Documentation/dev-tools/kmemleak.rst

   1 Kernel Memory Leak Detector
   2 ===========================
   3
   4 Kmemleak provides a way of detecting possible kernel memory leaks in a
   5 way similar to a `tracing garbage collector
   6 <https://en.wikipedia.org/wiki/Tracing_garbage_collection>`_,
   7 with the difference that the orphan objects are not freed but only
   8 reported via /sys/kernel/debug/kmemleak. A similar method is used by the
   9 Valgrind tool (``memcheck --leak-check``) to detect the memory leaks in
  10 user-space applications.
  11
  12 Usage
  13 -----
  14
  15 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK in "Kernel hacking" has to be enabled. A kernel
  16 thread scans the memory every 10 minutes (by default) and prints the
  17 number of new unreferenced objects found. If the ``debugfs`` isn't already
  18 mounted, mount with::
  19
  20   # mount -t debugfs nodev /sys/kernel/debug/
  21
  22 To display the details of all the possible scanned memory leaks::
  23
  24   # cat /sys/kernel/debug/kmemleak
  25
  26 To trigger an intermediate memory scan::
  27
  28   # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
  29
  30 To clear the list of all current possible memory leaks::
  31
  32   # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
  33
  34 New leaks will then come up upon reading ``/sys/kernel/debug/kmemleak``
  35 again.
  36
  37 Note that the orphan objects are listed in the order they were allocated
  38 and one object at the beginning of the list may cause other subsequent
  39 objects to be reported as orphan.
  40
  41 Memory scanning parameters can be modified at run-time by writing to the
  42 ``/sys/kernel/debug/kmemleak`` file. The following parameters are supported:
  43
  44 - off
  45     disable kmemleak (irreversible)
  46 - stack=on
  47     enable the task stacks scanning (default)
  48 - stack=off
  49     disable the tasks stacks scanning
  50 - scan=on
  51     start the automatic memory scanning thread (default)
  52 - scan=off
  53     stop the automatic memory scanning thread
  54 - scan=<secs>
  55     set the automatic memory scanning period in seconds
  56     (default 600, 0 to stop the automatic scanning)
  57 - scan
  58     trigger a memory scan
  59 - clear
  60     clear list of current memory leak suspects, done by
  61     marking all current reported unreferenced objects grey,
  62     or free all kmemleak objects if kmemleak has been disabled.
  63 - dump=<addr>
  64     dump information about the object found at <addr>
  65
  66 Kmemleak can also be disabled at boot-time by passing ``kmemleak=off`` on
  67 the kernel command line.
  68
  69 Memory may be allocated or freed before kmemleak is initialised and
  70 these actions are stored in an early log buffer. The size of this buffer
  71 is configured via the CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_MEM_POOL_SIZE option.
  72
  73 If CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF are enabled, the kmemleak is
  74 disabled by default. Passing ``kmemleak=on`` on the kernel command
  75 line enables the function.
  76
  77 If you are getting errors like "Error while writing to stdout" or "write_loop:
  78 Invalid argument", make sure kmemleak is properly enabled.
  79
  80 Basic Algorithm
  81 ---------------
  82
  83 The memory allocations via :c:func:`kmalloc`, :c:func:`vmalloc`,
  84 :c:func:`kmem_cache_alloc` and
  85 friends are traced and the pointers, together with additional
  86 information like size and stack trace, are stored in a rbtree.
  87 The corresponding freeing function calls are tracked and the pointers
  88 removed from the kmemleak data structures.
  89
  90 An allocated block of memory is considered orphan if no pointer to its
  91 start address or to any location inside the block can be found by
  92 scanning the memory (including saved registers). This means that there
  93 might be no way for the kernel to pass the address of the allocated
  94 block to a freeing function and therefore the block is considered a
  95 memory leak.
  96
  97 The scanning algorithm steps:
  98
  99   1. mark all objects as white (remaining white objects will later be
 100      considered orphan)
 101   2. scan the memory starting with the data section and stacks, checking
 102      the values against the addresses stored in the rbtree. If
 103      a pointer to a white object is found, the object is added to the
 104      gray list
 105   3. scan the gray objects for matching addresses (some white objects
 106      can become gray and added at the end of the gray list) until the
 107      gray set is finished
 108   4. the remaining white objects are considered orphan and reported via
 109      /sys/kernel/debug/kmemleak
 110
 111 Some allocated memory blocks have pointers stored in the kernel's
 112 internal data structures and they cannot be detected as orphans. To
 113 avoid this, kmemleak can also store the number of values pointing to an
 114 address inside the block address range that need to be found so that the
 115 block is not considered a leak. One example is __vmalloc().
 116
 117 Testing specific sections with kmemleak
 118 ---------------------------------------
 119
 120 Upon initial bootup your /sys/kernel/debug/kmemleak output page may be
 121 quite extensive. This can also be the case if you have very buggy code
 122 when doing development. To work around these situations you can use the
 123 'clear' command to clear all reported unreferenced objects from the
 124 /sys/kernel/debug/kmemleak output. By issuing a 'scan' after a 'clear'
 125 you can find new unreferenced objects; this should help with testing
 126 specific sections of code.
 127
 128 To test a critical section on demand with a clean kmemleak do::
 129
 130   # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
 131   ... test your kernel or modules ...
 132   # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
 133
 134 Then as usual to get your report with::
 135
 136   # cat /sys/kernel/debug/kmemleak
 137
 138 Freeing kmemleak internal objects
 139 ---------------------------------
 140
 141 To allow access to previously found memory leaks after kmemleak has been
 142 disabled by the user or due to an fatal error, internal kmemleak objects
 143 won't be freed when kmemleak is disabled, and those objects may occupy
 144 a large part of physical memory.
 145
 146 In this situation, you may reclaim memory with::
 147
 148   # echo clear > /sys/kernel/debug/kmemleak
 149
 150 Kmemleak API
 151 ------------
 152
 153 See the include/linux/kmemleak.h header for the functions prototype.
 154
 155 - ``kmemleak_init``              - initialize kmemleak
 156 - ``kmemleak_alloc``             - notify of a memory block allocation
 157 - ``kmemleak_alloc_percpu``      - notify of a percpu memory block allocation
 158 - ``kmemleak_vmalloc``           - notify of a vmalloc() memory allocation
 159 - ``kmemleak_free``              - notify of a memory block freeing
 160 - ``kmemleak_free_part``         - notify of a partial memory block freeing
 161 - ``kmemleak_free_percpu``       - notify of a percpu memory block freeing
 162 - ``kmemleak_update_trace``      - update object allocation stack trace
 163 - ``kmemleak_not_leak``  - mark an object as not a leak
 164 - ``kmemleak_ignore``            - do not scan or report an object as leak
 165 - ``kmemleak_scan_area``         - add scan areas inside a memory block
 166 - ``kmemleak_no_scan``   - do not scan a memory block
 167 - ``kmemleak_erase``             - erase an old value in a pointer variable
 168 - ``kmemleak_alloc_recursive`` - as kmemleak_alloc but checks the recursiveness
 169 - ``kmemleak_free_recursive``    - as kmemleak_free but checks the recursiveness
 170
 171 The following functions take a physical address as the object pointer
 172 and only perform the corresponding action if the address has a lowmem
 173 mapping:
 174
 175 - ``kmemleak_alloc_phys``
 176 - ``kmemleak_free_part_phys``
 177 - ``kmemleak_not_leak_phys``
 178 - ``kmemleak_ignore_phys``
 179
 180 Dealing with false positives/negatives
 181 --------------------------------------
 182
 183 The false negatives are real memory leaks (orphan objects) but not
 184 reported by kmemleak because values found during the memory scanning
 185 point to such objects. To reduce the number of false negatives, kmemleak
 186 provides the kmemleak_ignore, kmemleak_scan_area, kmemleak_no_scan and
 187 kmemleak_erase functions (see above). The task stacks also increase the
 188 amount of false negatives and their scanning is not enabled by default.
 189
 190 The false positives are objects wrongly reported as being memory leaks
 191 (orphan). For objects known not to be leaks, kmemleak provides the
 192 kmemleak_not_leak function. The kmemleak_ignore could also be used if
 193 the memory block is known not to contain other pointers and it will no
 194 longer be scanned.
 195
 196 Some of the reported leaks are only transient, especially on SMP
 197 systems, because of pointers temporarily stored in CPU registers or
 198 stacks. Kmemleak defines MSECS_MIN_AGE (defaulting to 1000) representing
 199 the minimum age of an object to be reported as a memory leak.
 200
 201 Limitations and Drawbacks
 202 -------------------------
 203
 204 The main drawback is the reduced performance of memory allocation and
 205 freeing. To avoid other penalties, the memory scanning is only performed
 206 when the /sys/kernel/debug/kmemleak file is read. Anyway, this tool is
 207 intended for debugging purposes where the performance might not be the
 208 most important requirement.
 209
 210 To keep the algorithm simple, kmemleak scans for values pointing to any
 211 address inside a block's address range. This may lead to an increased
 212 number of false negatives. However, it is likely that a real memory leak
 213 will eventually become visible.
 214
 215 Another source of false negatives is the data stored in non-pointer
 216 values. In a future version, kmemleak could only scan the pointer
 217 members in the allocated structures. This feature would solve many of
 218 the false negative cases described above.
 219
 220 The tool can report false positives. These are cases where an allocated
 221 block doesn't need to be freed (some cases in the init_call functions),
 222 the pointer is calculated by other methods than the usual container_of
 223 macro or the pointer is stored in a location not scanned by kmemleak.
 224
 225 Page allocations and ioremap are not tracked.
 226
 227 Testing with kmemleak-test
 228 --------------------------
 229
 230 To check if you have all set up to use kmemleak, you can use the kmemleak-test
 231 module, a module that deliberately leaks memory. Set CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_TEST
 232 as module (it can't be used as bult-in) and boot the kernel with kmemleak
 233 enabled. Load the module and perform a scan with::
 234
 235         # modprobe kmemleak-test
 236         # echo scan > /sys/kernel/debug/kmemleak
 237
 238 Note that the you may not get results instantly or on the first scanning. When
 239 kmemleak gets results, it'll log ``kmemleak: <count of leaks> new suspected
 240 memory leaks``. Then read the file to see then::
 241
 242         # cat /sys/kernel/debug/kmemleak
 243         unreferenced object 0xffff89862ca702e8 (size 32):
 244           comm "modprobe", pid 2088, jiffies 4294680594 (age 375.486s)
 245           hex dump (first 32 bytes):
 246             6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b  kkkkkkkkkkkkkkkk
 247             6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b 6b a5  kkkkkkkkkkkkkkk.
 248           backtrace:
 249             [<00000000e0a73ec7>] 0xffffffffc01d2036
 250             [<000000000c5d2a46>] do_one_initcall+0x41/0x1df
 251             [<0000000046db7e0a>] do_init_module+0x55/0x200
 252             [<00000000542b9814>] load_module+0x203c/0x2480
 253             [<00000000c2850256>] __do_sys_finit_module+0xba/0xe0
 254             [<000000006564e7ef>] do_syscall_64+0x43/0x110
 255             [<000000007c873fa6>] entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x44/0xa9
 256         ...
 257
 258 Removing the module with ``rmmod kmemleak_test`` should also trigger some
 259 kmemleak results.