1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 2 3 .. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst 4 5 :Original: Documentation/dev-tools/kmemleak.rst 6 :Translator: 刘浩阳 Haoyang Liu <tttturtleruss@hust.edu.cn> 7 8 内核内存泄露检测器 9 ================== 10 11 Kmemleak 提供了一个类似 `可追踪的垃圾收集器 <https://en.wikipedia.org/wiki/Tra 12 cing_garbage_collection>`_ 的方法来检测可能的内核内存泄漏，不同的是孤立对象不会 13 被释放，而是仅通过 /sys/kernel/debug/kmemleak 报告。Valgrind 工具 14 （``memcheck --leak-check``）使用了一种相似的方法来检测用户空间应用中的内存泄 15 露。 16 17 用法 18 ---- 19 20 "Kernel hacking" 中的 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK 必须被启用。一个内核线程每10分钟 21 （默认情况下）扫描一次内存，并且打印出新发现的未被引用的对象个数。 22 如果 ``debugfs`` 没有挂载，则执行:: 23 24 # mount -t debugfs nodev /sys/kernel/debug/ 25 26 显示所有扫描出的可能的内存泄漏的细节信息:: 27 28 # cat /sys/kernel/debug/kmemleak 29 30 启动一次中等程度的内存扫描:: 31 32 # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak 33 34 清空当前所有可能的内存泄露列表:: 35 36 # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak 37 38 当再次读取 ``/sys/kernel/debug/kmemleak`` 文件时，将会输出自上次扫描以来检测到的 39 新的内存泄露。 40 41 注意，孤立目标是通过被分配时间来排序的，列表开始的对象可能会导致后续的对象都被 42 识别为孤立对象。 43 44 可以通过写入 ``/sys/kernel/debug/kmemleak`` 文件在运行时修改内存扫描参数。下面是 45 支持的参数： 46 47 48 * off 49 禁用 kmemleak（不可逆） 50 * stack=on 51 开启任务栈扫描（默认） 52 * stack=off 53 禁用任务栈扫描 54 * scan=on 55 开启自动内存扫描线程（默认） 56 * scan=off 57 关闭自动内存扫描线程 58 * scan=<secs>; 59 设定自动内存扫描间隔，以秒为单位（默认值为 600，设置为 0 表示停 60 止自动扫描） 61 * scan 62 触发一次内存扫描 63 * clear 64 通过标记所有当前已报告的未被引用对象为灰，从而清空当前可能的内存泄露列 65 表；如果 kmemleak 被禁用，则释放所有 kmemleak 对象，。 66 * dump=<addr> 67 输出存储在 <addr> 中的对象信息 68 69 可以通过在内核命令行中传递 ``kmemleak=off`` 参数从而在启动时禁用 Kmemleak。 70 71 在 kmemleak 初始化之前就可能会有内存分配或释放，这些操作被存储在一个早期日志缓 72 冲区中。缓冲区的大小通过 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_MEM_POOL_SIZE 选项配置。 73 74 如果 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF 被启用，则 kmemleak 默认被禁用。在内核命 75 令行中传递 ``kmemleak=on`` 参数来开启这个功能。 76 77 如果出现 "Error while writing to stdout" 或 "write_loop: Invalid argument" 这样 78 的错误，请确认 kmemleak 被正确启用。 79 80 基础算法 81 -------- 82 83 通过 :c:func:`kmalloc`, :c:func:`vmalloc`, :c:func:`kmem_cache_alloc` 以及同类 84 函数均被跟踪，指针，包括一些额外的信息如大小和栈追踪等，都被存储在红黑树中。 85 对应的释放函数调用也被追踪，并从 kmemleak 数据结构中移除相应指针。 86 87 对于一个已分配的内存块，如果通过扫描内存（包括保存寄存器）没有发现任何指针指向 88 它的起始地址或者其中的任何位置，则认为这块内存是孤立的。这意味着内核无法将该内 89 存块的地址传递给一个释放内存函数，这块内存便被认为泄露了。 90 91 扫描算法步骤： 92 93 1. 标记所有对象为白色（最后剩下的白色对象被认为是孤立的） 94 2. 从数据节和栈开始扫描内存，检测每个值是否是红黑树中存储的地址。如果一个指向 95 白色对象的指针被检测到，则将该对象标记为灰色。 96 3. 扫描灰色对象引用的其他对象（有些白色对象可能会变为灰色并被添加到灰名单末尾 97 ）直到灰名单为空。 98 4. 剩余的白色对象就被认为是孤立的并通过 /sys/kernel/debug/kmemleak 报告。 99 100 有些指向已分配的内存块的指针存储在内核内部的数据结构中，它们不能被检测为孤立。 101 为了避免这种情况，kmemleak 也存储了指向需要被查找的内存块范围内的任意地址的地址 102 数量，如此一来这些内存便不会被认为泄露。一个例子是 __vmalloc()。 103 104 用 kmemleak 测试特定部分 105 ------------------------ 106 107 在初始化启动阶段 /sys/kernel/debug/kmemleak 的输出可能会很多，这也可能是你在开发 108 时编写的漏洞百出的代码导致的。为了解决这种情况你可以使用 'clear' 命令来清除 109 /sys/kernel/debug/kmemleak 输出的所有的未引用对象。在执行 'clear' 后执行 'scan' 110 可以发现新的未引用对象，这将会有利你测试代码的特定部分。 111 112 为了用一个空的 kmemleak 测试一个特定部分，执行:: 113 114 # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak 115 ... 测试你的内核或者模块 ... 116 # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak 117 118 然后像平常一样获得报告:: 119 120 # cat /sys/kernel/debug/kmemleak 121 122 释放 kmemleak 内核对象 123 ---------------------- 124 125 为了允许访问先前发现的内存泄露，当用户禁用或发生致命错误导致 kmemleak 126 被禁用时，内核中的 kmemleak 对象不会被释放。这些对象可能会占用很大 127 一部分物理内存。 128 129 在这种情况下，你可以用如下命令回收这些内存:: 130 131 # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak 132 133 Kmemleak API 134 ------------ 135 136 在 include/linux/kmemleak.h 头文件中查看函数原型： 137 138 - ``kmemleak_init`` - 初始化 kmemleak 139 - ``kmemleak_alloc`` - 通知一个内存块的分配 140 - ``kmemleak_alloc_percpu`` - 通知一个 percpu 类型的内存分配 141 - ``kmemleak_vmalloc`` - 通知一个使用 vmalloc() 的内存分配 142 - ``kmemleak_free`` - 通知一个内存块的释放 143 - ``kmemleak_free_part`` - 通知一个部分的内存释放 144 - ``kmemleak_free_percpu`` - 通知一个 percpu 类型的内存释放 145 - ``kmemleak_update_trace`` - 更新分配对象过程的栈追踪 146 - ``kmemleak_not_leak`` - 标记一个对象内存为未泄露的 147 - ``kmemleak_ignore`` - 不要扫描或报告某个对象未泄露的 148 - ``kmemleak_scan_area`` - 在内存块中添加扫描区域 149 - ``kmemleak_no_scan`` - 不扫描某个内存块 150 - ``kmemleak_erase`` - 在指针变量中移除某个旧的值 151 - ``kmemleak_alloc_recursive`` - 和 kmemleak_alloc 效果相同但会检查是否有递归的 152 内存分配 153 - ``kmemleak_free_recursive`` - 和 kmemleak_free 效果相同但会检查是否有递归的 154 内存释放 155 156 下列函数使用一个物理地址作为对象指针并且只在地址有一个 lowmem 映射时做出相应的 157 行为： 158 159 - ``kmemleak_alloc_phys`` 160 - ``kmemleak_free_part_phys`` 161 - ``kmemleak_ignore_phys`` 162 163 解决假阳性/假阴性 164 ----------------- 165 166 假阴性是指由于在内存扫描中有值指向该对象导致 kmemleak 没有报告的实际存在的内存 167 泄露（孤立对象）。为了减少假阴性的出现次数，kmemleak 提供了 kmemleak_ignore， 168 kmemleak_scan_area，kmemleak_no_scan 和 kmemleak_erase 函数（见上）。 169 任务栈也会增加假阴性的数量并且默认不开启对它们的扫描。 170 171 假阳性是对象被误报为内存泄露（孤立对象）。对于已知未泄露的对象，kmemleak 172 提供了 kmemleak_not_leak 函数。同时 kmemleak_ignore 可以用于标记已知不包含任何 173 其他指针的内存块，标记后该内存块不会再被扫描。 174 175 一些被报告的泄露仅仅是暂时的，尤其是在 SMP（对称多处理）系统中，因为其指针 176 暂存在 CPU 寄存器或栈中。Kmemleak 定义了 MSECS_MIN_AGE（默认值为 1000） 177 来表示一个被报告为内存泄露的对象的最小存活时间。 178 179 限制和缺点 180 ---------- 181 182 主要的缺点是内存分配和释放的性能下降。为了避免其他的损失，只有当 183 /sys/kernel/debug/kmemleak 文件被读取时才会进行内存扫描。无论如何，这个工具是出于 184 调试的目标，性能表现可能不是最重要的。 185 186 为了保持算法简单，kmemleak 寻找指向某个内存块范围中的任何值。这可能会引发假阴性 187 现象的出现。但是，最后一个真正的内存泄露也会变得明显。 188 189 非指针值的数据是假阴性的另一个来源。在将来的版本中，kmemleak 仅仅会扫 190 描已分配结构体中的指针成员。这个特性会解决上述很多的假阴性情况。 191 192 Kmemleak 会报告假阳性。这可能发生在某些被分配的内存块不需要被释放的情况下 193 （某些 init_call 函数中），指针的计算是通过其他方法而不是常规的 container_of 宏 194 或是指针被存储在 kmemleak 没有扫描的地方。 195 196 页分配和 ioremap 不会被追踪。 197 198 使用 kmemleak-test 测试 199 ----------------------- 200 201 为了检测是否成功启用了 kmemleak，你可以使用一个故意制造内存泄露的模块 202 kmemleak-test。设置 CONFIG_SAMPLE_KMEMLEAK 为模块（不能作为内建模块使用） 203 并且启动启用了 kmemleak 的内核。加载模块并执行一次扫描:: 204 205 # modprobe kmemleak-test 206 # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak 207 208 注意你可能无法立刻或在第一次扫描后得到结果。当 kmemleak 得到结果，将会输出日 209 志 ``kmemleak: <count of leaks> new suspected memory leaks`` 。然后通过读取文件 210 获取信息:: 211 212 # cat /sys/kernel/debug/kmemleak 213 unreferenced object 0xffff89862ca702e8 (size 32): 214 comm "modprobe", pid 2088, jiffies 4294680594 (age 375.486s) 215 hex dump (first 32 bytes): 216 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b kkkkkkkkkkkkkkkk 217 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b a5 kkkkkkkkkkkkkkk. 218 backtrace: 219 [<00000000e0a73ec7>] 0xffffffffc01d2036 220 [<000000000c5d2a46>] do_one_initcall+0x41/0x1df 221 [<0000000046db7e0a>] do_init_module+0x55/0x200 222 [<00000000542b9814>] load_module+0x203c/0x2480 223 [<00000000c2850256>] __do_sys_finit_module+0xba/0xe0 224 [<000000006564e7ef>] do_syscall_64+0x43/0x110 225 [<000000007c873fa6>] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x44/0xa9 226 ... 227 228 用 ``rmmod kmemleak_test`` 移除模块时也会触发 229 kmemleak 的结果输出。
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