linux.so.2
703   1 Thread 6234 (tid 1 VgTs_Yielding)  main (argc=1, argv=0xbedcc274) at prog.c:105
704 (gdb) 
705 ]]></programlisting>
707 </sect2>
709 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-shadowregisters"
710        xreflabel="Examining and modifying Valgrind shadow registers">
711 <title>Examining and modifying Valgrind shadow registers</title>
713 <para> When the option <option>--vgdb-shadow-registers=yes</option> is
714 given, the Valgrind gdbserver will let GDB examine and/or modify
715 Valgrind's shadow registers.  GDB version 7.1 or later is needed for this
716 to work. For x86 and amd64, GDB version 7.2 or later is needed.</para>
718 <para>For each CPU register, the Valgrind core maintains two
719 shadow register sets.  These shadow registers can be accessed from
720 GDB by giving a postfix <computeroutput>s1</computeroutput>
721 or <computeroutput>s2</computeroutput> for respectively the first
722 and second shadow register.  For example, the x86 register
723 <computeroutput>eax</computeroutput> and its two shadows
724 can be examined using the following commands:</para>
726 <programlisting><![CDATA[
727 (gdb) p $eax
728 $1 = 0
729 (gdb) p $eaxs1
730 $2 = 0
731 (gdb) p $eaxs2
732 $3 = 0
733 (gdb) 
734 ]]></programlisting>
736 <para>Float shadow registers are shown by GDB as unsigned integer
737 values instead of float values, as it is expected that these
738 shadow values are mostly used for memcheck validity bits. </para>
740 <para>Intel/amd64 AVX registers <computeroutput>ymm0</computeroutput>
741 to <computeroutput>ymm15</computeroutput> have also their shadow
742 registers. However, GDB presents the shadow values using two
743 "half" registers. For example, the half shadow registers for 
744 <computeroutput>ymm9</computeroutput> are
745 <computeroutput>xmm9s1</computeroutput> (lower half for set 1),
746 <computeroutput>ymm9hs1</computeroutput> (upper half for set 1),
747 <computeroutput>xmm9s2</computeroutput> (lower half for set 2),
748 <computeroutput>ymm9hs2</computeroutput> (upper half for set 2).
749 Note the inconsistent notation for the names of the half registers:
750 the lower part starts with an <computeroutput>x</computeroutput>,
751 the upper part starts with an <computeroutput>y</computeroutput>
752 and has an <computeroutput>h</computeroutput> before the shadow postfix.
753 </para>
754 <para>The special presentation of the AVX shadow registers is due to
755 the fact that GDB independently retrieves the lower and upper half of
756 the <computeroutput>ymm</computeroutput> registers.  GDB does not
757 however know that the shadow half registers have to be shown combined.
758 </para>
759 </sect2>
762 <sect2 id="manual-core-adv.gdbserver-limitations"
763        xreflabel="Limitations of the Valgrind gdbserver">
764 <title>Limitations of the Valgrind gdbserver</title>
766 <para>Debugging with the Valgrind gdbserver is very similar to native
767 debugging.  Valgrind's gdbserver implementation is quite
768 complete, and so provides most of the GDB debugging functionality.  There
769 are however some limitations and peculiarities:</para>
770  <itemizedlist>
771    <listitem>
772      <para>Precision of "stop-at" commands.</para>
773      <para>
774        GDB commands such as "step", "next", "stepi", breakpoints
775        and watchpoints, will stop the execution of the process.  With
776        the option <option>--vgdb=yes</option>, the process might not
777        stop at the exact requested instruction. Instead, it might
778        continue execution of the current basic block and stop at one
779        of the following basic blocks. This is linked to the fact that
780        Valgrind gdbserver has to instrument a block to allow stopping
781        at the exact instruction requested.  Currently,
782        re-instrumentation of the block currently being executed is not
783        supported. So, if the action requested by GDB (e.g. single
784        stepping or inserting a breakpoint) implies re-instrumentation
785        of the current block, the GDB action may not be executed
786        precisely.
787      </para>
788      <para>
789        This limitation applies when the basic block
790        currently being executed has not yet been instrumented for debugging.
791        This typically happens when the gdbserver is activated due to the
792        tool reporting an error or to a watchpoint.  If the gdbserver
793        block has been activated following a breakpoint, or if a
794        breakpoint has been inserted in the block before its execution,
795        then the block has already been instrumented for debugging.
796      </para>
797      <para>
798        If you use the option <option>--vgdb=full</option>, then GDB
799        "stop-at" commands will be obeyed precisely.  The
800        downside is that this requires each instruction to be
801        instrumented with an additional call to a gdbserver helper
802        function, which gives considerable overhead (+500% for memcheck)
803        compared to  <option>--vgdb=no</option>.
804        Option <option>--vgdb=yes</option> has neglectible overhead compared
805        to <option>--vgdb=no</option>.
806      </para>
807    </listitem>
809    <listitem>
810      <para>Processor registers and flags values.</para>
811      <para>When Valgrind gdbserver stops on an error, on a breakpoint
812      or when single stepping, registers and flags values might not be always
813      up to date due to the optimisations done by the Valgrind core.
814      The default value 
815      <option>--vex-iropt-register-updates=unwindregs-at-mem-access</option>
816      ensures that the registers needed to make a stack trace (typically
817      PC/SP/FP) are up to date at each memory access (i.e. memory exception
818      points).
819      Disabling some optimisations using the following values will increase
820      the precision of registers and flags values (a typical performance 
821      impact for memcheck is given for each option).
822        <itemizedlist>
823          <listitem>
824            <option>--vex-iropt-register-updates=allregs-at-mem-access</option> (+10%)
825            ensures that all registers and flags are up to date at each memory
826            access.
827          </listitem>
828          <listitem>
829            <option>--vex-iropt-register-updates=allregs-at-each-insn</option> (+25%)
830            ensures that all registers and flags are up to date at each instruction.
831          </listitem>
832        </itemizedlist>
833        Note that <option>--vgdb=full</option> (+500%, see above
834        Precision of "stop-at" commands) automatically
835        activates <option>--vex-iropt-register-updates=allregs-at-each-insn</option>.
836      </para>
837    </listitem>
839    <listitem>
840      <para>Hardware watchpoint support by the Valgrind
841      gdbserver.</para>
843      <para> The Valgrind gdbserver can simulate hardware watchpoints
844      if the selected tool provides support for it.  Currently,
845      only Memcheck provides hardware watchpoint simulation.  The
846      hardware watchpoint simulation provided by Memcheck is much
847      faster that GDB software watchpoints, which are implemented by
848      GDB checking the value of the watched zone(s) after each
849      instruction.  Hardware watchpoint simulation also provides read
850      watchpoints.  The hardware watchpoint simulation by Memcheck has
851      some limitations compared to real hardware
852      watchpoints. However, the number and length of simulated
853      watchpoints are not limited.
854      </para>
855      <para>Typically, the number of (real) hardware watchpoints is
856      limited.  For example, the x86 architecture supports a maximum of
857      4 hardware watchpoints, each watchpoint watching 1, 2, 4 or 8
858      bytes. The Valgrind gdbserver does not have any limitation on the
859      number of simulated hardware watchpoints. It also has no
860      limitation on the length of the memory zone being
861      watched.  Using GDB version 7.4 or later allow full use of the
862      flexibility of the Valgrind gdbserver's simulated hardware watchpoints.
863      Previous GDB versions do not understand that Valgrind gdbserver
864      watchpoints have no length limit.
865      </para>
866      <para>Memcheck implements hardware watchpoint simulation by
867      marking the watched address ranges as being unaddressable.  When
868      a hardware watchpoint is removed, the range is marked as
869      addressable and defined.  Hardware watchpoint simulation of
870      addressable-but-undefined memory zones works properly, but has
871      the undesirable side effect of marking the zone as defined when
872      the watchpoint is removed.
873      </para>
874      <para>Write watchpoints might not be reported at the 
875      exact instruction that writes the monitored area,
876      unless option <option>--vgdb=full</option> is given.  Read watchpoints
877      will always be reported at the exact instruction reading the
878      watched memory.
879      </para>
880      <para>It is better to avoid using hardware watchpoint of not
881      addressable (yet) memory: in such a case, GDB will fall back to
882      extremely slow software watchpoints.  Also, if you do not quit GDB
883      between two debugging sessions, the hardware watchpoints of the
884      previous sessions will be re-inserted as software watchpoints if
885      the watched memory zone is not addressable at program startup.
886      </para>
887    </listitem>
889    <listitem>
890      <para>Stepping inside shared libraries on ARM.</para>
891      <para>For unknown reasons, stepping inside shared
892      libraries on ARM may fail.  A workaround is to use the
893      <computeroutput>ldd</computeroutput> command
894      to find the list of shared libraries and their loading address
895      and inform GDB of the loading address using the GDB command
896      "add-symbol-file". Example:
897      <programlisting><![CDATA[
898 (gdb) shell ldd ./prog
899         libc.so.6 => /lib/libc.so.6 (0x4002c000)
900         /lib/ld-linux.so.3 (0x40000000)
901 (gdb) add-symbol-file /lib/libc.so.6 0x4002c000
902 add symbol table from file "/lib/libc.so.6" at
903         .text_addr = 0x4002c000
904 (y or n) y
905 Reading symbols from /lib/libc.so.6...(no debugging symbols found)...done.
906 (gdb) 
907 ]]></programlisting>
908      </para>
909    </listitem>
911    <listitem>
912      <para>GDB version needed for ARM and PPC32/64.</para>
913      <para>You must use a GDB version which is able to read XML
914      target description sent by a gdbserver.  This is the standard setup
915      if GDB was configured and built with the "expat"
916      library.  If your GDB was not configured with XML support, it
917      will report an error message when using the "target"
918      command.  Debugging will not work because GDB will then not be
919      able to fetch the registers from the Valgrind gdbserver.
920      For ARM programs using the Thumb instruction set, you must use
921      a GDB version of 7.1 or later, as earlier versions have problems
922      with next/step/breakpoints in Thumb code.
923      </para>
924    </listitem>
926    <listitem>
927      <para>Stack unwinding on PPC32/PPC64. </para>
928      <para>On PPC32/PPC64, stack unwinding for leaf functions
929      (functions that do not call any other functions) works properly
930      only when you give the option
931      <option>--vex-iropt-register-updates=allregs-at-mem-access</option>
932      or <option>--vex-iropt-register-updates=allregs-at-each-insn</option>.
933      You must also pass this option in order to get a precise stack when
934      a signal is trapped by GDB.
935      </para>
936    </listitem>
938    <listitem>
939      <para>Breakpoints encountered multiple times.</para>
940      <para>Some instructions (e.g. x86 "rep movsb")
941      are translated by Valgrind using a loop.  If a breakpoint is placed
942      on such an instruction, the breakpoint will be encountered
943      multiple times -- once for each step of the "implicit" loop
944      implementing the instruction.
945      </para>
946    </listitem>
948    <listitem>
949      <para>Execution of Inferior function calls by the Valgrind
950      gdbserver.</para>
952      <para>GDB allows the user to "call" functions inside the process
953      being debugged.  Such calls are named "inferior calls" in the GDB
954      terminology.  A typical use of an inferior call is to execute
955      a function that prints a human-readable version of a complex data
956      structure.  To make an inferior call, use the GDB "print" command
957      followed by the function to call and its arguments.  As an
958      example, the following GDB command causes an inferior call to the
959      libc "printf" function to be executed by the process
960      being debugged:
961      </para>
962      <programlisting><![CDATA[
963 (gdb) p printf("process being debugged has pid %d\n", getpid())
964 $5 = 36
965 (gdb) 
966 ]]></programlisting>
968      <para>The Valgrind gdbserver supports inferior function calls.
969      Whilst an inferior call is running, the Valgrind tool will report
970      errors as usual.  If you do not want to have such errors stop the
971      execution of the inferior call, you can
972      use <computeroutput>v.set vgdb-error</computeroutput> to set a
973      big value before the call, then manually reset it to its original
974      value when the call is complete.</para>
976      <para>To execute inferior calls, GDB changes registers such as
977      the program counter, and then continues the execution of the
978      program. In a multithreaded program, all threads are continued,
979      not just the thread instructed to make the inferior call.  If
980      another thread reports an error or encounters a breakpoint, the
981      evaluation of the inferior call is abandoned.</para>
983      <para>Note that inferior function calls are a powerful GDB
984      feature, but should be used with caution. For example, if
985      the program being debugged is stopped inside the function "printf",
986      forcing a recursive call to printf via an inferior call will
987      very probably create problems.  The Valgrind tool might also add
988      another level of complexity to inferior calls, e.g. by reporting
989      tool errors during the Inferior call or due to the
990      instrumentation done.
991      </para>
993    </listitem>
995    <listitem>
996      <para>Connecting to or interrupting a Valgrind process blocked in
997      a system call.</para>
999      <para>Connecting to or interrupting a Valgrind process blocked in
1000      a system call requires the "ptrace" system call to be usable.
1001      This may be disabled in your kernel for security reasons.
1002      </para>
1004      <para>When running your program, Valgrind's scheduler
1005      periodically checks whether there is any work to be handled by
1006      the gdbserver.  Unfortunately this check is only done if at least
1007      one thread of the process is runnable.  If all the threads of the
1008      process are blocked in a system call, then the checks do not
1009      happen, and the Valgrind scheduler will not invoke the gdbserver.
1010      In such a case, the vgdb relay application will "force" the
1011      gdbserver to be invoked, without the intervention of the Valgrind
1012      scheduler.
1013      </para>
1015      <para>Such forced invocation of the Valgrind gdbserver is
1016      implemented by vgdb using ptrace system calls.  On a properly
1017      implemented kernel, the ptrace calls done by vgdb will not
1018      influence the behaviour of the program running under Valgrind.
1019      If however they do, giving the
1020      option <option>--max-invoke-ms=0</option> to the vgdb relay
1021      application will disable the usage of ptrace calls.  The
1022      consequence of disabling ptrace usage in vgdb is that a Valgrind
1023      process blocked in a system call cannot be woken up or
1024      interrupted from GDB until it executes enough basic blocks to let
1025      the Valgrind scheduler's normal checking take effect.
1026      </para>
1028      <para>When ptrace is disabled in vgdb, you can increase the
1029      responsiveness of the Valgrind gdbserver to commands or
1030      interrupts by giving a lower value to the
1031      option <option>--vgdb-poll</option>.  If your application is
1032      blocked in system calls most of the time, using a very low value
1033      for <option>--vgdb-poll</option> will cause a the gdbserver to be
1034      invoked sooner.  The gdbserver polling done by Valgrind's
1035      scheduler is very efficient, so the increased polling frequency
1036      should not cause significant performance degradation.
1037      </para>
1039      <para>When ptrace is disabled in vgdb, a query packet sent by GDB
1040      may take significant time to be handled by the Valgrind
1041      gdbserver.  In such cases, GDB might encounter a protocol
1042      timeout.  To avoid this,
1043      you can increase the value of the timeout by using the GDB
1044      command "set remotetimeout".
1045      </para>
1047      <para>Ubuntu versions 10.10 and later may restrict the scope of
1048      ptrace to the children of the process calling ptrace.  As the
1049      Valgrind process is not a child of vgdb, such restricted scoping
1050      causes the ptrace calls to fail.  To avoid that, Valgrind will
1051      automatically allow all processes belonging to the same userid to
1052      "ptrace" a Valgrind process, by using PR_SET_PTRACER.</para>
1054      <para>Unblocking processes blocked in system calls is not
1055      currently implemented on Mac OS X and Android.  So you cannot
1056      connect to or interrupt a process blocked in a system call on Mac
1057      OS X or Android.
1058      </para>
1060    </listitem>
1062    <listitem>
1063      <para>Changing register values.</para>
1064      <para>The Valgrind gdbserver will only modify the values of the
1065      thread's registers when the thread is in status Runnable or
1066      Yielding.  In other states (typically, WaitSys), attempts to
1067      change register values will fail.  Amongst other things, this
1068      means that inferior calls are not executed for a thread which is
1069      in a system call, since the Valgrind gdbserver does not implement
1070      system call restart.
1071      </para>
1072    </listitem>
1074    <listitem>
1075      <para>Unsupported GDB functionality.</para>
1076      <para>GDB provides a lot of debugging functionality and not all
1077      of it is supported.  Specifically, the following are not
1078      supported: reversible debugging and tracepoints.
1079      </para>
1080    </listitem>
1082    <listitem>
1083      <para>Unknown limitations or problems.</para>
1084      <para>The combination of GDB, Valgrind and the Valgrind gdbserver
1085      probably has unknown other limitations and problems.  If you
1086      encounter strange or unexpected behaviour, feel free to report a
1087      bug.  But first please verify that the limitation or problem is
1088      not inherent to GDB or the GDB remote protocol.  You may be able
1089      to do so by checking the behaviour when using standard gdbserver
1090      part of the GDB package.
1091      </para>
1092    </listitem>
1094  </itemizedlist>
1096 </sect2>
1098 <!-- Referenced from both the manual and manpage -->
1099 <sect2 id="&vg-vgdb-id;"
1100        xreflabel="&vg-vgdb-label;">
1101 <title>vgdb command line options</title>
1102 <para> Usage: <computeroutput>vgdb [OPTION]... [[-c] COMMAND]...</computeroutput></para>
1104 <para> vgdb ("Valgrind to GDB") is a small program that is used as an
1105 intermediary between Valgrind and GDB or a shell.
1106 Therefore, it has two usage modes:
1107 </para>
1108 <!-- start of xi:include in the manpage -->
1109 <orderedlist id="vgdb.desc.modes">
1110   <listitem id="manual-core-adv.vgdb-standalone" xreflabel="vgdb standalone">
1111     <para>As a standalone utility, it is used from a shell command
1112     line to send monitor commands to a process running under
1113     Valgrind. For this usage, the vgdb OPTION(s) must be followed by
1114     the monitor command to send. To send more than one command,
1115     separate them with the <option>-c</option> option.
1116     </para>
1117   </listitem>
1119   <listitem id="manual-core-adv.vgdb-relay" xreflabel="vgdb relay">
1120     <para>In combination with GDB "target remote |" command, it is
1121     used as the relay application between GDB and the Valgrind
1122     gdbserver.  For this usage, only OPTION(s) can be given, but no
1123     COMMAND can be given.
1124     </para>
1125   </listitem>
1127 </orderedlist>
1128 <!-- end of xi:include in the manpage -->
1130 <para><computeroutput>vgdb</computeroutput> accepts the following
1131 options:</para>
1132 <!-- start of xi:include in the manpage -->
1133 <variablelist id="vgdb.opts.list">
1134   <varlistentry>
1135     <term><option>--pid=&lt;number&gt;</option></term>
1136     <listitem><para>Specifies the PID of
1137     the process to which vgdb must connect to.  This option is useful
1138     in case more than one Valgrind gdbserver can be connected to.  If
1139     the <option>--pid</option> argument is not given and multiple
1140     Valgrind gdbserver processes are running, vgdb will report the
1141     list of such processes and then exit.</para></listitem>
1142   </varlistentry>
1144   <varlistentry>
1145     <term><option>--vgdb-prefix</option></term>
1146     <listitem><para>Must be given to both
1147     Valgrind and vgdb if you want to change the default prefix for the
1148     FIFOs (named pipes) used for communication between the Valgrind
1149     gdbserver and vgdb.</para></listitem>
1150   </varlistentry>
1152   <varlistentry>
1153     <term><option>--wait=&lt;number&gt;</option></term>
1154     <listitem><para>Instructs vgdb to
1155     search for available Valgrind gdbservers for the specified number
1156     of seconds.  This makes it possible start a vgdb process 
1157     before starting the Valgrind gdbserver with which you intend the
1158     vgdb to communicate.  This option is useful when used in
1159     conjunction with a <option>--vgdb-prefix</option> that is
1160     unique to the process you want to wait for.
1161     Also, if you use the <option>--wait</option> argument in the GDB
1162     "target remote" command, you must set the GDB remotetimeout to a
1163     value bigger than the --wait argument value.  See option
1164     <option>--max-invoke-ms</option> (just below)
1165     for an example of setting the remotetimeout value.</para></listitem>
1166   </varlistentry>
1168   <varlistentry>
1169     <term><option>--max-invoke-ms=&lt;number&gt;</option></term>
1170     <listitem><para>Gives the
1171     number of milliseconds after which vgdb will force the invocation
1172     of gdbserver embedded in Valgrind.  The default value is 100
1173     milliseconds. A value of 0 disables forced invocation. The forced
1174     invocation is used when vgdb is connected to a Valgrind gdbserver,
1175     and the Valgrind process has all its threads blocked in a system
1176     call.
1177     </para>
1179     <para>If you specify a large value, you might need to increase the
1180     GDB "remotetimeout" value from its default value of 2 seconds.
1181     You should ensure that the timeout (in seconds) is
1182     bigger than the <option>--max-invoke-ms</option> value.  For
1183     example, for <option>--max-invoke-ms=5000</option>, the following
1184     GDB command is suitable:
1185     <screen><![CDATA[
1186     (gdb) set remotetimeout 6
1187     ]]></screen>
1188     </para></listitem>
1189   </varlistentry>
1191   <varlistentry>
1192     <term><option>--cmd-time-out=&lt;number&gt;</option></term>
1193     <listitem><para>Instructs a
1194     standalone vgdb to exit if the Valgrind gdbserver it is connected
1195     to does not process a command in the specified number of seconds.
1196     The default value is to never time out.</para></listitem>
1197   </varlistentry>
1199   <varlistentry>
1200     <term><option>--port=&lt;portnr&gt;</option></term>
1201     <listitem><para>Instructs vgdb to
1202     use tcp/ip and listen for GDB on the specified port nr rather than
1203     to use a pipe to communicate with GDB. Using tcp/ip allows to have
1204     GDB running on one computer and debugging a Valgrind process
1205     running on another target computer.
1206     Example: 
1207     <screen><![CDATA[
1208 # On the target computer, start your program under valgrind using
1209 valgrind --vgdb-error=0 prog
1210 # and then in another shell, run:
1211 vgdb --port=1234
1212 ]]></screen></para>
1213     <para>On the computer which hosts GDB, execute the command:
1214     <screen><![CDATA[
1215 gdb prog
1216 (gdb) target remote targetip:1234
1217 ]]></screen>
1218     where targetip is the ip address or hostname of the target computer.
1219     </para></listitem>
1220   </varlistentry>
1221    
1222   <varlistentry>
1223     <term><option>-c</option></term>
1224     <listitem><para>To give more than one command to a
1225     standalone vgdb, separate the commands by an
1226     option <option>-c</option>. Example:
1227     <screen><![CDATA[
1228 vgdb v.set log_output -c leak_check any
1229 ]]></screen></para></listitem>
1230   </varlistentry>  
1232   <varlistentry>
1233     <term><option>-l</option></term>
1234     <listitem><para>Instructs a standalone vgdb to report
1235     the list of the Valgrind gdbserver processes running and then
1236     exit.</para></listitem>
1237   </varlistentry>
1239   <varlistentry>
1240     <term><option>-D</option></term>
1241     <listitem><para>Instructs a standalone vgdb to show the
1242     state of the shared memory used by the Valgrind gdbserver.  vgdb
1243     will exit after having shown the Valgrind gdbserver shared memory
1244     state.</para></listitem>
1245   </varlistentry>
1247   <varlistentry>
1248     <term><option>-d</option></term>
1249     <listitem><para>Instructs vgdb to produce debugging
1250     output.  Give multiple <option>-d</option> args to increase the
1251     verbosity. When giving <option>-d</option> to a relay vgdb, you better
1252     redirect the standard error (stderr) of vgdb to a file to avoid
1253     interaction between GDB and vgdb debugging output.</para></listitem>
1254   </varlistentry>
1255   
1256 </variablelist>
1257 <!-- end of xi:include in the manpage -->
1259 </sect2>
1262 <!-- Referenced from both the manual and manpage -->
1263 <sect2 id="&vg-monitor-id;"
1264        xreflabel="&vg-monitor-label;">
1265 <title>Valgrind monitor commands</title>
1267 <para>This section describes the Valgrind monitor commands, available
1268 regardless of the Valgrind tool selected. For the tool specific
1269 commands, refer to <xref linkend="mc-manual.monitor-commands"/>,
1270 <xref linkend="hg-manual.monitor-commands"/>,
1271 <xref linkend="cl-manual.monitor-commands"/> and
1272 <xref linkend="ms-manual.monitor-commands"/>. </para>
1274 <para> The monitor commands can be sent either from a shell command line, by using a
1275 standalone vgdb, or from GDB, by using GDB's "monitor"
1276 command (see <xref linkend="manual-core-adv.gdbserver-commandhandling"/>).
1277 They can also be launched by the client program, using the VALGRIND_MONITOR_COMMAND
1278 client request.
1279 </para>
1281 <itemizedlist>
1282   <listitem>
1283     <para><varname>help [debug]</varname> instructs Valgrind's gdbserver
1284     to give the list of all monitor commands of the Valgrind core and
1285     of the tool. The optional "debug" argument tells to also give help
1286     for the monitor commands aimed at Valgrind internals debugging.
1287     </para>
1288   </listitem>
1290   <listitem>
1291     <para><varname>v.info all_errors</varname> shows all errors found
1292     so far.</para>
1293   </listitem>
1294   <listitem>
1295     <para><varname>v.info last_error</varname> shows the last error
1296     found.</para>
1297   </listitem>
1299   <listitem>
1300     <para><varname>v.info location &lt;addr&gt;</varname> outputs
1301     information about the location &lt;addr&gt;. Possibly, the
1302     following are described: global variables, local (stack)
1303     variables, allocated or freed blocks, ...  The information
1304     produced depends on the tool and on the options given to valgrind.
1305     Some tools (e.g. memcheck and helgrind) produce more detailed
1306     information for client heap blocks. For example, these tools show
1307     the stacktrace where the heap block was allocated. If a tool does
1308     not replace the malloc/free/... functions, then client heap blocks
1309     will not be described.  Use the
1310     option <varname>--read-var-info=yes</varname> to obtain more
1311     detailed information about global or local (stack) variables.
1312     </para>
1313 <programlisting><![CDATA[
1314 (gdb) monitor v.info location 0x8050b20
1315  Location 0x8050b20 is 0 bytes inside global var "mx"
1316  declared at tc19_shadowmem.c:19
1318 (gdb) mo v.in loc 0x582f33c
1319  Location 0x582f33c is 0 bytes inside local var "info"
1320  declared at tc19_shadowmem.c:282, in frame #1 of thread 3
1321 (gdb) 
1322 ]]></programlisting>
1323   </listitem>
1325   <listitem>
1326     <para><varname>v.info n_errs_found [msg]</varname> shows the number of
1327     errors found so far, the nr of errors shown so far and the current
1328     value of the <option>--vgdb-error</option> argument. The optional
1329     <computeroutput>msg</computeroutput> (one or more words) is appended.
1330     Typically, this can be used to insert markers in a process output
1331     file between several tests executed in sequence by a process
1332     started only once. This allows to associate the errors reported
1333     by Valgrind with the specific test that produced these errors.
1334     </para>
1335   </listitem>
1337   <listitem>
1338     <para><varname>v.info open_fds</varname> shows the list of open file
1339     descriptors and details related to the file descriptor.
1340     This only works if <option>--track-fds=yes</option>
1341     was given at Valgrind startup.</para>
1342   </listitem>
1344   <listitem>
1345     <para><varname>v.set {gdb_output | log_output |
1346     mixed_output}</varname> allows redirection of the Valgrind output
1347     (e.g. the errors detected by the tool).  The default setting is
1348     <computeroutput>mixed_output</computeroutput>.</para>
1349     
1350     <para>With <computeroutput>mixed_output</computeroutput>, the
1351     Valgrind output goes to the Valgrind log (typically stderr) while
1352     the output of the interactive GDB monitor commands (e.g. 
1353     <computeroutput>v.info last_error</computeroutput>)
1354     is displayed by GDB.</para>
1355     
1356     <para>With <computeroutput>gdb_output</computeroutput>, both the
1357     Valgrind output and the interactive GDB monitor commands output are
1358     displayed by GDB.</para>
1359     
1360     <para>With <computeroutput>log_output</computeroutput>, both the
1361     Valgrind output and the interactive GDB monitor commands output go
1362     to the Valgrind log.</para>
1363   </listitem>
1364   
1365   <listitem>
1366     <para><varname>v.wait [ms (default 0)]</varname> instructs
1367     Valgrind gdbserver to sleep "ms" milli-seconds and then
1368     continue.  When sent from a standalone vgdb, if this is the last
1369     command, the Valgrind process will continue the execution of the
1370     guest process. The typical usage of this is to use vgdb to send a
1371     "no-op" command to a Valgrind gdbserver so as to continue the
1372     execution of the guest process.
1373     </para>
1374   </listitem>
1376   <listitem>
1377     <para><varname>v.kill</varname> requests the gdbserver to kill
1378     the process. This can be used from a standalone vgdb to properly
1379     kill a Valgrind process which is currently expecting a vgdb
1380     connection.</para>
1381   </listitem>
1383   <listitem>
1384     <para><varname>v.set vgdb-error &lt;errornr&gt;</varname>
1385     dynamically changes the value of the 
1386     <option>--vgdb-error</option> argument. A
1387     typical usage of this is to start with
1388     <option>--vgdb-error=0</option> on the
1389     command line, then set a few breakpoints, set the vgdb-error value
1390     to a huge value and continue execution.</para>
1391   </listitem>
1393 </itemizedlist>
1395 <para>The following Valgrind monitor commands are useful for
1396 investigating the behaviour of Valgrind or its gdbserver in case of
1397 problems or bugs.</para>
1399 <itemizedlist>
1401   <listitem>
1402     <para><varname>v.do expensive_sanity_check_general</varname>
1403     executes various sanity checks. In particular, the sanity of the
1404     Valgrind heap is verified. This can be useful if you suspect that
1405     your program and/or Valgrind has a bug corrupting Valgrind data
1406     structure.  It can also be used when a Valgrind tool
1407     reports a client error to the connected GDB, in order to verify
1408     the sanity of Valgrind before continuing the execution.
1409     </para>
1410   </listitem>
1412   <listitem>
1413     <para><varname>v.info gdbserver_status</varname> shows the
1414     gdbserver status. In case of problems (e.g. of communications),
1415     this shows the values of some relevant Valgrind gdbserver internal
1416     variables.  Note that the variables related to breakpoints and
1417     watchpoints (e.g. the number of breakpoint addresses and the number of
1418     watchpoints) will be zero, as GDB by default removes all
1419     watchpoints and breakpoints when execution stops, and re-inserts
1420     them when resuming the execution of the debugged process.  You can
1421     change this GDB behaviour by using the GDB command
1422     <computeroutput>set breakpoint always-inserted on</computeroutput>.
1423     </para>
1424   </listitem>
1426   <listitem>
1427     <para><varname>v.info memory [aspacemgr]</varname> shows the statistics of
1428     Valgrind's internal heap management. If
1429     option <option>--profile-heap=yes</option> was given, detailed
1430     statistics will be output. With the optional argument
1431     <computeroutput>aspacemgr</computeroutput>. the segment list maintained
1432     by valgrind address space manager will be output. Note that
1433     this list of segments is always output on the Valgrind log.
1434     </para>
1435   </listitem>
1437   <listitem>
1438     <para><varname>v.info exectxt</varname> shows informations about
1439     the "executable contexts" (i.e. the stack traces) recorded by
1440     Valgrind.  For some programs, Valgrind can record a very high
1441     number of such stack traces, causing a high memory usage.  This
1442     monitor command shows all the recorded stack traces, followed by
1443     some statistics. This can be used to analyse the reason for having
1444     a big number of stack traces. Typically, you will use this command
1445     if <varname>v.info memory</varname> has shown significant memory
1446     usage by the "exectxt" arena.
1447     </para>
1448   </listitem>
1450   <listitem>
1451     <para><varname>v.info scheduler</varname> shows various
1452     information about threads. First, it outputs the host stack trace,
1453     i.e. the Valgrind code being executed. Then, for each thread, it
1454     outputs the thread state. For non terminated threads, the state is
1455     followed by the guest (client) stack trace. Finally, for each
1456     active thread or for each terminated thread slot not yet re-used,
1457     it shows the max usage of the valgrind stack.</para>
1458     <para>Showing the client stack traces allows to compare the stack
1459     traces produced by the Valgrind unwinder with the stack traces
1460     produced by GDB+Valgrind gdbserver. Pay attention that GDB and
1461     Valgrind scheduler status have their own thread numbering
1462     scheme. To make the link between the GDB thread number and the
1463     corresponding Valgrind scheduler thread number, use the GDB
1464     command <computeroutput>info threads</computeroutput>.  The output
1465     of this command shows the GDB thread number and the valgrind
1466     'tid'. The 'tid' is the thread number output
1467     by <computeroutput>v.info scheduler</computeroutput>.  When using
1468     the callgrind tool, the callgrind monitor command
1469     <computeroutput>status</computeroutput> outputs internal callgrind
1470     information about the stack/call graph it maintains.
1471     </para>
1472   </listitem>
1474   <listitem>
1475     <para><varname>v.info stats</varname> shows various valgrind core and
1476     tool statistics. With this, Valgrind and tool statistics can
1477     be examined while running, even without option <option>--stats=yes</option>.
1478     </para>
1479   </listitem>
1481   <listitem>
1482     <para><varname>v.set debuglog &lt;intvalue&gt;</varname> sets the
1483     Valgrind debug log level to &lt;intvalue&gt;.  This allows to
1484     dynamically change the log level of Valgrind e.g. when a problem
1485     is detected.</para>
1486   </listitem>
1488   <listitem>
1489     <para><varname>v.set hostvisibility [yes*|no]</varname> The value
1490     "yes" indicates to gdbserver that GDB can look at the Valgrind
1491     'host' (internal) status/memory. "no" disables this access.
1492     When hostvisibility is activated, GDB can e.g. look at Valgrind
1493     global variables. As an example, to examine a Valgrind global
1494     variable of the memcheck tool on an x86, do the following setup:</para>
1496 <screen><![CDATA[
1497 (gdb) monitor v.set hostvisibility yes
1498 (gdb) add-symbol-file /path/to/tool/executable/file/memcheck-x86-linux 0x38000000
1499 add symbol table from file "/path/to/tool/executable/file/memcheck-x86-linux" at
1500         .text_addr = 0x38000000
1501 (y or n) y
1502 Reading symbols from /path/to/tool/executable/file/memcheck-x86-linux...done.
1503 (gdb) 
1504 ]]></screen>
1506   <para>After that, variables defined in memcheck-x86-linux can be accessed, e.g.</para>
1508 <screen><![CDATA[
1509 (gdb) p /x vgPlain_threads[1].os_state
1510 $3 = {lwpid = 0x4688, threadgroup = 0x4688, parent = 0x0, 
1511   valgrind_stack_base = 0x62e78000, valgrind_stack_init_SP = 0x62f79fe0, 
1512   exitcode = 0x0, fatalsig = 0x0}
1513 (gdb) p vex_control
1514 $5 = {iropt_verbosity = 0, iropt_level = 2, 
1515   iropt_register_updates = VexRegUpdUnwindregsAtMemAccess, 
1516   iropt_unroll_thresh = 120, guest_max_insns = 60, guest_chase_thresh = 10, 
1517   guest_chase_cond = 0 '\000'}
1518 (gdb) 
1519 ]]></screen>
1520   </listitem>
1522   <listitem>
1523     <para><varname>v.translate &lt;address&gt;
1524     [&lt;traceflags&gt;]</varname> shows the translation of the block
1525     containing <computeroutput>address</computeroutput> with the given
1526     trace flags. The <computeroutput>traceflags</computeroutput> value
1527     bit patterns have similar meaning to Valgrind's
1528     <option>--trace-flags</option> option.  It can be given
1529     in hexadecimal (e.g. 0x20) or decimal (e.g. 32) or in binary 1s
1530     and 0s bit (e.g. 0b00100000). The default value of the traceflags
1531     is 0b00100000, corresponding to "show after instrumentation". 
1532     The output of this command always goes to the Valgrind
1533     log.</para>
1534     <para>The additional bit flag 0b100000000 (bit 8)
1535     has no equivalent in the <option>--trace-flags</option> option.
1536     It enables tracing of the gdbserver specific instrumentation.  Note
1537     that this bit 8 can only enable the addition of gdbserver
1538     instrumentation in the trace.  Setting it to 0 will not
1539     disable the tracing of the gdbserver instrumentation if it is
1540     active for some other reason, for example because there is a breakpoint at
1541     this address or because gdbserver is in single stepping
1542     mode.</para>
1543   </listitem>
1545 </itemizedlist>
1547 </sect2>
1549 </sect1>
1555 <sect1 id="manual-core-adv.wrapping" xreflabel="Function Wrapping">
1556 <title>Function wrapping</title>
1558 <para>
1559 Valgrind allows calls to some specified functions to be intercepted and
1560 rerouted to a different, user-supplied function.  This can do whatever it
1561 likes, typically examining the arguments, calling onwards to the original,
1562 and possibly examining the result.  Any number of functions may be
1563 wrapped.</para>
1565 <para>
1566 Function wrapping is useful for instrumenting an API in some way.  For
1567 example, Helgrind wraps functions in the POSIX pthreads API so it can know
1568 about thread status changes, and the core is able to wrap
1569 functions in the MPI (message-passing) API so it can know
1570 of memory status changes associated with message arrival/departure.
1571 Such information is usually passed to Valgrind by using client
1572 requests in the wrapper functions, although the exact mechanism may vary.
1573 </para>
1575 <sect2 id="manual-core-adv.wrapping.example" xreflabel="A Simple Example">
1576 <title>A Simple Example</title>
1578 <para>Supposing we want to wrap some function</para>
1580 <programlisting><![CDATA[
1581 int foo ( int x, int y ) { return x + y; }]]></programlisting>
1583 <para>A wrapper is a function of identical type, but with a special name
1584 which identifies it as the wrapper for <computeroutput>foo</computeroutput>.
1585 Wrappers need to include
1586 supporting macros from <filename>valgrind.h</filename>.
1587 Here is a simple wrapper which prints the arguments and return value:</para>
1589 <programlisting><![CDATA[
1590 #include <stdio.h>
1591 #include "valgrind.h"
1592 int I_WRAP_SONAME_FNNAME_ZU(NONE,foo)( int x, int y )
1594    int    result;
1595    OrigFn fn;
1596    VALGRIND_GET_ORIG_FN(fn);
1597    printf("foo's wrapper: args %d %d\n", x, y);
1598    CALL_FN_W_WW(result, fn, x,y);
1599    printf("foo's wrapper: result %d\n", result);
1600    return result;
1602 ]]></programlisting>
1604 <para>To become active, the wrapper merely needs to be present in a text
1605 section somewhere in the same process' address space as the function
1606 it wraps, and for its ELF symbol name to be visible to Valgrind.  In
1607 practice, this means either compiling to a 
1608 <computeroutput>.o</computeroutput> and linking it in, or
1609 compiling to a <computeroutput>.so</computeroutput> and 
1610 <computeroutput>LD_PRELOAD</computeroutput>ing it in.  The latter is more
1611 convenient in that it doesn't require relinking.</para>
1613 <para>All wrappers have approximately the above form.  There are three
1614 crucial macros:</para>
1616 <para><computeroutput>I_WRAP_SONAME_FNNAME_ZU</computeroutput>: 
1617 this generates the real name of the wrapper.
1618 This is an encoded name which Valgrind notices when reading symbol
1619 table information.  What it says is: I am the wrapper for any function
1620 named <computeroutput>foo</computeroutput> which is found in 
1621 an ELF shared object with an empty
1622 ("<computeroutput>NONE</computeroutput>") soname field.  The specification 
1623 mechanism is powerful in
1624 that wildcards are allowed for both sonames and function names.  
1625 The details are discussed below.</para>
1627 <para><computeroutput>VALGRIND_GET_ORIG_FN</computeroutput>: 
1628 once in the wrapper, the first priority is
1629 to get hold of the address of the original (and any other supporting
1630 information needed).  This is stored in a value of opaque 
1631 type <computeroutput>OrigFn</computeroutput>.
1632 The information is acquired using 
1633 <computeroutput>VALGRIND_GET_ORIG_FN</computeroutput>.  It is crucial
1634 to make this macro call before calling any other wrapped function
1635 in the same thread.</para>
1637 <para><computeroutput>CALL_FN_W_WW</computeroutput>: eventually we will
1638 want to call the function being
1639 wrapped.  Calling it directly does not work, since that just gets us
1640 back to the wrapper and leads to an infinite loop.  Instead, the result
1641 lvalue, 
1642 <computeroutput>OrigFn</computeroutput> and arguments are
1643 handed to one of a family of macros of the form 
1644 <computeroutput>CALL_FN_*</computeroutput>.  These
1645 cause Valgrind to call the original and avoid recursion back to the
1646 wrapper.</para>
1647 </sect2>
1649 <sect2 id="manual-core-adv.wrapping.specs" xreflabel="Wrapping Specifications">
1650 <title>Wrapping Specifications</title>
1652 <para>This scheme has the advantage of being self-contained.  A library of
1653 wrappers can be compiled to object code in the normal way, and does
1654 not rely on an external script telling Valgrind which wrappers pertain
1655 to which originals.</para>
1657 <para>Each wrapper has a name which, in the most general case says: I am the
1658 wrapper for any function whose name matches FNPATT and whose ELF
1659 "soname" matches SOPATT.  Both FNPATT and SOPATT may contain wildcards
1660 (asterisks) and other characters (spaces, dots, @, etc) which are not 
1661 generally regarded as valid C identifier names.</para> 
1663 <para>This flexibility is needed to write robust wrappers for POSIX pthread
1664 functions, where typically we are not completely sure of either the
1665 function name or the soname, or alternatively we want to wrap a whole
1666 set of functions at once.</para> 
1668 <para>For example, <computeroutput>pthread_create</computeroutput> 
1669 in GNU libpthread is usually a
1670 versioned symbol - one whose name ends in, eg, 
1671 <computeroutput>@GLIBC_2.3</computeroutput>.  Hence we
1672 are not sure what its real name is.  We also want to cover any soname
1673 of the form <computeroutput>libpthread.so*</computeroutput>.
1674 So the header of the wrapper will be</para>
1676 <programlisting><![CDATA[
1677 int I_WRAP_SONAME_FNNAME_ZZ(libpthreadZdsoZd0,pthreadZucreateZAZa)
1678   ( ... formals ... )
1679   { ... body ... }
1680 ]]></programlisting>
1682 <para>In order to write unusual characters as valid C function names, a
1683 Z-encoding scheme is used.  Names are written literally, except that
1684 a capital Z acts as an escape character, with the following encoding:</para>
1686 <programlisting><![CDATA[
1687      Za   encodes    *
1688      Zp              +
1689      Zc              :
1690      Zd              .
1691      Zu              _
1692      Zh              -
1693      Zs              (space)
1694      ZA              @
1695      ZZ              Z
1696      ZL              (       # only in valgrind 3.3.0 and later
1697      ZR              )       # only in valgrind 3.3.0 and later
1698 ]]></programlisting>
1700 <para>Hence <computeroutput>libpthreadZdsoZd0</computeroutput> is an 
1701 encoding of the soname <computeroutput>libpthread.so.0</computeroutput>
1702 and <computeroutput>pthreadZucreateZAZa</computeroutput> is an encoding 
1703 of the function name <computeroutput>pthread_create@*</computeroutput>.
1704 </para>
1706 <para>The macro <computeroutput>I_WRAP_SONAME_FNNAME_ZZ</computeroutput> 
1707 constructs a wrapper name in which
1708 both the soname (first component) and function name (second component)
1709 are Z-encoded.  Encoding the function name can be tiresome and is
1710 often unnecessary, so a second macro,
1711 <computeroutput>I_WRAP_SONAME_FNNAME_ZU</computeroutput>, can be
1712 used instead.  The <computeroutput>_ZU</computeroutput> variant is 
1713 also useful for writing wrappers for
1714 C++ functions, in which the function name is usually already mangled
1715 using some other convention in which Z plays an important role.  Having
1716 to encode a second time quickly becomes confusing.</para>
1718 <para>Since the function name field may contain wildcards, it can be
1719 anything, including just <computeroutput>*</computeroutput>.
1720 The same is true for the soname.
1721 However, some ELF objects - specifically, main executables - do not
1722 have sonames.  Any object lacking a soname is treated as if its soname
1723 was <computeroutput>NONE</computeroutput>, which is why the original 
1724 example above had a name
1725 <computeroutput>I_WRAP_SONAME_FNNAME_ZU(NONE,foo)</computeroutput>.</para>
1727 <para>Note that the soname of an ELF object is not the same as its
1728 file name, although it is often similar.  You can find the soname of
1729 an object <computeroutput>libfoo.so</computeroutput> using the command
1730 <computeroutput>readelf -a libfoo.so | grep soname</computeroutput>.</para>
1731 </sect2>
1733 <sect2 id="manual-core-adv.wrapping.semantics" xreflabel="Wrapping Semantics">
1734 <title>Wrapping Semantics</title>
1736 <para>The ability for a wrapper to replace an infinite family of functions
1737 is powerful but brings complications in situations where ELF objects
1738 appear and disappear (are dlopen'd and dlclose'd) on the fly.
1739 Valgrind tries to maintain sensible behaviour in such situations.</para>
1741 <para>For example, suppose a process has dlopened (an ELF object with
1742 soname) <filename>object1.so</filename>, which contains 
1743 <computeroutput>function1</computeroutput>.  It starts to use
1744 <computeroutput>function1</computeroutput> immediately.</para>
1746 <para>After a while it dlopens <filename>wrappers.so</filename>,
1747 which contains a wrapper
1748 for <computeroutput>function1</computeroutput> in (soname) 
1749 <filename>object1.so</filename>.  All subsequent calls to 
1750 <computeroutput>function1</computeroutput> are rerouted to the wrapper.</para>
1752 <para>If <filename>wrappers.so</filename> is 
1753 later dlclose'd, calls to <computeroutput>function1</computeroutput> are 
1754 naturally routed back to the original.</para>
1756 <para>Alternatively, if <filename>object1.so</filename>
1757 is dlclose'd but <filename>wrappers.so</filename> remains,
1758 then the wrapper exported by <filename>wrappers.so</filename>
1759 becomes inactive, since there
1760 is no way to get to it - there is no original to call any more.  However,
1761 Valgrind remembers that the wrapper is still present.  If 
1762 <filename>object1.so</filename> is
1763 eventually dlopen'd again, the wrapper will become active again.</para>
1765 <para>In short, valgrind inspects all code loading/unloading events to
1766 ensure that the set of currently active wrappers remains consistent.</para>
1768 <para>A second possible problem is that of conflicting wrappers.  It is 
1769 easily possible to load two or more wrappers, both of which claim
1770 to be wrappers for some third function.  In such cases Valgrind will
1771 complain about conflicting wrappers when the second one appears, and
1772 will honour only the first one.</para>
1773 </sect2>
1775 <sect2 id="manual-core-adv.wrapping.debugging" xreflabel="Debugging">
1776 <title>Debugging</title>
1778 <para>Figuring out what's going on given the dynamic nature of wrapping
1779 can be difficult.  The 
1780 <option>--trace-redir=yes</option> option makes 
1781 this possible
1782 by showing the complete state of the redirection subsystem after
1783 every
1784 <function>mmap</function>/<function>munmap</function>
1785 event affecting code (text).</para>
1787 <para>There are two central concepts:</para>
1789 <itemizedlist>
1791   <listitem><para>A "redirection specification" is a binding of 
1792   a (soname pattern, fnname pattern) pair to a code address.
1793   These bindings are created by writing functions with names
1794   made with the 
1795   <computeroutput>I_WRAP_SONAME_FNNAME_{ZZ,_ZU}</computeroutput>
1796   macros.</para></listitem>
1798   <listitem><para>An "active redirection" is a code-address to 
1799   code-address binding currently in effect.</para></listitem>
1801 </itemizedlist>
1803 <para>The state of the wrapping-and-redirection subsystem comprises a set of
1804 specifications and a set of active bindings.  The specifications are
1805 acquired/discarded by watching all 
1806 <function>mmap</function>/<function>munmap</function>
1807 events on code (text)
1808 sections.  The active binding set is (conceptually) recomputed from
1809 the specifications, and all known symbol names, following any change
1810 to the specification set.</para>
1812 <para><option>--trace-redir=yes</option> shows the contents 
1813 of both sets following any such event.</para>
1815 <para><option>-v</option> prints a line of text each 
1816 time an active specification is used for the first time.</para>
1818 <para>Hence for maximum debugging effectiveness you will need to use both
1819 options.</para>
1821 <para>One final comment.  The function-wrapping facility is closely
1822 tied to Valgrind's ability to replace (redirect) specified
1823 functions, for example to redirect calls to 
1824 <function>malloc</function> to its
1825 own implementation.  Indeed, a replacement function can be
1826 regarded as a wrapper function which does not call the original.
1827 However, to make the implementation more robust, the two kinds
1828 of interception (wrapping vs replacement) are treated differently.
1829 </para>
1831 <para><option>--trace-redir=yes</option> shows 
1832 specifications and bindings for both
1833 replacement and wrapper functions.  To differentiate the 
1834 two, replacement bindings are printed using 
1835 <computeroutput>R-></computeroutput> whereas 
1836 wraps are printed using <computeroutput>W-></computeroutput>.
1837 </para>
1838 </sect2>
1841 <sect2 id="manual-core-adv.wrapping.limitations-cf" 
1842        xreflabel="Limitations - control flow">
1843 <title>Limitations - control flow</title>
1845 <para>For the most part, the function wrapping implementation is robust.
1846 The only important caveat is: in a wrapper, get hold of
1847 the <computeroutput>OrigFn</computeroutput> information using 
1848 <computeroutput>VALGRIND_GET_ORIG_FN</computeroutput> before calling any
1849 other wrapped function.  Once you have the 
1850 <computeroutput>OrigFn</computeroutput>, arbitrary
1851 calls between, recursion between, and longjumps out of wrappers
1852 should work correctly.  There is never any interaction between wrapped
1853 functions and merely replaced functions 
1854 (eg <function>malloc</function>), so you can call
1855 <function>malloc</function> etc safely from within wrappers.
1856 </para>
1858 <para>The above comments are true for {x86,amd64,ppc32,arm,mips32,s390}-linux.
1860 ppc64-linux function wrapping is more fragile due to the (arguably
1861 poorly designed) ppc64-linux ABI.  This mandates the use of a shadow
1862 stack which tracks entries/exits of both wrapper and replacement
1863 functions.  This gives two limitations: firstly, longjumping out of
1864 wrappers will rapidly lead to disaster, since the shadow stack will
1865 not get correctly cleared.  Secondly, since the shadow stack has
1866 finite size, recursion between wrapper/replacement functions is only
1867 possible to a limited depth, beyond which Valgrind has to abort the
1868 run.  This depth is currently 16 calls.</para>
1870 <para>For all platforms ({x86,amd64,ppc32,ppc64,arm,mips32,s390}-linux)
1871 all the above
1872 comments apply on a per-thread basis.  In other words, wrapping is
1873 thread-safe: each thread must individually observe the above
1874 restrictions, but there is no need for any kind of inter-thread
1875 cooperation.</para>
1876 </sect2>
1879 <sect2 id="manual-core-adv.wrapping.limitations-sigs" 
1880        xreflabel="Limitations - original function signatures">
1881 <title>Limitations - original function signatures</title>
1883 <para>As shown in the above example, to call the original you must use a
1884 macro of the form <computeroutput>CALL_FN_*</computeroutput>.  
1885 For technical reasons it is impossible
1886 to create a single macro to deal with all argument types and numbers,
1887 so a family of macros covering the most common cases is supplied.  In
1888 what follows, 'W' denotes a machine-word-typed value (a pointer or a
1889 C <computeroutput>long</computeroutput>), 
1890 and 'v' denotes C's <computeroutput>void</computeroutput> type.
1891 The currently available macros are:</para>
1893 <programlisting><![CDATA[
1894 CALL_FN_v_v    -- call an original of type  void fn ( void )
1895 CALL_FN_W_v    -- call an original of type  long fn ( void )
1897 CALL_FN_v_W    -- call an original of type  void fn ( long )
1898 CALL_FN_W_W    -- call an original of type  long fn ( long )
1900 CALL_FN_v_WW   -- call an original of type  void fn ( long, long )
1901 CALL_FN_W_WW   -- call an original of type  long fn ( long, long )
1903 CALL_FN_v_WWW  -- call an original of type  void fn ( long, long, long )
1904 CALL_FN_W_WWW  -- call an original of type  long fn ( long, long, long )
1906 CALL_FN_W_WWWW -- call an original of type  long fn ( long, long, long, long )
1907 CALL_FN_W_5W   -- call an original of type  long fn ( long, long, long, long, long )
1908 CALL_FN_W_6W   -- call an original of type  long fn ( long, long, long, long, long, long )
1909 and so on, up to 
1910 CALL_FN_W_12W
1911 ]]></programlisting>
1913 <para>The set of supported types can be expanded as needed.  It is
1914 regrettable that this limitation exists.  Function wrapping has proven
1915 difficult to implement, with a certain apparently unavoidable level of
1916 ickiness.  After several implementation attempts, the present
1917 arrangement appears to be the least-worst tradeoff.  At least it works
1918 reliably in the presence of dynamic linking and dynamic code
1919 loading/unloading.</para>
1921 <para>You should not attempt to wrap a function of one type signature with a
1922 wrapper of a different type signature.  Such trickery will surely lead
1923 to crashes or strange behaviour.  This is not a limitation
1924 of the function wrapping implementation, merely a reflection of the
1925 fact that it gives you sweeping powers to shoot yourself in the foot
1926 if you are not careful.  Imagine the instant havoc you could wreak by
1927 writing a wrapper which matched any function name in any soname - in
1928 effect, one which claimed to be a wrapper for all functions in the
1929 process.</para>
1930 </sect2>
1932 <sect2 id="manual-core-adv.wrapping.examples" xreflabel="Examples">
1933 <title>Examples</title>
1935 <para>In the source tree, 
1936 <filename>memcheck/tests/wrap[1-8].c</filename> provide a series of
1937 examples, ranging from very simple to quite advanced.</para>
1939 <para><filename>mpi/libmpiwrap.c</filename> is an example 
1940 of wrapping a big, complex API (the MPI-2 interface).  This file defines 
1941 almost 300 different wrappers.</para>
1942 </sect2>
1944 </sect1>
1949 </chapter>