Ubuntu 上常用的 Fortran 调试工具与用法
一、核心工具清单
- GDB（GNU 调试器）：支持 Fortran 源码级调试（断点、单步、观察点、调用栈、变量打印等），是最基础且通用的选择。配合编译器生成调试符号即可高效定位问题。
- Valgrind（含 Memcheck、Massif 等）：用于检测内存泄漏、非法访问与内存占用峰值；Massif 可做堆内存分析，帮助发现内存使用瓶颈。
- gprof：GNU 性能分析器，编译时加入 -pg 生成 gmon.out，用于函数级耗时与调用关系分析（更偏向性能，但对定位“慢在哪”很有用）。
- Intel 工具链（ifort/icc + Inspector/VTune）：在 Intel Fortran 场景下，可用 Intel Inspector 做内存/线程错误诊断，VTune 做更细粒度的性能剖析（需安装 Intel 编译器与工具套件）。
- VS Code + GDB 调试扩展：图形化设置断点、查看变量与调用栈，适合日常开发与教学演示（底层仍是 GDB）。
二、快速上手示例
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使用 GDB 调试
- 安装与编译
sudo apt-get install gdb gfortran
gfortran -g my_program.f90 -o my_program
- 启动与基本命令
gdb ./my_program
(gdb) break my_subroutine
(gdb) run
(gdb) next / step
(gdb) print my_variable
(gdb) backtrace / info locals
以上流程覆盖断点、运行、单步、打印与栈回溯等常用操作。
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使用 Valgrind 检查内存
- 内存错误与泄漏：
valgrind --leak-check=full ./my_program
- 堆内存占用分析：
valgrind --tool=massif ./my_program
ms_print massif.out.*
适合发现越界访问、使用未初始化内存、泄漏与高水位占用等问题。
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使用 gprof 做性能分析
- 编译：gfortran -pg -o my_program my_program.f90
- 运行生成 gmon.out，再分析：
gprof my_program gmon.out > analysis.txt
用于识别热点函数与调用关系，辅助优化。
三、并行与远程场景
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并行程序调试
- OpenMP：编译时加入 -fopenmp（gfortran），运行时可结合 OMP_NUM_THREADS 控制线程数；GDB 可设置断点、查看线程与栈。
- MPI：使用 mpirun -np N 启动多进程；调试时可用 gdb 附加到具体 rank，或在各进程内独立调试（必要时借助日志与屏障同步定位问题）。
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远程/嵌入式调试
- 目标机上运行：gdbserver 192.168.1.51:1234 ./my_program
- 主机上连接：gdb ./my_program，然后 target remote 192.168.1.51:1234
适合板卡、容器或云端环境的远程调试。
四、实用建议
- 编译务必带 -g 生成调试符号；发布时再关闭以减小体积并避免泄露源码路径。
- 优化级别建议先用 -O0/-O1 调试，定位后再提升到 -O2/-O3；高优化可能重排代码、影响单步与变量可见性。
- 结合工具分工：用 GDB 定位逻辑/崩溃，用 Valgrind 查内存，用 gprof/VTune 做性能瓶颈分析，形成闭环。
