Documentation/kmemleak.txt

   1 Kernel Memory Leak Detector
   2 ===========================
   3
   4 Introduction
   5 ------------
   6
   7 Kmemleak provides a way of detecting possible kernel memory leaks in a
   8 way similar to a tracing garbage collector
   9 (http://en.wikipedia.org/wiki/Garbage_collection_%28computer_science%29#Tracing_garbage_collectors),
  10 with the difference that the orphan objects are not freed but only
  11 reported via /sys/kernel/debug/kmemleak. A similar method is used by the
  12 Valgrind tool (memcheck --leak-check) to detect the memory leaks in
  13 user-space applications.
  14 Kmemleak is supported on x86, arm, powerpc, sparc, sh, microblaze, ppc, mips, s390, metag and tile.
  15
  16 Usage
  17 -----
  18
  19 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK in "Kernel hacking" has to be enabled. A kernel
  20 thread scans the memory every 10 minutes (by default) and prints the
  21 number of new unreferenced objects found. To display the details of all
  22 the possible memory leaks:
  23
  24   # mount -t debugfs nodev /sys/kernel/debug/
  25   # cat /sys/kernel/debug/kmemleak
  26
  27 To trigger an intermediate memory scan:
  28
  29   # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
  30
  31 To clear the list of all current possible memory leaks:
  32
  33   # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
  34
  35 New leaks will then come up upon reading /sys/kernel/debug/kmemleak
  36 again.
  37
  38 Note that the orphan objects are listed in the order they were allocated
  39 and one object at the beginning of the list may cause other subsequent
  40 objects to be reported as orphan.
  41
  42 Memory scanning parameters can be modified at run-time by writing to the
  43 /sys/kernel/debug/kmemleak file. The following parameters are supported:
  44
  45   off           - disable kmemleak (irreversible)
  46   stack=on      - enable the task stacks scanning (default)
  47   stack=off     - disable the tasks stacks scanning
  48   scan=on       - start the automatic memory scanning thread (default)
  49   scan=off      - stop the automatic memory scanning thread
  50   scan=<secs>   - set the automatic memory scanning period in seconds
  51                   (default 600, 0 to stop the automatic scanning)
  52   scan          - trigger a memory scan
  53   clear         - clear list of current memory leak suspects, done by
  54                   marking all current reported unreferenced objects grey,
  55                   or free all kmemleak objects if kmemleak has been disabled.
  56   dump=<addr>   - dump information about the object found at <addr>
  57
  58 Kmemleak can also be disabled at boot-time by passing "kmemleak=off" on
  59 the kernel command line.
  60
  61 Memory may be allocated or freed before kmemleak is initialised and
  62 these actions are stored in an early log buffer. The size of this buffer
  63 is configured via the CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_EARLY_LOG_SIZE option.
  64
  65 Basic Algorithm
  66 ---------------
  67
  68 The memory allocations via kmalloc, vmalloc, kmem_cache_alloc and
  69 friends are traced and the pointers, together with additional
  70 information like size and stack trace, are stored in a rbtree.
  71 The corresponding freeing function calls are tracked and the pointers
  72 removed from the kmemleak data structures.
  73
  74 An allocated block of memory is considered orphan if no pointer to its
  75 start address or to any location inside the block can be found by
  76 scanning the memory (including saved registers). This means that there
  77 might be no way for the kernel to pass the address of the allocated
  78 block to a freeing function and therefore the block is considered a
  79 memory leak.
  80
  81 The scanning algorithm steps:
  82
  83   1. mark all objects as white (remaining white objects will later be
  84      considered orphan)
  85   2. scan the memory starting with the data section and stacks, checking
  86      the values against the addresses stored in the rbtree. If
  87      a pointer to a white object is found, the object is added to the
  88      gray list
  89   3. scan the gray objects for matching addresses (some white objects
  90      can become gray and added at the end of the gray list) until the
  91      gray set is finished
  92   4. the remaining white objects are considered orphan and reported via
  93      /sys/kernel/debug/kmemleak
  94
  95 Some allocated memory blocks have pointers stored in the kernel's
  96 internal data structures and they cannot be detected as orphans. To
  97 avoid this, kmemleak can also store the number of values pointing to an
  98 address inside the block address range that need to be found so that the
  99 block is not considered a leak. One example is __vmalloc().
 100
 101 Testing specific sections with kmemleak
 102 ---------------------------------------
 103
 104 Upon initial bootup your /sys/kernel/debug/kmemleak output page may be
 105 quite extensive. This can also be the case if you have very buggy code
 106 when doing development. To work around these situations you can use the
 107 'clear' command to clear all reported unreferenced objects from the
 108 /sys/kernel/debug/kmemleak output. By issuing a 'scan' after a 'clear'
 109 you can find new unreferenced objects; this should help with testing
 110 specific sections of code.
 111
 112 To test a critical section on demand with a clean kmemleak do:
 113
 114   # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
 115   ... test your kernel or modules ...
 116   # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
 117
 118 Then as usual to get your report with:
 119
 120   # cat /sys/kernel/debug/kmemleak
 121
 122 Freeing kmemleak internal objects
 123 ---------------------------------
 124
 125 To allow access to previosuly found memory leaks after kmemleak has been
 126 disabled by the user or due to an fatal error, internal kmemleak objects
 127 won't be freed when kmemleak is disabled, and those objects may occupy
 128 a large part of physical memory.
 129
 130 In this situation, you may reclaim memory with:
 131
 132   # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
 133
 134 Kmemleak API
 135 ------------
 136
 137 See the include/linux/kmemleak.h header for the functions prototype.
 138
 139 kmemleak_init            - initialize kmemleak
 140 kmemleak_alloc           - notify of a memory block allocation
 141 kmemleak_alloc_percpu    - notify of a percpu memory block allocation
 142 kmemleak_free            - notify of a memory block freeing
 143 kmemleak_free_part       - notify of a partial memory block freeing
 144 kmemleak_free_percpu     - notify of a percpu memory block freeing
 145 kmemleak_not_leak        - mark an object as not a leak
 146 kmemleak_ignore          - do not scan or report an object as leak
 147 kmemleak_scan_area       - add scan areas inside a memory block
 148 kmemleak_no_scan         - do not scan a memory block
 149 kmemleak_erase           - erase an old value in a pointer variable
 150 kmemleak_alloc_recursive - as kmemleak_alloc but checks the recursiveness
 151 kmemleak_free_recursive  - as kmemleak_free but checks the recursiveness
 152
 153 Dealing with false positives/negatives
 154 --------------------------------------
 155
 156 The false negatives are real memory leaks (orphan objects) but not
 157 reported by kmemleak because values found during the memory scanning
 158 point to such objects. To reduce the number of false negatives, kmemleak
 159 provides the kmemleak_ignore, kmemleak_scan_area, kmemleak_no_scan and
 160 kmemleak_erase functions (see above). The task stacks also increase the
 161 amount of false negatives and their scanning is not enabled by default.
 162
 163 The false positives are objects wrongly reported as being memory leaks
 164 (orphan). For objects known not to be leaks, kmemleak provides the
 165 kmemleak_not_leak function. The kmemleak_ignore could also be used if
 166 the memory block is known not to contain other pointers and it will no
 167 longer be scanned.
 168
 169 Some of the reported leaks are only transient, especially on SMP
 170 systems, because of pointers temporarily stored in CPU registers or
 171 stacks. Kmemleak defines MSECS_MIN_AGE (defaulting to 1000) representing
 172 the minimum age of an object to be reported as a memory leak.
 173
 174 Limitations and Drawbacks
 175 -------------------------
 176
 177 The main drawback is the reduced performance of memory allocation and
 178 freeing. To avoid other penalties, the memory scanning is only performed
 179 when the /sys/kernel/debug/kmemleak file is read. Anyway, this tool is
 180 intended for debugging purposes where the performance might not be the
 181 most important requirement.
 182
 183 To keep the algorithm simple, kmemleak scans for values pointing to any
 184 address inside a block's address range. This may lead to an increased
 185 number of false negatives. However, it is likely that a real memory leak
 186 will eventually become visible.
 187
 188 Another source of false negatives is the data stored in non-pointer
 189 values. In a future version, kmemleak could only scan the pointer
 190 members in the allocated structures. This feature would solve many of
 191 the false negative cases described above.
 192
 193 The tool can report false positives. These are cases where an allocated
 194 block doesn't need to be freed (some cases in the init_call functions),
 195 the pointer is calculated by other methods than the usual container_of
 196 macro or the pointer is stored in a location not scanned by kmemleak.
 197
 198 Page allocations and ioremap are not tracked.