.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 .. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst :Original: Documentation/dev-tools/kmemleak.rst :Translator: 刘浩阳 Haoyang Liu 内核内存泄露检测器 ================== Kmemleak 提供了一个类似 `可追踪的垃圾收集器 `_ 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 被释放，而是仅通过 /sys/kernel/debug/kmemleak 报告。Valgrind 工具 （``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 露。 用法 ---- "Kernel hacking" 中的 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK 必须被启用。一个内核线程每10分钟 （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。 如果 ``debugfs`` 没有挂载，则执行:: # mount -t debugfs nodev /sys/kernel/debug/ 显示所有扫描出的可能的内存泄漏的细节信息:: # cat /sys/kernel/debug/kmemleak 启动一次中等程度的内存扫描:: # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak 清空当前所有可能的内存泄露列表:: # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak 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 新的内存泄露。 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 识别为孤立对象。 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 支持的参数： * off 禁用 kmemleak（不可逆） * stack=on 开启任务栈扫描（默认） * stack=off 禁用任务栈扫描 * scan=on 开启自动内存扫描线程（默认） * scan=off 关闭自动内存扫描线程 * scan=; 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 止自动扫描） * scan 触发一次内存扫描 * clear 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 表；如果 kmemleak 被禁用，则释放所有 kmemleak 对象，。 * dump= 输出存储在 中的对象信息 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。 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 冲区中。缓冲区的大小通过 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_MEM_POOL_SIZE 选项配置。 如果 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF 被启用，则 kmemleak 默认被禁用。在内核命 令行中传递 ``kmemleak=on`` 参数来开启这个功能。 如果出现 "Error while writing to stdout" 或 "write_loop: Invalid argument" 这样 的错误，请确认 kmemleak 被正确启用。 基础算法 -------- 通过 :c:func:`kmalloc`, :c:func:`vmalloc`, :c:func:`kmem_cache_alloc` 以及同类 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。 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。 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 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 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。 扫描算法步骤： 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） 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 白色对象的指针被检测到，则将该对象标记为灰色。 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 ）直到灰名单为空。 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。 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。 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 数量，如此一来这些内存便不会被认为泄露。一个例子是 __vmalloc()。 用 kmemleak 测试特定部分 ------------------------ 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 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 /sys/kernel/debug/kmemleak 输出的所有的未引用对象。在执行 'clear' 后执行 'scan' 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。 为了用一个空的 kmemleak 测试一个特定部分，执行:: # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak ... 测试你的内核或者模块 ... # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak 然后像平常一样获得报告:: # cat /sys/kernel/debug/kmemleak 释放 kmemleak 内核对象 ---------------------- 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 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 一部分物理内存。 在这种情况下，你可以用如下命令回收这些内存:: # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak Kmemleak API ------------ 在 include/linux/kmemleak.h 头文件中查看函数原型： - ``kmemleak_init`` - 初始化 kmemleak - ``kmemleak_alloc`` - 通知一个内存块的分配 - ``kmemleak_alloc_percpu`` - 通知一个 percpu 类型的内存分配 - ``kmemleak_vmalloc`` - 通知一个使用 vmalloc() 的内存分配 - ``kmemleak_free`` - 通知一个内存块的释放 - ``kmemleak_free_part`` - 通知一个部分的内存释放 - ``kmemleak_free_percpu`` - 通知一个 percpu 类型的内存释放 - ``kmemleak_update_trace`` - 更新分配对象过程的栈追踪 - ``kmemleak_not_leak`` - 标记一个对象内存为未泄露的 - ``kmemleak_ignore`` - 不要扫描或报告某个对象未泄露的 - ``kmemleak_scan_area`` - 在内存块中添加扫描区域 - ``kmemleak_no_scan`` - 不扫描某个内存块 - ``kmemleak_erase`` - 在指针变量中移除某个旧的值 - ``kmemleak_alloc_recursive`` - 和 kmemleak_alloc 效果相同但会检查是否有递归的 内存分配 - ``kmemleak_free_recursive`` - 和 kmemleak_free 效果相同但会检查是否有递归的 内存释放 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 行为： - ``kmemleak_alloc_phys`` - ``kmemleak_free_part_phys`` - ``kmemleak_ignore_phys`` 解决假阳性/假阴性 ----------------- 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 泄露（孤立对象）。为了减少假阴性的出现次数，kmemleak 提供了 kmemleak_ignore， kmemleak_scan_area，kmemleak_no_scan 和 kmemleak_erase 函数（见上）。 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。 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 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 其他指针的内存块，标记后该内存块不会再被扫描。 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 暂存在 CPU 寄存器或栈中。Kmemleak 定义了 MSECS_MIN_AGE（默认值为 1000） 来表示一个被报告为内存泄露的对象的最小存活时间。 限制和缺点 ---------- 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 /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 调试的目标，性能表现可能不是最重要的。 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 现象的出现。但是，最后一个真正的内存泄露也会变得明显。 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 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。 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 （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 或是指针被存储在 kmemleak 没有扫描的地方。 页分配和 ioremap 不会被追踪。 使用 kmemleak-test 测试 ----------------------- 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 kmemleak-test。设置 CONFIG_SAMPLE_KMEMLEAK 为模块（不能作为内建模块使用） 并且启动启用了 kmemleak 的内核。加载模块并执行一次扫描:: # modprobe kmemleak-test # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak 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 志 ``kmemleak: new suspected memory leaks`` 。然后通过读取文件 获取信息:: # cat /sys/kernel/debug/kmemleak unreferenced object 0xffff89862ca702e8 (size 32): comm "modprobe", pid 2088, jiffies 4294680594 (age 375.486s) hex dump (first 32 bytes): 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b kkkkkkkkkkkkkkkk 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b a5 kkkkkkkkkkkkkkk. backtrace: [<00000000e0a73ec7>] 0xffffffffc01d2036 [<000000000c5d2a46>] do_one_initcall+0x41/0x1df [<0000000046db7e0a>] do_init_module+0x55/0x200 [<00000000542b9814>] load_module+0x203c/0x2480 [<00000000c2850256>] __do_sys_finit_module+0xba/0xe0 [<000000006564e7ef>] do_syscall_64+0x43/0x110 [<000000007c873fa6>] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x44/0xa9 ... 用 ``rmmod kmemleak_test`` 移除模块时也会触发 kmemleak 的结果输出。