kernel 內存泄漏和自旋鎖調試

作者：下家山（請尊重原創，轉載請註明） http://www.xiajiashan.com 一直以來我（每個從事linux開發的人）深受“bug”的困擾，好像“bug”不足以描述這種被問題困擾的無奈。因爲當在驅動或BSP的開發過程中，所碰到的問題比解決一個bug難得多。

       Linux因其龐大，複雜（也許不是）至今並沒有一個類似VB,VC,ADS等可視化調試工具，交叉編譯環境的“麻煩”把很多想學linux的人擋在門外。      

       言歸正傳，下面介紹第一個調試技術

一：SLAB調試技術      1．1 SLAB調試的意義

       下面引用《linux設備驅動程序第三版》第四章的一段話：

       “這個重要的選項打開了內核內存分配函數的幾類檢查; 激活這些檢查, 就可能探測到一些內存覆蓋和遺漏初始化的錯誤. 被分配的每一個字節在遞交給調用者之前都設成 0xa5, 隨後在釋放時被設成 0x6b. 你在任何時候如果見到任一個這種"壞"模式重複出現在你的驅動輸出(或者常常在一個 oops 的列表), 你會確切知道去找什麼類型的錯誤. 當激活調試, 內核還會在每個分配的內存對象的前後放置特別的守護值; 如果這些值曾被改動, 內核知道有人已覆蓋了一個內存分配區, 它大聲抱怨. 各種的對更模糊的問題的檢查也給激活了。”

     1．2 CONFIG_DEBUG_SLAB在哪裏打開

  書上說CONFIG_DEBUG_SLAB在kernel hacking配置菜單中

  #make menuconfig

 

進入kernel hacking:

 

但是並沒有看到CONFIG_DEBUG_SLAB，

       這需要熟悉linux內核配置菜單的生成（自己去琢磨，順藤摸瓜也不難發現）。

       如圖：

知道了吧！（不同的版本名字有不同）

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7/30/2012                                5/25                               7:20:06 PM

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1．3 根本就沒有相關選項

有些版本在make menuconfig 後進入kernel hacking根本就沒有SLAB的相關選項，此時你需要仔細研究lib/kconfig.debug了，把SLAB相關選項打開。Linux-2.6.19中kernel hacking裏面還有DEBUG_SLAB_LEAK(內存泄漏)功能，應該是一個很好的調試功能，我還沒有去試，哪位有時間去試一下，煩請把結果貼出來共享。下面是linux-2.6.19下的kernel hacking菜單：

 

Memory leak debugging需要在Debug slab memory allocations打開的情況下才顯示。

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1．4驗證0x5a和0x6b

“在將已分配內存返回給調用者之前，內核將把其中的每個字節設置成0xa5，而在釋放後將其設置成0x6b，如果讀者在自己驅動程序的輸出中，或者在OOPS信息中看到上述“毒劑”字符，則可以輕鬆判斷問題所在”

真是如此嗎？下面是我做的實驗：

我寫了個單獨的模塊，這個模塊首先申請一塊空間，然後釋放。成功申請後即打印這塊空間的值，看是否爲0x5a，釋放後再一次打印這塊空間的值，看其是否爲0x6b。其代碼如下：

#include

#include

#include    

unsigned char    *slab_wr;

static int test _init(void)

{

         int i;

   printk(KERN_EMERG "slab_wr address before call kmalloc:0x%08lx \n",slab_wr);

         slab_wr = (unsigned char  *)kmalloc(512, GFP_KERNEL);

    printk(KERN_EMERG "slab_wr address affter call kmalloc :0x%08lx \n",slab_wr);

         for( i=0; i<200; i++)

                   {

                             printk(KERN_EMERG "0x%x  ",*(slab_wr+i));

                   }      

    printk(KERN_EMERG "\nHello\n");       

    return 0;

}

 

static void test_exit(void)

{

   int i;

      kfree(slab_wr);

      for( i=0; i<200; i++)

                   {

                             printk(KERN_EMERG "0x%x  ",*(slab_wr+i));

                   }

    printk(KERN_EMERG"\nGoodbye,\n"); 

}

module_init(test _init);

module_exit(test _exit);

下面是運行結果

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證明完畢。

1．5 驗證越界

         還是剛纔那個程序：

//slabtest.c

#include

#include

#include    

unsigned char    *slab_wr;  /* I/O data buffer             */

static int slabtest_init(void)

{

         int i;

   printk(KERN_EMERG "slab_wr address before call kmalloc:0x%08lx \n",slab_wr);

         slab_wr = (unsigned char  *)kmalloc(100,GFP_USER/*GFP_KERNEL*/);

    printk(KERN_EMERG "slab_wr address affter call kmalloc :0x%08lx \n",slab_wr);

         for( i=0; i<101; i++)

                   {

                             *(slab_wr+i)=0xcc;

                   }

#if 0

         for( i=0; i<200; i++)

                   {

                             printk(KERN_EMERG "0x%x  ",*(slab_wr+i));

                   }

#endif

    printk(KERN_EMERG "\nHello\n");

        

    return 0;

}

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static void slabtest_exit(void)

{

   int i;

      kfree(slab_wr);

#if 0

      for( i=0; i<100; i++)

                   {

                             printk(KERN_EMERG "0x%x  ",*(slab_wr+i));

                   }

#endif

    printk(KERN_EMERG"\nGoodbye\n");

 

        

}

module_init(slabtest_init);

module_exit(slabtest_exit);

       運行結果

即看到了”毒劑”字符

 

二：SPINLOCK調試      2．1 spin_lock調試作用

       打開該選項，內核將捕獲對未初始化自旋鎖的操作，也會捕獲兩次解開同一鎖的操作等其他錯誤。

2．2 捕獲未初始化自旋鎖       2．2．1實驗代碼：

       //spinlock.c

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include  <linux/spinlock.h>

unsigned char aa;

   spinlock_t SpinLockTest ;

static int spinlock_init(void)

{

       int i;

       unsigned long flags;

       // spin_lock_init(&SpinLockTest);//進行未初始化自旋鎖檢測

        spin_lock_irqsave(&SpinLockTest, flags);

        aa =1;

       spin_unlock_irqrestore(&SpinLockTest, flags);

    printk(KERN_EMERG "\nHello\n");  

    return 0;

}

 

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static void spinlock_exit(void)

{

    printk(KERN_EMERG"\nGoodbye\n");     

}

module_init(spinlock_init);

module_exit(spinlock_exit);

2．2．2 運行結果

 

2．3．1  代碼

       //spinlock.c

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include  <linux/spinlock.h>

unsigned char aa;

   spinlock_t SpinLockTest ;

static int spinlock_init(void)

{

       int i;

       unsigned long flags;

       spin_lock_init(&SpinLockTest);

        spin_lock_irqsave(&SpinLockTest, flags);

        aa =1;

       spin_unlock_irqrestore(&SpinLockTest, flags);

    printk(KERN_EMERG "\nHello\n");  

    return 0;

}

static void spinlock_exit(void)

{

     printk(KERN_EMERG"\nGoodbye\n");    

}

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module_init(spinlock_init);

module_exit(spinlock_exit);

2．3．2 運行結果

2．4 如果不打開spin_lock調試功能

       如果不打開spin_lock調試功能，則檢測不到自旋鎖未初始化錯誤。

2．4．1實驗代碼      

測試代碼與2．2．1實驗代碼同。

2．4．2實驗結果

       測試結果與2．3．2 運行結果同。

2．5 檢測兩次解開同一鎖        2．5．1 關閉此功能

       即在”kernel hacking”中不選擇“spinlock debugging”，看能否檢測兩次解開同一鎖的錯誤。

      ●測試代碼

       //spinlock.c

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include  <linux/spinlock.h>

unsigned char aa;

   spinlock_t SpinLockTest ;

static int spinlock_init(void)

{

       int i;

       unsigned long flags;

       spin_lock_init(&SpinLockTest);

        spin_lock_irqsave(&SpinLockTest, flags);

        aa =1;

       spin_unlock_irqrestore(&SpinLockTest, flags);

        spin_unlock_irqrestore(&SpinLockTest, flags);

    printk(KERN_EMERG "\nHello\n");  

    return 0;

}

static void spinlock_exit(void)

{

       printk(KERN_EMERG"\nGoodbye\n")；     

}

module_init(spinlock_init);

module_exit(spinlock_exit);

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檢測不到此錯誤！

2．5．2 打開此功能

       即在”kernel hacking”中選擇“spinlock debugging”，看能否檢測兩次解開同一鎖的錯誤。

      ●測試代碼

       //spinlock.c

#include <linux/init.h>

#include <linux/module.h>

#include  <linux/spinlock.h>

unsigned char aa;

   spinlock_t SpinLockTest ;

static int spinlock_init(void)

{

       int i;

       unsigned long flags;

       spin_lock_init(&SpinLockTest);

        spin_lock_irqsave(&SpinLockTest, flags);

        aa =1;

       spin_unlock_irqrestore(&SpinLockTest, flags);

        spin_unlock_irqrestore(&SpinLockTest, flags);

    printk(KERN_EMERG "\nHello\n");  

    return 0;

}

static void spinlock_exit(void)

{

       printk(KERN_EMERG"\nGoodbye\n")；     

}

module_init(spinlock_init);

module_exit(spinlock_exit);

●運行結果

檢測到了此錯誤！