linux kernel内存泄漏检测工具之slub debug (linux可执行文件)

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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。

Linux平台下的内存泄漏自动化检测工具

valgrind 工具概述valgrind 是 Linux 平台上一款主流且功能强大的内存泄漏检测工具，其中内存检查（memcheck）是其众多功能之一。

valgrind 工具使用限制valgrind 工具不支持对正在运行的程序进行调试，因为待分析的程序必须在特定环境中运行，才能进行内存分析。

Valgrind体系结构Valgrind 由内核（core）和其他基于内核的调试工具组成。

内核类似于一个框架，它模拟了CPU环境，并为其他工具提供服务。

其他工具则类似于插件，利用内核提供的服务完成各种特定的内存调试任务。

Valgrind工具集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内存错误使用情况，例如：使用未初始化的内存，使用已经释放了的内存，内存访问越界等。

Callgrind：检测程序代码的运行时间和调用过程，以及分析程序性能。

Cachegrind：分析CPU的cache命中率、丢失率，用于进行代码优化。

Helgrind：用来检查多线程程序中出现的竞争问题。

Massif：堆栈分析器，指示程序中使用了多少堆内存等信息。

Extension：可以利用core提供的功能，自己编写特定的内存调试工具。

Memcheck 工具主要检查程序错误使用未初始化的内存使用已经释放了的内存使用超过malloc分配的内存空间对堆栈的非法访问申请的空间是否有释放malloc/free/new/delete申请和释放内存的匹配src和dst的重叠如何使用valgrindvalgrind官方用户手册目录/docs/manua...执行#valgrind的命令如下：valgrind [valgrind_optons] myprog [myprog_arg1 ...]例如：valgrind --leak-check=full ls -al参数说明valgrind有非常多的参数，可以自行通过valgrind --help查看大致说明，也可以翻阅下面常用的文档链接：valgrind核心命令行参数/docs/ memcheck工具命令行参数/docs/manua...--tool=[default:memcheck]#valgrind支持不少检查工具，都有各种功能。

但用的更多的是它的内存检查（memcheck）。

--tool=用于选择你需要执行的工具，如果不指明则默认为memcheck。

--log-file=And--log-fd=[default:2,stderr]#valgrind打印日志转存到指定文件或者文件描述符。

如果没有这个参数，valgrind的日志会连同用户程序的日志一起输出，对于大多数使用者来说，会显得非常乱。

valgrind还支持把错误日志重定向到socket中。

--show-leak-kinds=[default:definite,possible]#valgrind有4种泄漏类型，这个参数决定显示哪些类型泄漏。

definite indirect possible reachable这4种可以设置多个，以逗号相隔，也可以用all表示全部类型，none表示啥都不显示。

--leak-check=[default:summary]#这个参数决定了输出泄漏结果时，输出的是结果内容。

no没有输出，summary只输出统计的结果，yes和full输出详细内容。

常见的使用是：--leak-check=full--track-fds=[default:no]#是否跟踪文件打开和关闭？很多时候，文件打开后没关闭也是一个明显的泄漏。

其他使用经验存在的局限memcheck无法检测全局变量和静态数组变量的内存溢出，这是由memcheck的工作原理决定的。

Valgrid新增了SGcheck插件，目前SGcheck只是一个实验工具，用来检测堆和全局数组的溢出。

它的功能和Memcheck互补：SGcheck找到Memcheck无法找到的问题。

根据Valgrind的官方文档，它会导致可执行文件的速度减慢20至30倍。

所以一般来讲，Valgrind是无法应用到压力测试的场景之中的。

内存占用高，因为要维护两张表格，而这两张表的维度正比于程序的内存。

演示案例1：内存越界演示案例2：重复释放演示案例3：内存泄漏结语Valgrind仅检测实际由测试触发的bug，所以在结合高质量的测试代码，Valgrind才会更有效。

Valgrind不是万能的，Valgrind也有无法找到问题的时候，有些问题只能通过不断的review代码找到了症结。

发现问题，解决问题，不是最好的。

最好的方法，就是不引入内存问题。

内存泄漏检测工具

在寻找内存泄漏检测工具时，有多种实用的解决方案可供选择。

首先，ccmalloc是一个针对Linux和Solaris平台的简单C和C++程序内存泄漏调试库。

它为开发者提供了基本的内存管理监控。

接下来是Dmalloc，一个Debug Malloc Library，专为深入内存管理问题设计，尤其适用于需要高度调试的场景。

它提供了详细的内存分配和释放跟踪。

Linux上的Electric Fence，由Bruce Perens编写的malloc()调试库，为开发者提供了额外的内存管理保护，帮助识别潜在的内存泄漏。

Leaky是Linux下的一款内存泄漏检测程序，专门用于识别和处理内存泄漏问题。

它的使用直观且有效。

LeakTracer则是一款跨平台工具，适用于Linux、Solaris和HP-UX，特别适用于C++程序的内存泄漏跟踪和分析。

MEMWATCH，由Johan Lindh开发，是一个开源的C语言内存错误检测工具，通过gcc预处理器实现，有助于发现和修复内存问题。

Valgrind是一款广泛使用的工具，专注于调试和分析C和C++程序，对于内存泄漏和其他性能问题的诊断非常强大。

KCachegrind作为Valgrind的可视化工具，可以深入理解Cachegrind和Calltree生成的性能数据。

IBM Rational PurifyPlus是一个全面的工具包，集成了内存错误和泄漏检测、性能描述和代码覆盖率分析等功能，尤其适用于C/C++、、Java和VB6代码。

Parasoft Insure++是一款针对C/C++应用的运行时错误检测工具，能自动检测内存破坏、内存泄漏、指针错误等，并提供详细的诊断信息。

Compuware DevPartner的BoundsChecker Suite是一款针对C++的运行错误检测和调试插件，适用于Microsoft Visual Studio环境。

Electric Software的GlowCode不仅包括内存泄漏检查，还提供代码profiler和函数跟踪等功能，为C++和开发者提供全面的错误诊断和性能分析。

Compuware的Java Edition则专注于Java应用，包含了内存检测、代码覆盖率测试等多个功能模块。

Quest的JProbe专注于Java内存泄漏分析，提供深入的Java应用程序剖析。

ej-technologies的JProfiler是一款全面的Java分析工具，结合了CPU、线程和内存剖析，适用于J2SE和J2EE应用。

最后，BEA的JRockit专门针对Intel平台进行优化，用于诊断Java内存泄漏，并提供高效的性能分析。

内存泄漏也称作“存储渗漏”，用动态存储分配函数动态开辟的空间，在使用完毕后未释放，结果导致一直占据该内存单元。

直到程序结束。

即所谓内存泄漏。