一次解决Linux内核内存泄漏实战全过程

2020 年转眼间白驹过隙般飞奔而去，在岁末年初的当口，笔者在回顾这一年程序员世界的大事件后，突然发觉如何避免程序员面向监狱编程是个特别值得一谈的话题。

什么是内存泄漏

程序向系统申请内存，使用完不需要之后,不释放内存还给系统回收，造成申请的内存被浪费。

发现系统中内存使用量随着时间的流逝，消耗的越来越多，例如下图所示：

接下来的排查思路是：

1.监控系统中每个用户进程消耗的PSS (使用pmap工具(pmap pid))；

PSS:按比例报告的物理内存，比如进程A占用20M物理内存，进程B和进程A共享5M物理内存，那么进程A的PSS就是(20 - 5) 5/2 = 17.5M；

2.监控/proc/meminfo输出,重点观察Slab使用量和slab对应的/proc/slabinfo信息；

3.参考/proc/meminfo输出，计算系统中未被统计的内存变化，比如内核驱动代码；

直接调用alloc_page()从buddy中拿走的内存不会被单独统计。

以上排查思路分别对应下图中的1,2,3 :

在排查的过程中发现系统非常空闲，都没有跑任何用户业务进程。

其中在使用slabtop监控slab的使用情况时发现size-4096 不停增长

通过监控/proc/slabinfo也发现SReclaimable 的使用量不停增长

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while true; do sleep 1 ; cat /proc/slabinfo >> /tmp/slabinfo.txt ; echo '===' >> /tmp/slabinfo.txt ; done

由此判断很可能是内核空间在使用size-4096 时发生了内存泄漏。

接下来使用trace event(tracepoint)功能来监控size-4096的使用和释放过程，主要用来跟踪kmalloc()和kfree()函数对应的trace event, 因为他们的trace event被触发之后会打印kmalloc()和kfree()所申请和释放的内存地址,然后进一步只过滤申请4096字节的情况。

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#trace-cmd record -e kmalloc -f 'bytes_alloc==4096' -e kfree -T

(-T 打印堆栈)

等待几分钟之后…

#ctrl  ^c 中断trace-cmd

#trace-cmd report

以上步骤相当于：

等待几分钟之后…

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#cp /sys/kernel/debug/tracing/trace_pipe /tmp/kmalloc-trace

从trace-cmd report的输出结果来看，很多kmalloc 对应的ptr值都没有kfree与之对应的ptr值

这就说明了cat进程在内核空间使用size-4096之后并没有释放，造成了内存泄漏。

为了进一步精确定位到是使用哪个内核函数造成的问题，此时手动触发vmcore。

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#echo c > /proc/sysrq-trigger

然后使用crash工具分析vmcore：

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#crash ./vmcore ./vmlinux.debug

读出上面kmalloc申请的ptr内存信息

(读取0xffff880423744000内存开始的4096个字节，并以字符形式显示)

发现从上面几个ptr内存中读出的内容都是非常相似，仔细看一下发现都是/proc/schedstat 的输出内容。

通过阅读相关代码发现，当读出/proc/schedstat内容之后，确实没有释放内存。

然后发现kernel上游已经有patch解决了这个问题：

commit: 8e0bcc722289

fix a leak in /proc/schedstats