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Linux内核内存泄漏怎么办?

来源:嵌入式大杂烩发布时间:2023-06-24

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在Linux内核开发中，Kmemleak是一种用于检测内核中内存泄漏的工具。

内存泄漏指的是程序中已经不再使用的内存没有被妥善地释放，导致内存的浪费。内核中的内存泄漏同样会导致系统性能下降、系统崩溃等问题。

Kmemleak能够检测内核中的内存泄漏，通过检测内核中未被释放但又无法找到其使用位置的内存，进一步定位、修复内存泄漏的问题。

在用户空间，我们常用Valgrind来检测；
在内核空间，我们常用Kmemleak来检测。

内核打开相应配置：

CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK：Kmemleak被加入到内核
CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_EARLY_LOG_SIZE设置为16000：该参数为记录内存泄露信息的内存池，越大记录信息越多。
CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF：Kmemleak默认开关状态

依赖的配置：

CONFIG_DEBUG_KERNEL：打开内核调试功能
CONFIG_DEBUG_FS：需要借助到debugfs
CONFIG_STACKTRACE：记录进程的堆栈信息

我们要想使用Kmemleak，需要挂在debugfs，来查看泄露的情况。

进入文件系统后，进行挂载：

mount-tdebugfsnodev/sys/kernel/debug/#挂在debugfs

设置扫描时间：

echoscan=10>/sys/kernel/debug/kmemleak#10S扫描一次

默认内存泄露检测时间为10min，上面设置为10s一次

查看泄露情况：

cat/sys/kernel/debug/kmemleak#查看内存泄露情况

其他指令：

echoscan>/sys/kernel/debug/kmemleak#触发一次扫描
echoclear>/sys/kernel/debug/kmemleak#清除当前kmemleak记录的泄露信息
echooff>/sys/kernel/debug/kmemleak#关闭kmemleak（不可逆转的）
echostack=off>/sys/kernel/debug/kmemleak#关闭任务栈扫描
echostack=on>/sys/kernel/debug/kmemleak#使能任务栈扫描
echoscan=on>/sys/kernel/debug/kmemleak#启动自动内存扫描线程
echoscan=off>/sys/kernel/debug/kmemleak#停止自动内存扫描线程
echoscan=<secs>>/sys/kernel/debug/kmemleak#设置自动扫描线程扫描间隔，默认是600，设置0则是停止扫描
echodump=<addr>>/sys/kernel/debug/kmemleak#dump某个地址的内存块信息，比如上面的echodump=0xffffffc008efd200>/sys/kernel/debug/kmemleak即可查看详细信息

Kmemleak的默认开关状态可以通过CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF配置来控制，当然也可以通过向Linux内核启动参数中加入kmemleak=off来控制。

Kmemleak提供了一种跟踪垃圾回收器tracing garbage collector的原理，来检测内核中存在的内存泄露，其不同之处在于：孤立的对象并没有被释放掉，而是通过/sys/kernel/debug/kmemleak仅仅被报告。

这种方法同样应用于Valgrind中，不过该工具主要用于检测用户空间不同应用的内存泄露情况。
在用户空间，我们常用Valgrind来检测应用进程；
在内核空间，我们常用Kmemleak来检测内核代码。

通过kmalloc()、vmalloc（）、kmem_cache_alloc()等函数分配内存时，会跟踪指针，堆栈等信息，将其存储在一个红黑树中。

同时跟踪相应的释放函数调用，并从kmemleak数据结构中删除指针。

简单理解：相当于追踪内存分配相关接口，记录分配内存的首地址，堆栈大小等信息，在内存释放阶段将其删除。

我们通过查看相关内核文档可知，内存泄露检测的扫描算法步骤如下：

将所有对象标记为白色（最后剩余的白色对象将被视为孤立对象）
从数据段和堆栈开始扫描内存，根据红黑树中存储的地址信息来检查值，如果找到指向白色对象的指针，则添加到灰色列表
扫描灰色列表以查找地址匹配的对象，直到灰色列表完成
剩下的白色对象被视为孤立对象，并通过/sys/kernel/debug/kmemleak进行报告

kmemleak_init-初始化kmemleak
kmemleak_alloc-内存块分配通知
kmemleak_alloc_percpu-通知percpu内存块分配
kmemleak_vmalloc-通知vmalloc()内存分配
kmemleak_free-通知内存块释放
kmemleak_free_part-通知释放部分内存块
kmemleak_free_percpu-通知percpu内存块释放
kmemleak_update_trace-更新对象分配堆栈跟踪
kmemleak_not_leak-将对象标记为非泄漏
kmemleak_ignore-不扫描或报告对象泄漏
kmemleak_scan_area-在内存块内添加扫描区域
kmemleak_no_scan-不扫描内存块
kmemleak_erase-擦除指针变量中的旧值
kmemleak_alloc_recursive-作为kmemleak_alloc，但检查递归性
kmemleak_free_recursive-作为kmemleak_free，但检查递归性

漏报：真正内存泄露了，但是未报告，因为在内存扫描期间找到的值指向此类对象。为了减少误报的数量，kmemleak提供了kmemleak_ignore，kmemleak_scan_area，kmemleak_no_scan和kmemleak_erase功能
误报：实际没有泄露，但是却错误的报告了内存泄露。kmemleak提供了kmemleak_not_leak功能。

内核也提供了一个示例：kmemleak-test模块，该模块用以判断是否打开了Kmemleak功能。通过配置CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_TEST选项可以选择。

#modprobekmemleak-test
#echoscan>/sys/kernel/debug/kmemleak

#cat/sys/kernel/debug/kmemleak
unreferencedobject0xffff89862ca702e8(size32):
comm"modprobe",pid2088,jiffies4294680594(age375.486s)
hexdump(first32bytes):
6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6bkkkkkkkkkkkkkkkk
6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6b6ba5kkkkkkkkkkkkkkk.
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
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