Slab allocator是Linux kernel的内存分配机制，各内核子系统、模块、驱动程序都可以使用，但用完应该记得释放，忘记释放就会造成“内存泄露”(memory leak)。如果导致泄露的代码使用率很低倒也罢了，若是使用率很高的话，系统的内存会被迅速耗尽。

在以下案例中，132 GB 内存，仅剩21 GB空闲，还有16 GB的交换区被用掉了，显然内存使用相当紧张，而内存的主要去向是slab，slab用了89 GB，其中不可回收的部分(SUnreclaim)就占了88 GB：

$ less /proc/meminfo

MemTotal: 132124108 kB

MemFree: 21361420 kB

...

SwapTotal: 33554428 kB

SwapFree: 17019448 kB

...

Slab: 89078888 kB

SReclaimable: 515108 kB

SUnreclaim: 88563780 kB

...

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

$less/proc/meminfo

MemTotal:132124108kB

MemFree:21361420kB

...

SwapTotal:33554428kB

SwapFree:17019448kB

...

Slab:89078888kB

SReclaimable:515108kB

SUnreclaim:88563780kB

...

再细看/proc/slabinfo，发现“size-4096”占用了84 GB之多(21720567*4096)：

$ less /proc/slabinfo

slabinfo - version: 2.1

# name : tunables : slabdata

...

size-4096 21720555 21720567 4096 1 1 : tunables 24 12 8 : slabdata 21720555 21720567 0

...

1

2

3

4

5

6

$less/proc/slabinfo

slabinfo-version:2.1

# name             : tunables : slabdata

...

size-40962172055521720567409611:tunables24128:slabdata21720555217205670

...

通常Slab的名字就表明了其用途，比如”inode_cache”、”dentry”什么的，根据发生泄露的slab cache的名字，大致就知道是哪个子系统或模块的问题，然而本例比较复杂，因为从”size-4096″的名称完全看不出slab cache的用途。

即便从名字知道了是哪个子系统的问题，为了进一步定位故障点，我们还要看到具体是哪些函数、哪些代码在分配内存才行。要如何诊断此类问题呢？

首先取决于kernel用的是slab还是slub，slab其实是一个统称，Linux kernel自2.6.23之后就已经从Slab进化成Slub了，它自带原生的诊断功能，比Slab更方便。判断kernel是否在使用slub有一个简单的方法，就是看/sys/kernel/slab目录是否存在，如果存在的话就是slub，否则就是slab。SLUB的故障诊断请参考以下文章：如何诊断SLUB问题

SLAB

如果是slab的话，有两种常见方法：一是利用debug kernel的slab leak辅助功能，二是利用systemtap等工具。参见https://access.redhat.com/solutions/358933

使用kernel的DEBUG_SLAB_LEAK功能

这需要kernel编译的时候打开了”CONFIG_DEBUG_SLAB_LEAK”选项才行，默认是没打开的。

对RHEL或CentOS来说，debug kernel打开了此编译选项，可以安装名为kernel-debug-*的rpm软件包，然后重启系统并选择此debug kernel即可。

完成后/proc目录下会出现一个名为slab_allocators的文件，里面会记录类似如下的slab分配的信息，注意观察是什么代码在分配slab，有助于找到可疑的泄漏点。缺点是只记录了直接调用的函数，没有完整的backtrace：

buffer_head: 2555 alloc_buffer_head+0x20/0x75

mm_struct: 9 mm_alloc+0x1e/0x42

mm_struct: 20 dup_mm+0x36/0x370

vm_area_struct: 384 dup_mm+0x18f/0x370

vm_area_struct: 151 do_mmap_pgoff+0x2e0/0x7c3

fs_cache: 8 copy_fs_struct+0x21/0x133

fs_cache: 29 copy_process+0xf38/0x10e3

files_cache: 30 alloc_files+0x1b/0xcf

signal_cache: 81 copy_process+0xbaa/0x10e3

sighand_cache: 77 copy_process+0xe65/0x10e3

anon_vma: 241 anon_vma_prepare+0xd9/0xf3

size-2048: 1 add_sect_attrs+0x5f/0x145

size-2048: 2 journal_init_revoke+0x99/0x302

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

buffer_head:2555alloc_buffer_head+0x20/0x75

mm_struct:9mm_alloc+0x1e/0x42

mm_struct:20dup_mm+0x36/0x370

vm_area_struct:384dup_mm+0x18f/0x370

vm_area_struct:151do_mmap_pgoff+0x2e0/0x7c3

fs_cache:8copy_fs_struct+0x21/0x133

fs_cache:29copy_process+0xf38/0x10e3

files_cache:30alloc_files+0x1b/0xcf

signal_cache:81copy_process+0xbaa/0x10e3

sighand_cache:77copy_process+0xe65/0x10e3

anon_vma:241anon_vma_prepare+0xd9/0xf3

size-2048:1add_sect_attrs+0x5f/0x145

size-2048:2journal_init_revoke+0x99/0x302

使用systemtap

除了使用debug kernel之外，还有个方法就是用systemtap，对内核适当的位置植入探针，有助于找到可疑的slab分配，这需要对内核有一定的了解才行。

普通的slab cache是通过kmem_cache_alloc来分配的，可以用现成的systemtap probe vm.kmem_cache_alloc进行观测。但是在本例中不适用，因为本例中”size-4096″属于slab里的general purpose cache，是供kmalloc()使用的，所以systemtap应该针对kmalloc()进行探测，这里有一个现成的脚本 “kmalloc-top“，它的原理是对__kmalloc()下探针，记录backtraces，因为__kmalloc是实现kmalloc()的核心函数，有的代码会直接调用__kmalloc，所以探测它而不是kmalloc()才不会有遗漏。以上的脚本没有记录kmalloc的size，所以我修改了一下，加上了kmalloc size，修改过的内容如下：

#The systemtap script that instruments the kmalloc

$script="

global kmalloc_stack

probe kernel.function(\"__kmalloc\") { kmalloc_stack[\$size, backtrace()]++ }

probe timer.ms(100), end

{

foreach ([size, stack] in kmalloc_stack) {

printf(\"\\n\")

printf(\" kmalloc size %d\\n\", size)

print_syms(stack)

printf(\"\\n\")

printf(\"%d\\n\", kmalloc_stack[size, stack])

}

delete kmalloc_stack

}

";

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

#The systemtap script that instruments the kmalloc

$script="

global kmalloc_stack

probe kernel.function(\"__kmalloc\") { kmalloc_stack[\$size, backtrace()]++ }

probe timer.ms(100), end

{

foreach ([size, stack] in kmalloc_stack) {

printf(\"\\n\")

printf(\" kmalloc size %d\\n\", size)

print_syms(stack)

printf(\"\\n\")

printf(\"%d\\n\", kmalloc_stack[size, stack])

}

delete kmalloc_stack

}

";

以root身份执行：

# ./kmalloc-top -o '--all-modules' > /tmp/kmtop.out

1

# ./kmalloc-top -o '--all-modules' > /tmp/kmtop.out

间隔一段时间再ctrl-c退出，看到结果如下：

...

This path seen 1021 times:

kmalloc size 4096

0xffffffff811783e0 : __kmalloc+0x0/0x230 [kernel]

0xffffffffa022401e : 0xffffffffa022401e [sisips]

0xffffffffa024d46f : 0xffffffffa024d46f [sisips]

0xffffffffa023b763 : 0xffffffffa023b763 [sisips]

0xffffffffa022abca : 0xffffffffa022abca [sisips]

0xffffffffa022d51a : 0xffffffffa022d51a [sisips]

0xffffffff81290745 : _atomic_dec_and_lock+0x55/0x80 [kernel]

0xffffffff81193611 : __fput+0x1a1/0x210 [kernel]

0xffffffff810e884e : __audit_syscall_exit+0x25e/0x290 [kernel]

0xffffffff8100b0d2 : system_call_fastpath+0x16/0x1b [kernel]

This path seen 1021 times:

kmalloc size 4096

0xffffffff811783e0 : __kmalloc+0x0/0x230 [kernel]

0xffffffffa022401e : 0xffffffffa022401e [sisips]

0xffffffffa0224a32 : 0xffffffffa0224a32 [sisips]

0xffffffffa022abac : 0xffffffffa022abac [sisips]

0xffffffffa024f5c8 : 0xffffffffa024f5c8 [sisips]

0xffffffffa022d51a : 0xffffffffa022d51a [sisips]

0xffffffff81290745 : _atomic_dec_and_lock+0x55/0x80 [kernel]

0xffffffff81193611 : __fput+0x1a1/0x210 [kernel]

0xffffffff810e884e : __audit_syscall_exit+0x25e/0x290 [kernel]

0xffffffff8100b0d2 : system_call_fastpath+0x16/0x1b [kernel]

This path seen 853 times:

kmalloc size 4096

0xffffffff811783e0 : __kmalloc+0x0/0x230 [kernel]

0xffffffffa022401e : 0xffffffffa022401e [sisips]

0xffffffffa0222c30 : 0xffffffffa0222c30 [sisips]

0xffffffffa024d46f : 0xffffffffa024d46f [sisips]

0xffffffffa024dd49 : 0xffffffffa024dd49 [sisips]

0xffffffff81178001 : s_show+0x2c1/0x330 [kernel]

0xffffffffa02240bc : 0xffffffffa02240bc [sisips]

0xffffffffa023b783 : 0xffffffffa023b783 [sisips]

0xffffffffa022abca : 0xffffffffa022abca [sisips]

0xffffffffa022d51a : 0xffffffffa022d51a [sisips]

0xffffffff81290745 : _atomic_dec_and_lock+0x55/0x80 [kernel]

0xffffffff81193611 : __fput+0x1a1/0x210 [kernel]

0xffffffff810e884e : __audit_syscall_exit+0x25e/0x290 [kernel]

0xffffffff8100b0d2 : system_call_fastpath+0x16/0x1b [kernel]

...

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

...

Thispathseen1021times:

kmallocsize4096

0xffffffff811783e0:__kmalloc+0x0/0x230[kernel]

0xffffffffa022401e:0xffffffffa022401e[sisips]

0xffffffffa024d46f:0xffffffffa024d46f[sisips]

0xffffffffa023b763:0xffffffffa023b763[sisips]

0xffffffffa022abca:0xffffffffa022abca[sisips]

0xffffffffa022d51a:0xffffffffa022d51a[sisips]

0xffffffff81290745:_atomic_dec_and_lock+0x55/0x80[kernel]

0xffffffff81193611:__fput+0x1a1/0x210[kernel]

0xffffffff810e884e:__audit_syscall_exit+0x25e/0x290[kernel]

0xffffffff8100b0d2:system_call_fastpath+0x16/0x1b[kernel]

Thispathseen1021times:

kmallocsize4096

0xffffffff811783e0:__kmalloc+0x0/0x230[kernel]

0xffffffffa022401e:0xffffffffa022401e[sisips]

0xffffffffa0224a32:0xffffffffa0224a32[sisips]

0xffffffffa022abac:0xffffffffa022abac[sisips]

0xffffffffa024f5c8:0xffffffffa024f5c8[sisips]

0xffffffffa022d51a:0xffffffffa022d51a[sisips]

0xffffffff81290745:_atomic_dec_and_lock+0x55/0x80[kernel]

0xffffffff81193611:__fput+0x1a1/0x210[kernel]

0xffffffff810e884e:__audit_syscall_exit+0x25e/0x290[kernel]

0xffffffff8100b0d2:system_call_fastpath+0x16/0x1b[kernel]

Thispathseen853times:

kmallocsize4096

0xffffffff811783e0:__kmalloc+0x0/0x230[kernel]

0xffffffffa022401e:0xffffffffa022401e[sisips]

0xffffffffa0222c30:0xffffffffa0222c30[sisips]

0xffffffffa024d46f:0xffffffffa024d46f[sisips]

0xffffffffa024dd49:0xffffffffa024dd49[sisips]

0xffffffff81178001:s_show+0x2c1/0x330[kernel]

0xffffffffa02240bc:0xffffffffa02240bc[sisips]

0xffffffffa023b783:0xffffffffa023b783[sisips]

0xffffffffa022abca:0xffffffffa022abca[sisips]

0xffffffffa022d51a:0xffffffffa022d51a[sisips]

0xffffffff81290745:_atomic_dec_and_lock+0x55/0x80[kernel]

0xffffffff81193611:__fput+0x1a1/0x210[kernel]

0xffffffff810e884e:__audit_syscall_exit+0x25e/0x290[kernel]

0xffffffff8100b0d2:system_call_fastpath+0x16/0x1b[kernel]

...

可以看到，大量的size-4096分配来自内核模块”sisips”，有理由对它产生怀疑。(因为这是Symantec的内核模块，系统上没有它的debuginfo，所以systemtap解析不了它的backtrace符号，只能显示出16进制的地址)。为了验证该模块是否真的导致了内存泄露，可以暂时禁用它，观察/proc/slabinfo看size-4096是否停止疯涨，如果停了，显然该模块就有问题了。

另一种方法：kmemleak

检测内核内存泄漏还有另一种方法，就是利用kmemleak工具，它并不是针对某一个slab，而是针对所有的内核内存。详见：

用KMEMLEAK检测内核内存泄漏