linux debug kernel内存泄漏检测工具之slub (linuxdeploy)
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linux kernel内存泄漏检测工具之slub debug
本文聚焦于Linux内核中用于检测和定位slub内存泄漏的工具：slub debug。
slub debug是内核中用于处理频繁使用的kmalloc内存分配机制的调试集，特别关注内存踩踏和use after free等异常情况。
然而，由于其检测效果不及kasan（一种在分配和释放内存时检查的调试方法），本文将重点放在slub debug中的内存泄漏定位方法上。
在Linux内核中，slab和slub在命名上有些混用，但实际默认使用slub机制。
配置slub debug时，可以利用内核自带的工具，如slabinfo，快速识别泄漏类型。
调试节点的设置允许开发者通过命令行参数控制调试过程。
文章详细介绍了slub debug的原理，从内存泄漏的基本流程到检测方法，提供了一个标准的定位方法。
测试验证部分展示了如何通过记录SUnreclaim size的大小来定位内存泄漏，并细化了泄漏类型识别过程。
通过slabinfo或相关命令，开发者可以快速定位问题。
文章还提供了开启指定类型泄漏的debug和确认泄漏调用栈的步骤，帮助开发者更精确地定位问题。
最后，文章讨论了slub debug的性能影响及优化方案。
在商用版本中，默认可以开启CONFIG_SLUB_DEBUG，无需担心性能影响。
文章还提到了当前存在的问题，如无法在发现问题后动态开启调试，以及对于复现概率低的问题，全开slub泄漏检测可能对用户内存造成较大影响。
为解决这些问题，文章建议利用vendor hook机制动态修改kmalloc_caches和获取alloc trace，从而实现针对kmalloc的动态调试。
文章参考了多个资源，包括《极致Linux内核》、SLUB DEBUG原理、中的相关文档以及龙蜥技术的内存管理新特性解读，提供了一个综合且深入的视角，旨在帮助开发者更有效地利用slub debug工具定位和解决Linux内核中的内存泄漏问题。
内存泄漏检测组件的分析与实现（linux c）-mtrace工具使用
内存泄漏的产生原因主要在于在堆上使用了malloc、realloc、calloc等函数分配了内存空间，但未使用free函数释放对应的空间。
这样会导致一段时间后，由于只存在内存分配操作而未释放操作，堆内存资源消耗过度，无法再分配合适的内存，最终可能导致程序崩溃。
预防内存泄漏的最佳策略是通过实现内存泄漏检测组件。
该组件主要分为两个部分：一是知道内存是否发生泄漏，二是定位引起内存泄漏的代码行。
关于如何判断内存是否泄漏，可以使用链表或文件系统记录内存分配与释放情况。
将每次分配内存的操作信息（如地址和大小）记录在链表或文件中，释放内存时同步释放相应记录。
检查记录数据是否为空可判断是否存在内存泄漏。
若使用文件记录，运行前清空文件夹，每次malloc生成对应文件，free后删除文件，最后若文件夹仍有文件，说明存在内存泄漏。
定位内存泄漏的具体代码行可以通过使用宏定义、__FILE__、FUNCTION、__LINE__等C语言特性或使用builtin_return_address() API来实现。
宏定义方法可以避免递归调用问题，更易于追踪内存泄漏发生的具体代码位置。
常用的内存泄漏检测工具包括valgrind、mtrace等。
使用这些工具可以帮助开发者更加直观地检测内存泄漏问题。
在代码运行环境中，重要的是确保编译环境支持所需的功能。
例如，Ubuntu16.04和gcc 5.4编译环境是一个合适的例子，但需要注意代码在不同编译器或环境下的兼容性问题。
实现内存泄漏检测组件的三种常见方式包括重写malloc/free函数、使用宏定义以及mtrace工具的实现。
其中，重写malloc/free函数的方法虽然直观，但存在线程安全问题，可能引发递归调用。
宏定义方式可以有效避免此类问题，实现更为简单。
mtrace工具则通过生成日志文件记录内存分配和释放情况，便于追踪内存泄漏。
具体实现内存泄漏检测组件时，可以使用memleak.c文件并生成memleak可执行文件。
通过实验，我们能够验证内存泄漏检测功能，并根据结果定位到问题代码行。
对于mtrace工具的使用，通过设置MALLOC_TRACE环境变量和生成日志文件，能够记录内存分配与释放的详细情况，辅助分析内存泄漏问题。
总的来说，实现内存泄漏检测组件的目的是为了提高代码质量，确保程序稳定运行。
推荐使用宏定义方式实现内存泄漏检测组件，因其简洁且易于维护。
同时，mtrace工具提供了一种便捷的检测内存泄漏的方法，有助于开发者快速定位问题。
分享几款Linux 下C/C++程序内存泄漏检查工具
Valgrind包括以下一些工具：1. Memcheck: 这是Valgrind应用最广泛的工具，一个重量级的内存检查器，能够发现开发中绝大多数的内存错误，如未初始化使用。
2. callgrind: 用于检查程序中函数调用过程中的问题。
3. cachegrind: 用于检查程序中缓存使用的问题。
4. Helgrind: 用于检查多线程中出现的竞争问题。
5. Massif: 用于检查程序中堆栈使用的问题。
6. Extension: 可以使用core提供的功能，自定义编写特定的内存调试工具。
Memcheck检测内存问题的原理图包括：1. Valid-value表：对于进程的整个地址空间中的每一字节，都有与之对应的8个bits，这些bits负责记录该字节是否具有有效、已初始化的值。
2. Valid-Address表：对于进程整个地址空间中的每一个字节，还有与之对应的1bit，负责记录该地址是否能够被读写。
检测原理：当要读写内存中的某个字节时，首先检查这个字节对应的A bit。
如果该A bit显示该位置是无效位置，memcheck则报告读写错误。
内核（core）类似于一个虚拟的CPU的环境，当内存中的某个字节被加载到真实的CPU中时，该字节对应的V bit也被加载到虚拟的CPU环境中，一旦寄存器中的值被用来产生内存地址，或者该值能够影响程序的输出，则memcheck会检查对应的vbits，如果该值尚未初始化，则会报告使用未初始化内存错误。
Valgrind的安装步骤包括：1. 解压安装包：tar -jxvf 2 -C /usr/local/src2. 进入目录安装：cd /usr/local/src/valgrind-3.11.03. 运行./ 设置环境：./4. 配置Valgrind，生成MakeFile文件：./configure --prefix=/usr/local5. 编译和安装Valgrind：make && make installValgrind的使用步骤包括：第一步：准备好程序：为了Valgrind发现的错误更精确，如能够定位到源代码的行，建议在编译时加上-g参数，编译优化选项选择O0(不要优化）。
第二步：在Valgrind下，运行可执行程序：利用Valgrind调试内存问题，不需要重新编译源程序，它的输入就是二进制的可执行程序。
调用Valgrind的通用格式是：valgrind [valgrind-options] your-prog [your-prog-options]。
Valgrind的参数分为两类，一类是core的参数，它对所有的工具都适用；另一类就是具体某个工具如memcheck的参数。
Valgrind默认的工具就是memcheck，也可以通过“–tool=tool name”指定其他的工具。
Valgrind提供了大量的参数满足特定的调试需求，具体可参考其用户手册。
Memcheck发现常见的内存问题总结：Memcheck将内存泄露分为两种，一种是可能的内存泄露（Possibly lost），另一种是确定的内存泄露（Definitely lost）。
Possibly lost是指仍然存在某个指针能够访问某块内存，但该指针指向的已经不是该内存首地址。
Definitely lost是指已经不能够访问这块内存。
而Definitely lost又分为直接的（direct）和间接的（indirect）。
直接和间接的区别就是，直接是没有任何指针指向该内存，间接是指指向该内存的指针都位于内存泄露处。
在上述的例子中，根节点是directly lost，而其他节点是indirectly lost。
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