Documentation/vm/slub.txt

   1 Short users guide for SLUB
   2 --------------------------
   3
   4 The basic philosophy of SLUB is very different from SLAB. SLAB
   5 requires rebuilding the kernel to activate debug options for all
   6 slab caches. SLUB always includes full debugging but it is off by default.
   7 SLUB can enable debugging only for selected slabs in order to avoid
   8 an impact on overall system performance which may make a bug more
   9 difficult to find.
  10
  11 In order to switch debugging on one can add a option "slub_debug"
  12 to the kernel command line. That will enable full debugging for
  13 all slabs.
  14
  15 Typically one would then use the "slabinfo" command to get statistical
  16 data and perform operation on the slabs. By default slabinfo only lists
  17 slabs that have data in them. See "slabinfo -h" for more options when
  18 running the command. slabinfo can be compiled with
  19
  20 gcc -o slabinfo tools/slub/slabinfo.c
  21
  22 Some of the modes of operation of slabinfo require that slub debugging
  23 be enabled on the command line. F.e. no tracking information will be
  24 available without debugging on and validation can only partially
  25 be performed if debugging was not switched on.
  26
  27 Some more sophisticated uses of slub_debug:
  28 -------------------------------------------
  29
  30 Parameters may be given to slub_debug. If none is specified then full
  31 debugging is enabled. Format:
  32
  33 slub_debug=<Debug-Options>       Enable options for all slabs
  34 slub_debug=<Debug-Options>,<slab name>
  35                                 Enable options only for select slabs
  36
  37 Possible debug options are
  38         F               Sanity checks on (enables SLAB_DEBUG_FREE. Sorry
  39                         SLAB legacy issues)
  40         Z               Red zoning
  41         P               Poisoning (object and padding)
  42         U               User tracking (free and alloc)
  43         T               Trace (please only use on single slabs)
  44         A               Toggle failslab filter mark for the cache
  45         O               Switch debugging off for caches that would have
  46                         caused higher minimum slab orders
  47         -               Switch all debugging off (useful if the kernel is
  48                         configured with CONFIG_SLUB_DEBUG_ON)
  49
  50 F.e. in order to boot just with sanity checks and red zoning one would specify:
  51
  52         slub_debug=FZ
  53
  54 Trying to find an issue in the dentry cache? Try
  55
  56         slub_debug=,dentry
  57
  58 to only enable debugging on the dentry cache.
  59
  60 Red zoning and tracking may realign the slab.  We can just apply sanity checks
  61 to the dentry cache with
  62
  63         slub_debug=F,dentry
  64
  65 Debugging options may require the minimum possible slab order to increase as
  66 a result of storing the metadata (for example, caches with PAGE_SIZE object
  67 sizes).  This has a higher liklihood of resulting in slab allocation errors
  68 in low memory situations or if there's high fragmentation of memory.  To
  69 switch off debugging for such caches by default, use
  70
  71         slub_debug=O
  72
  73 In case you forgot to enable debugging on the kernel command line: It is
  74 possible to enable debugging manually when the kernel is up. Look at the
  75 contents of:
  76
  77 /sys/kernel/slab/<slab name>/
  78
  79 Look at the writable files. Writing 1 to them will enable the
  80 corresponding debug option. All options can be set on a slab that does
  81 not contain objects. If the slab already contains objects then sanity checks
  82 and tracing may only be enabled. The other options may cause the realignment
  83 of objects.
  84
  85 Careful with tracing: It may spew out lots of information and never stop if
  86 used on the wrong slab.
  87
  88 Slab merging
  89 ------------
  90
  91 If no debug options are specified then SLUB may merge similar slabs together
  92 in order to reduce overhead and increase cache hotness of objects.
  93 slabinfo -a displays which slabs were merged together.
  94
  95 Slab validation
  96 ---------------
  97
  98 SLUB can validate all object if the kernel was booted with slub_debug. In
  99 order to do so you must have the slabinfo tool. Then you can do
 100
 101 slabinfo -v
 102
 103 which will test all objects. Output will be generated to the syslog.
 104
 105 This also works in a more limited way if boot was without slab debug.
 106 In that case slabinfo -v simply tests all reachable objects. Usually
 107 these are in the cpu slabs and the partial slabs. Full slabs are not
 108 tracked by SLUB in a non debug situation.
 109
 110 Getting more performance
 111 ------------------------
 112
 113 To some degree SLUB's performance is limited by the need to take the
 114 list_lock once in a while to deal with partial slabs. That overhead is
 115 governed by the order of the allocation for each slab. The allocations
 116 can be influenced by kernel parameters:
 117
 118 slub_min_objects=x              (default 4)
 119 slub_min_order=x                (default 0)
 120 slub_max_order=x                (default 3 (PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER))
 121
 122 slub_min_objects allows to specify how many objects must at least fit
 123 into one slab in order for the allocation order to be acceptable.
 124 In general slub will be able to perform this number of allocations
 125 on a slab without consulting centralized resources (list_lock) where
 126 contention may occur.
 127
 128 slub_min_order specifies a minim order of slabs. A similar effect like
 129 slub_min_objects.
 130
 131 slub_max_order specified the order at which slub_min_objects should no
 132 longer be checked. This is useful to avoid SLUB trying to generate
 133 super large order pages to fit slub_min_objects of a slab cache with
 134 large object sizes into one high order page. Setting command line
 135 parameter debug_guardpage_minorder=N (N > 0), forces setting
 136 slub_max_order to 0, what cause minimum possible order of slabs
 137 allocation.
 138
 139 SLUB Debug output
 140 -----------------
 141
 142 Here is a sample of slub debug output:
 143
 144 ====================================================================
 145 BUG kmalloc-8: Redzone overwritten
 146 --------------------------------------------------------------------
 147
 148 INFO: 0xc90f6d28-0xc90f6d2b. First byte 0x00 instead of 0xcc
 149 INFO: Slab 0xc528c530 flags=0x400000c3 inuse=61 fp=0xc90f6d58
 150 INFO: Object 0xc90f6d20 @offset=3360 fp=0xc90f6d58
 151 INFO: Allocated in get_modalias+0x61/0xf5 age=53 cpu=1 pid=554
 152
 153 Bytes b4 0xc90f6d10:  00 00 00 00 00 00 00 00 5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a ........ZZZZZZZZ
 154   Object 0xc90f6d20:  31 30 31 39 2e 30 30 35                         1019.005
 155  Redzone 0xc90f6d28:  00 cc cc cc                                     .
 156  Padding 0xc90f6d50:  5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a                         ZZZZZZZZ
 157
 158   [<c010523d>] dump_trace+0x63/0x1eb
 159   [<c01053df>] show_trace_log_lvl+0x1a/0x2f
 160   [<c010601d>] show_trace+0x12/0x14
 161   [<c0106035>] dump_stack+0x16/0x18
 162   [<c017e0fa>] object_err+0x143/0x14b
 163   [<c017e2cc>] check_object+0x66/0x234
 164   [<c017eb43>] __slab_free+0x239/0x384
 165   [<c017f446>] kfree+0xa6/0xc6
 166   [<c02e2335>] get_modalias+0xb9/0xf5
 167   [<c02e23b7>] dmi_dev_uevent+0x27/0x3c
 168   [<c027866a>] dev_uevent+0x1ad/0x1da
 169   [<c0205024>] kobject_uevent_env+0x20a/0x45b
 170   [<c020527f>] kobject_uevent+0xa/0xf
 171   [<c02779f1>] store_uevent+0x4f/0x58
 172   [<c027758e>] dev_attr_store+0x29/0x2f
 173   [<c01bec4f>] sysfs_write_file+0x16e/0x19c
 174   [<c0183ba7>] vfs_write+0xd1/0x15a
 175   [<c01841d7>] sys_write+0x3d/0x72
 176   [<c0104112>] sysenter_past_esp+0x5f/0x99
 177   [<b7f7b410>] 0xb7f7b410
 178   =======================
 179
 180 FIX kmalloc-8: Restoring Redzone 0xc90f6d28-0xc90f6d2b=0xcc
 181
 182 If SLUB encounters a corrupted object (full detection requires the kernel
 183 to be booted with slub_debug) then the following output will be dumped
 184 into the syslog:
 185
 186 1. Description of the problem encountered
 187
 188 This will be a message in the system log starting with
 189
 190 ===============================================
 191 BUG <slab cache affected>: <What went wrong>
 192 -----------------------------------------------
 193
 194 INFO: <corruption start>-<corruption_end> <more info>
 195 INFO: Slab <address> <slab information>
 196 INFO: Object <address> <object information>
 197 INFO: Allocated in <kernel function> age=<jiffies since alloc> cpu=<allocated by
 198         cpu> pid=<pid of the process>
 199 INFO: Freed in <kernel function> age=<jiffies since free> cpu=<freed by cpu>
 200          pid=<pid of the process>
 201
 202 (Object allocation / free information is only available if SLAB_STORE_USER is
 203 set for the slab. slub_debug sets that option)
 204
 205 2. The object contents if an object was involved.
 206
 207 Various types of lines can follow the BUG SLUB line:
 208
 209 Bytes b4 <address> : <bytes>
 210         Shows a few bytes before the object where the problem was detected.
 211         Can be useful if the corruption does not stop with the start of the
 212         object.
 213
 214 Object <address> : <bytes>
 215         The bytes of the object. If the object is inactive then the bytes
 216         typically contain poison values. Any non-poison value shows a
 217         corruption by a write after free.
 218
 219 Redzone <address> : <bytes>
 220         The Redzone following the object. The Redzone is used to detect
 221         writes after the object. All bytes should always have the same
 222         value. If there is any deviation then it is due to a write after
 223         the object boundary.
 224
 225         (Redzone information is only available if SLAB_RED_ZONE is set.
 226         slub_debug sets that option)
 227
 228 Padding <address> : <bytes>
 229         Unused data to fill up the space in order to get the next object
 230         properly aligned. In the debug case we make sure that there are
 231         at least 4 bytes of padding. This allows the detection of writes
 232         before the object.
 233
 234 3. A stackdump
 235
 236 The stackdump describes the location where the error was detected. The cause
 237 of the corruption is may be more likely found by looking at the function that
 238 allocated or freed the object.
 239
 240 4. Report on how the problem was dealt with in order to ensure the continued
 241 operation of the system.
 242
 243 These are messages in the system log beginning with
 244
 245 FIX <slab cache affected>: <corrective action taken>
 246
 247 In the above sample SLUB found that the Redzone of an active object has
 248 been overwritten. Here a string of 8 characters was written into a slab that
 249 has the length of 8 characters. However, a 8 character string needs a
 250 terminating 0. That zero has overwritten the first byte of the Redzone field.
 251 After reporting the details of the issue encountered the FIX SLUB message
 252 tells us that SLUB has restored the Redzone to its proper value and then
 253 system operations continue.
 254
 255 Emergency operations:
 256 ---------------------
 257
 258 Minimal debugging (sanity checks alone) can be enabled by booting with
 259
 260         slub_debug=F
 261
 262 This will be generally be enough to enable the resiliency features of slub
 263 which will keep the system running even if a bad kernel component will
 264 keep corrupting objects. This may be important for production systems.
 265 Performance will be impacted by the sanity checks and there will be a
 266 continual stream of error messages to the syslog but no additional memory
 267 will be used (unlike full debugging).
 268
 269 No guarantees. The kernel component still needs to be fixed. Performance
 270 may be optimized further by locating the slab that experiences corruption
 271 and enabling debugging only for that cache
 272
 273 I.e.
 274
 275         slub_debug=F,dentry
 276
 277 If the corruption occurs by writing after the end of the object then it
 278 may be advisable to enable a Redzone to avoid corrupting the beginning
 279 of other objects.
 280
 281         slub_debug=FZ,dentry
 282
 283 Christoph Lameter, May 30, 2007