docs/zh_CN: Add dev-tools/kmemleak Chinese translation

Translate dev-tools/kmemleak.rst into Chinese and add it into
zh_CN/dev-tools/index.rst.

Signed-off-by: Haoyang Liu <tttturtleruss@hust.edu.cn>
Reviewed-by: Yanteng Si <siyanteng@loongson.cn>
Signed-off-by: Jonathan Corbet <corbet@lwn.net>
Link: https://lore.kernel.org/r/20240406083643.5056-1-tttturtleruss@hust.edu.cn
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@ -23,13 +23,13 @@ Documentation/translations/zh_CN/dev-tools/testing-overview.rst
gcov
kasan
ubsan
kmemleak
gdb-kernel-debugging
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@ -0,0 +1,229 @@
.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst
:Original: Documentation/dev-tools/kmemleak.rst
:Translator: 刘浩阳 Haoyang Liu <tttturtleruss@hust.edu.cn>
内核内存泄露检测器
==================
Kmemleak 提供了一个类似 `可追踪的垃圾收集器 <https://en.wikipedia.org/wiki/Tra
cing_garbage_collection>`_ 的方法来检测可能的内核内存泄漏,不同的是孤立对象不会
被释放,而是仅通过 /sys/kernel/debug/kmemleak 报告。Valgrind 工具
``memcheck --leak-check``)使用了一种相似的方法来检测用户空间应用中的内存泄
露。
用法
----
"Kernel hacking" 中的 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK 必须被启用。一个内核线程每10分钟
(默认情况下)扫描一次内存,并且打印出新发现的未被引用的对象个数。
如果 ``debugfs`` 没有挂载,则执行::
# mount -t debugfs nodev /sys/kernel/debug/
显示所有扫描出的可能的内存泄漏的细节信息::
# cat /sys/kernel/debug/kmemleak
启动一次中等程度的内存扫描::
# echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
清空当前所有可能的内存泄露列表::
# echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
当再次读取 ``/sys/kernel/debug/kmemleak`` 文件时,将会输出自上次扫描以来检测到的
新的内存泄露。
注意,孤立目标是通过被分配时间来排序的,列表开始的对象可能会导致后续的对象都被
识别为孤立对象。
可以通过写入 ``/sys/kernel/debug/kmemleak`` 文件在运行时修改内存扫描参数。下面是
支持的参数:
* off
禁用 kmemleak不可逆
* stack=on
开启任务栈扫描(默认)
* stack=off
禁用任务栈扫描
* scan=on
开启自动内存扫描线程(默认)
* scan=off
关闭自动内存扫描线程
* scan=<secs>;
设定自动内存扫描间隔,以秒为单位(默认值为 600设置为 0 表示停
止自动扫描)
* scan
触发一次内存扫描
* clear
通过标记所有当前已报告的未被引用对象为灰,从而清空当前可能的内存泄露列
表;如果 kmemleak 被禁用,则释放所有 kmemleak 对象,。
* dump=<addr>
输出存储在 <addr> 中的对象信息
可以通过在内核命令行中传递 ``kmemleak=off`` 参数从而在启动时禁用 Kmemleak。
在 kmemleak 初始化之前就可能会有内存分配或释放,这些操作被存储在一个早期日志缓
冲区中。缓冲区的大小通过 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_MEM_POOL_SIZE 选项配置。
如果 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF 被启用,则 kmemleak 默认被禁用。在内核命
令行中传递 ``kmemleak=on`` 参数来开启这个功能。
如果出现 "Error while writing to stdout" 或 "write_loop: Invalid argument" 这样
的错误,请确认 kmemleak 被正确启用。
基础算法
--------
通过 :c:func:`kmalloc`, :c:func:`vmalloc`, :c:func:`kmem_cache_alloc` 以及同类
函数均被跟踪,指针,包括一些额外的信息如大小和栈追踪等,都被存储在红黑树中。
对应的释放函数调用也被追踪,并从 kmemleak 数据结构中移除相应指针。
对于一个已分配的内存块,如果通过扫描内存(包括保存寄存器)没有发现任何指针指向
它的起始地址或者其中的任何位置,则认为这块内存是孤立的。这意味着内核无法将该内
存块的地址传递给一个释放内存函数,这块内存便被认为泄露了。
扫描算法步骤:
1. 标记所有对象为白色(最后剩下的白色对象被认为是孤立的)
2. 从数据节和栈开始扫描内存,检测每个值是否是红黑树中存储的地址。如果一个指向
白色对象的指针被检测到,则将该对象标记为灰色。
3. 扫描灰色对象引用的其他对象(有些白色对象可能会变为灰色并被添加到灰名单末尾
)直到灰名单为空。
4. 剩余的白色对象就被认为是孤立的并通过 /sys/kernel/debug/kmemleak 报告。
有些指向已分配的内存块的指针存储在内核内部的数据结构中,它们不能被检测为孤立。
为了避免这种情况kmemleak 也存储了指向需要被查找的内存块范围内的任意地址的地址
数量,如此一来这些内存便不会被认为泄露。一个例子是 __vmalloc()。
用 kmemleak 测试特定部分
------------------------
在初始化启动阶段 /sys/kernel/debug/kmemleak 的输出可能会很多,这也可能是你在开发
时编写的漏洞百出的代码导致的。为了解决这种情况你可以使用 'clear' 命令来清除
/sys/kernel/debug/kmemleak 输出的所有的未引用对象。在执行 'clear' 后执行 'scan'
可以发现新的未引用对象,这将会有利你测试代码的特定部分。
为了用一个空的 kmemleak 测试一个特定部分,执行::
# echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
... 测试你的内核或者模块 ...
# echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
然后像平常一样获得报告::
# cat /sys/kernel/debug/kmemleak
释放 kmemleak 内核对象
----------------------
为了允许访问先前发现的内存泄露,当用户禁用或发生致命错误导致 kmemleak
被禁用时,内核中的 kmemleak 对象不会被释放。这些对象可能会占用很大
一部分物理内存。
在这种情况下,你可以用如下命令回收这些内存::
# echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
Kmemleak API
------------
在 include/linux/kmemleak.h 头文件中查看函数原型:
- ``kmemleak_init`` - 初始化 kmemleak
- ``kmemleak_alloc`` - 通知一个内存块的分配
- ``kmemleak_alloc_percpu`` - 通知一个 percpu 类型的内存分配
- ``kmemleak_vmalloc`` - 通知一个使用 vmalloc() 的内存分配
- ``kmemleak_free`` - 通知一个内存块的释放
- ``kmemleak_free_part`` - 通知一个部分的内存释放
- ``kmemleak_free_percpu`` - 通知一个 percpu 类型的内存释放
- ``kmemleak_update_trace`` - 更新分配对象过程的栈追踪
- ``kmemleak_not_leak`` - 标记一个对象内存为未泄露的
- ``kmemleak_ignore`` - 不要扫描或报告某个对象未泄露的
- ``kmemleak_scan_area`` - 在内存块中添加扫描区域
- ``kmemleak_no_scan`` - 不扫描某个内存块
- ``kmemleak_erase`` - 在指针变量中移除某个旧的值
- ``kmemleak_alloc_recursive`` - 和 kmemleak_alloc 效果相同但会检查是否有递归的
内存分配
- ``kmemleak_free_recursive`` - 和 kmemleak_free 效果相同但会检查是否有递归的
内存释放
下列函数使用一个物理地址作为对象指针并且只在地址有一个 lowmem 映射时做出相应的
行为:
- ``kmemleak_alloc_phys``
- ``kmemleak_free_part_phys``
- ``kmemleak_ignore_phys``
解决假阳性/假阴性
-----------------
假阴性是指由于在内存扫描中有值指向该对象导致 kmemleak 没有报告的实际存在的内存
泄露孤立对象。为了减少假阴性的出现次数kmemleak 提供了 kmemleak_ignore
kmemleak_scan_areakmemleak_no_scan 和 kmemleak_erase 函数(见上)。
任务栈也会增加假阴性的数量并且默认不开启对它们的扫描。
假阳性是对象被误报为内存泄露孤立对象。对于已知未泄露的对象kmemleak
提供了 kmemleak_not_leak 函数。同时 kmemleak_ignore 可以用于标记已知不包含任何
其他指针的内存块,标记后该内存块不会再被扫描。
一些被报告的泄露仅仅是暂时的,尤其是在 SMP对称多处理系统中因为其指针
暂存在 CPU 寄存器或栈中。Kmemleak 定义了 MSECS_MIN_AGE默认值为 1000
来表示一个被报告为内存泄露的对象的最小存活时间。
限制和缺点
----------
主要的缺点是内存分配和释放的性能下降。为了避免其他的损失,只有当
/sys/kernel/debug/kmemleak 文件被读取时才会进行内存扫描。无论如何,这个工具是出于
调试的目标,性能表现可能不是最重要的。
为了保持算法简单kmemleak 寻找指向某个内存块范围中的任何值。这可能会引发假阴性
现象的出现。但是,最后一个真正的内存泄露也会变得明显。
非指针值的数据是假阴性的另一个来源。在将来的版本中kmemleak 仅仅会扫
描已分配结构体中的指针成员。这个特性会解决上述很多的假阴性情况。
Kmemleak 会报告假阳性。这可能发生在某些被分配的内存块不需要被释放的情况下
(某些 init_call 函数中),指针的计算是通过其他方法而不是常规的 container_of 宏
或是指针被存储在 kmemleak 没有扫描的地方。
页分配和 ioremap 不会被追踪。
使用 kmemleak-test 测试
-----------------------
为了检测是否成功启用了 kmemleak你可以使用一个故意制造内存泄露的模块
kmemleak-test。设置 CONFIG_SAMPLE_KMEMLEAK 为模块(不能作为内建模块使用)
并且启动启用了 kmemleak 的内核。加载模块并执行一次扫描::
# modprobe kmemleak-test
# echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
注意你可能无法立刻或在第一次扫描后得到结果。当 kmemleak 得到结果,将会输出日
``kmemleak: <count of leaks> new suspected memory leaks`` 。然后通过读取文件
获取信息::
# cat /sys/kernel/debug/kmemleak
unreferenced object 0xffff89862ca702e8 (size 32):
comm "modprobe", pid 2088, jiffies 4294680594 (age 375.486s)
hex dump (first 32 bytes):
6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b kkkkkkkkkkkkkkkk
6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b a5 kkkkkkkkkkkkkkk.
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
...
``rmmod kmemleak_test`` 移除模块时也会触发
kmemleak 的结果输出。