原创 Linux内核态内存泄露检测工具详解——Kmemleak

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：

• 设置扫描时间：

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：

• 其他指令：

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

• 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。

• 内核官方文档：https://www.kernel.org/doc/html/latest/dev-tools/kmemleak.html

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