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1.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.02 3.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst4 5:Original: Documentation/dev-tools/kmemleak.rst6:Translator: 刘浩阳 Haoyang Liu <tttturtleruss@hust.edu.cn>7 8内核内存泄露检测器9==================10 11Kmemleak 提供了一个类似 `可追踪的垃圾收集器 <https://en.wikipedia.org/wiki/Tra12cing_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/kmemleak29 30启动一次中等程度的内存扫描::31 32 # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak33 34清空当前所有可能的内存泄露列表::35 36 # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak37 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* off49 禁用 kmemleak（不可逆）50* stack=on51 开启任务栈扫描（默认）52* stack=off53 禁用任务栈扫描54* scan=on55 开启自动内存扫描线程（默认）56* scan=off57 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* scan62 触发一次内存扫描63* clear64 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/kmemleak115 ... 测试你的内核或者模块 ...116 # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak117 118然后像平常一样获得报告::119 120 # cat /sys/kernel/debug/kmemleak121 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 kmemleak126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/kmemleak132 133Kmemleak API134------------135 136在 include/linux/kmemleak.h 头文件中查看函数原型：137 138- ``kmemleak_init`` - 初始化 kmemleak139- ``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，168kmemleak_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，kmemleak172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 192Kmemleak 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202kmemleak-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-test206 # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak207 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/kmemleak213 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 kkkkkkkkkkkkkkkk217 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b a5 kkkkkkkkkkkkkkk.218 backtrace:219 [<00000000e0a73ec7>] 0xffffffffc01d2036220 [<000000000c5d2a46>] do_one_initcall+0x41/0x1df221 [<0000000046db7e0a>] do_init_module+0x55/0x200222 [<00000000542b9814>] load_module+0x203c/0x2480223 [<00000000c2850256>] __do_sys_finit_module+0xba/0xe0224 [<000000006564e7ef>] do_syscall_64+0x43/0x110225 [<000000007c873fa6>] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x44/0xa9226 ...227 228用 ``rmmod kmemleak_test`` 移除模块时也会触发229kmemleak 的结果输出。230