评估内存使用情况

Linux 使用虚拟内存系统。因此,用户程序访问的地址并不直接对应硬件使用的物理地址。虚拟内存引入了一层间接机制,允许程序分配超出物理可用内存的额外内存。内存管理的实现涵盖以下方面:

管理内存中的物理页
用于以大块分配内存的伙伴(buddy)系统
用于分配较小内存块的 slab、slub 和 slob 分配器
用于分配非连续内存块的 vmalloc 机制
进程的地址空间

/proc 文件系统

/proc 文件系统提供以下文件:

/proc/meminfo

此文件提供有关内存分布和使用情况的信息。

要查看此文件的内容,请运行以下命令:

cat /proc/meminfo

示例输出:

MemTotal:        3813532 kB
MemFree:          624836 kB
MemAvailable:    2098008 kB
Buffers:           40416 kB
Cached:          1484320 kB
SwapCached:            0 kB
Active:          1334816 kB
.
.
.
.
NFS_Unstable:          0 kB
Bounce:                0 kB
WritebackTmp:          0 kB
CommitLimit:     2431048 kB
Committed_AS:   99995284 kB
VmallocTotal:  258867136 kB
VmallocUsed:           0 kB
VmallocChunk:          0 kB
CmaTotal:         163840 kB
CmaFree:            1368 kB

有关此文件中可用参数的更多信息,请参阅 /proc 文件系统。

/proc/vmstat

此文件显示来自内核的详细虚拟内存统计信息。大多数统计信息仅在您于 init/Kconfig 文件中启用 CONFIG_VM_EVENT_COUNTERS 选项后才可用。

要查看此文件的内容,请运行以下命令:

cat /proc/vmstat

示例输出:

nr_free_pages 156290
nr_alloc_batch 132
nr_inactive_anon 108
nr_active_anon 165006
nr_inactive_file 212275
nr_active_file 168709
nr_unevictable 64
nr_mlock 64
nr_anon_pages 164982
nr_mapped 90366
nr_file_pages 381184:
:
unevictable_pgs_mlocked 0
unevictable_pgs_munlocked 0
unevictable_pgs_cleared 0
unevictable_pgs_stranded 0
unevictable_pgs_mlockfreed 0

有关此文件中可用参数的更多信息,请参阅 Linux 手册页。

/proc/iomem

此文件显示系统中各种设备驱动程序的内存映射。

要查看此文件的内容,请运行以下命令:

cat /proc/iomem

示例输出:

007781b8-007791b7 : vmpm
010aa000-010abfff : tsens_physical
010ac000-010ac003 : pshold-base
010ad000-010aefff : tsens_physical
01680000-0168ffff : /soc/arm,smmu-anoc1@1680000
016c0000-016fffff : /soc/arm,smmu-anoc2@16c0000
01d0101c-01d0101f : sp2soc_irq_status
01d01024-01d01027 : sp2soc_irq_clr
01d01028-01d0102b : sp2soc_irq_mask
.
.
.
0caa0000-0caa3fff : jpeg_hw
0caa4000-0caa47ff : fd_core
0caa5000-0caa53ff : fd_misc
0cd00000-0cd3ffff : /soc/arm,smmu-mmss@cd00000
17817000-17817fff : msm-watchdog
17900000-1790dfff : msm-gladiator-erp
80000000-857fffff : System RAM
80080000-817fffff : Kernel code
82330000-82945fff : Kernel data
88f00000-8aafffff : System RAM
95300000-17e3bffff : System RAM

/proc/vmallocinfo

此文件显示通过 vmalloc 或 ioremap 进行的虚拟地址分配的详细信息。

要查看此文件的内容,请运行以下命令:

cat /proc/vmallocinfo

示例输出:

0xbf000000-0xbf002000     8192            module_alloc_update_bounds+0xc/0x5c     pages=1 vmalloc
0xbf004000-0xbf008000     16384          module_alloc_update_bounds+0xc/0x5c     pages=3 vmalloc
0xee800000-0xef800000    16777216   iotable_init+0x0/0xb0   phys=36800000   ioremap
0xf0000000-0xf0002000     8192            of_iomap+0x30/0x38   ioremap
0xf0002000-0xf0004000     8192            of_iomap+0x30/0x38   ioremap
0xf0004000-0xf000c000     32768          gen_pool_add_virt+0x48/0xb8   pages= 7    vmalloc
0xf000c000-0xf000e000     8192            msm_pm_setup_saved_state+0xcc/0x1bc   ioremap
………………………
0xf0174000-0xf0176000    8192            msm_cpu_status_probe+0xd8/0x20c   ioremap
0xf0f24000-0xf0f28000      16384         _kgsl_sharedmem_page_alloc+0xa0/0x41c   pages=3   vmalloc
0xf0f39000-0xf0f3e000      20480         _kgsl_sharedmem_page_alloc+0xa0/0x41c   pages=4   vmalloc
0xf0f61000-0xf0f66000      20480         _kgsl_sharedmem_page_alloc+0xa0/0x41c   pages=4   vmalloc
……….
0xfa400000-0xfa600000    2097152     iotable_init+0x0/0xb0 phys=fa00000    ioremap
0xfa71e000-0xfa71f000     4096            iotable_init+0x0/0xb0 phys=f991e000     ioremap
0xfefd8000-0xff000000     163840        pcpu_get_vm_areas+0x0/0x56c  vmalloc

memblock 接口

debugfs 文件系统上的 memblock 接口提供系统中可用和保留内存区域的详细信息。该接口提供以下文件:

/sys/kernel/debug/memblock/memory

此文件提供 Linux 内核可见的所有可用内存区域(HLOS 和非 HLOS)的信息。要确定内核可访问的总内存,请计算每个区域起始地址与结束地址之间的差值,并将这些值求和以得到已占用的 RAM 总量。剩余的内存(即设备 RAM 大小与已占用 RAM 之间的差值)为非 HLOS 内存,或被其他子系统占用的内存。

要查看此文件的内容,请运行以下命令:

cat /sys/kernel/debug/memblock/memory

示例输出:

0x0000000080000000..0x00000000857fffff

0x0000000088f00000..0x000000008aafffff

0x0000000095300000..0x000000017e3bffff

/sys/kernel/debug/memblock/reserved

此文件提供系统中所有保留内存区域的信息。

要查看此文件的内容,请运行以下命令:

cat /sys/kernel/debug/memblock/reserved

示例输出:

0x0000000080080000..0x0000000082944fff
0x0000000083200000..0x0000000083259bb4
0x0000000083400000..0x00000000839506c9
0x00000000f5800000..0x00000000ffbfffff
0x00000000ffff7000..0x00000000ffffefff
0x00000000ffffff40..0x00000000ffffff77
0x00000000ffffff80..0x00000000ffffffb7
0x00000000ffffffc0..0x00000000fffffff7
0x0000000179258000..0x000000017d9fffff
0x000000017da17000..0x000000017da1ffff
0x000000017da20e00..0x000000017da26fff
0x000000017da27300..0x000000017da2735f
0x000000017da27380..0x000000017da273df
0x000000017da27400..0x000000017da2755f
0x000000017da27580..0x000000017da27587
0x000000017da275c0..0x000000017da275c7
0x000000017da29600..0x000000017da29924
0x000000017da29940..0x000000017da29c64
0x000000017da29c80..0x000000017da29fa4
0x000000017da29fac..0x000000017da2a3f8
0x000000017da2a3fc..0x000000017da2a42e
0x000000017da2a430..0x000000017da2a45e
0x000000017da2a460..0x000000017e3bffff

调试内存泄漏问题

要调试内核内存泄漏问题,请启用以下配置选项:

CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK=y
CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_MEM_POOL_SIZE=4000
CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK_DEFAULT_OFF=y

默认情况下,一个内核线程每 10 分钟扫描一次内存,并打印发现的新的未被引用对象的数量。例如,

unreferenced object 0xec26f000 (size 4096):

comm "Binder_2", pid 4592, jiffies 8848 (age 336.710s)

hex dump (first 32 bytes):

ec 4d f8 c0 02 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 .M..............

00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................

backtrace:

[<c0126f70>] kmem_cache_alloc_trace+0x17c/0x238

[<c03059c4>] ddl_client_transact+0xd0/0x158

[<c0314a3c>] ddl_open+0x4c/0x194

[<c0302288>] vcd_init_client_context+0x14/0x9c

[<c02ffd10>] vcd_open_in_ready+0x3c/0x94

[<c02fd31c>] vcd_open+0x214/0x274

[<c031b244>] vid_dec_open_client+0x1d0/0x288

[<c031b3ac>] vid_dec_open+0x30/0x7c

[<c012ff70>] chrdev_open+0x10c/0x134

[<c012aa7c>] __dentry_open.isra.12+0x190/0x29c

[<c0138a78>] do_last.isra.29+0x690/0x6c0

[<c0138c70>] path_openat+0xb8/0x35c

[<c0138ff4>] do_filp_open+0x2c/0x78

[<c012b7a0>] do_sys_open+0xd8/0x170

[<c000df20>] ret_fast_syscall+0x0/0x30

[<ffffffff>] 0xffffffff

通过在内核命令行上传递 KMEMLEAK=off,可以在启动时禁用 KMEMLEAK 选项。有关 kmemleak.txt 文件的更多信息,请参阅内核文档。以下额外的内核配置选项可用于跟踪每个内存页的分配者:

CONFIG_PAGE_OWNER
CONFIG_PAGE_OWNER_ENABLE_DEFAULT
CONFIG_PAGE_EXTENSION

启用这些选项有助于识别多次分配的情况,这可能表明存在内存泄漏问题。

识别内存损坏问题

启用以下内核配置选项以识别内存损坏问题:

CONFIG_PAGE_POISONING
CONFIG_SLUB_DEBUG_ON
CONFIG_DEBUG_LIST
CONFIG_SLUB_DEBUG

示例日志:

BUG <slab cache affected>: <What went wrong>
-----------------------------------------------
INFO: <corruption start>-<corruption_end> <more info>
INFO: Slab <address> <slab information>
INFO: Object <address> <object information>
INFO: Allocated in <kernel function> age=<jiffies since alloc> cpu=<allocated by cpu> pid=<pid of the process>
INFO: Freed in <kernel function> age=<jiffies since free> cpu=<freed by cpu> pid=<pid of the process>

有关 slub 调试的更多信息,请参阅内核文档中提供的 Documentation/vm/slub.txt 文件。

内存不足

当系统无法分配页面时,内核日志会显示类似以下的消息:

<4>[12146.861355] Thread-430: page allocation failure: order:0, mode:0x10d2

<CALL STACK>

<4>[12146.951687] Mem-info:

<4>[12146.953909] Normal per-cpu:

<4>[12146.956686] CPU 0: hi: 186, btch: 31 usd: 61

<4>[12146.961489] CPU 1: hi: 186, btch: 31 usd: 0

<4>[12146.966235] HighMem per-cpu:

<4>[12146.969122] CPU 0: hi: 186, btch: 31 usd: 54

<4>[12146.973877] CPU 1: hi: 186, btch: 31 usd: 0

…….

<4>[12147.010770] Normal free:53192kB min:3508kB low:4384kB high:5260kB ……..

<4>[12147.050805] lowmem_reserve[]: 0 9022 9022

<4>[12147.054610] HighMem free:153360kB min:512kB low:1824kB high:3140kB ………

<4>[12147.095453] lowmem_reserve[]: 0 0 0

<4>[12147.098617] Normal: 118*4kB 232*8kB 161*16kB 110*32kB 34*64kB 9*128kB 10*256kB 6*512kB 7*1024kB 6*2048kB 4*4096kB = 53224kB

<4>[12147.115455] HighMem: 2774*4kB 11769*8kB 3005*16kB 1*32kB 0*64kB 0*128kB 0*256kB 0*512kB 0*1024kB 0*2048kB 0*4096kB = 153360kB

………………

这些消息表明系统无法分配所请求的页面。日志消息的第一行提供了有关内存不足问题的若干详细信息。例如,在以下日志中:

<4>[1214.855361] Thread-4: page allocation failure: order:2, mode:0x10d2

order:表示页面的大小。在此示例中,2 ² x PAGE_SIZE(4 K)= 16 K
- Linux 使用以 2 的幂分配页面的伙伴分配器。
  - 伙伴分配器的最大大小为 order 10 = 2 ¹⁰ x 4 kB = 4 MB。
  - 对于 > 4 MB 的分配,请使用替代分配方法,例如连续内存分配器(CMA)。
- 对于高阶(higher-order)分配失败,请检查内存是否可以在虚拟上连续,而不必在物理上连续。
mode:表示所请求页面的类型
- mode 提供有关获取空闲页(GFP)标志的信息。在此示例中,mode 为 0x10d2。
- mode 是对分配中所有 GFP 标志执行 OR 运算的结果。

系统中可用的页面:页面分配失败消息会打印系统中可用页面大小的详细信息。

Normal: 118*4kB 232*8kB 161*16kB 110*32kB 34*64kB 9*128kB 10*256kB 6*512kB 7*1024kB 6*2048kB 4*4096kB = 53224kB
HighMem: 2774*4kB 11769*8kB 3005*16kB 1*32kB 0*64kB 0*128kB 0*256kB 0*512kB 0*1024kB 0*2048kB 0*4096kB = 153360kB

IOMMU 页面错误

输入输出内存管理单元(IOMMU),也称为系统内存管理单元(SMMU),代表没有自己 MMU 的子系统执行内存管理功能。 IOMMU 硬件模块允许物理上非连续的页面支持虚拟上连续的内存。IOMMU 中的内存转换逻辑与 CPU MMU 中的逻辑相同。 IOMMU 页面错误是最常见的 IOMMU 问题。当所请求的页面已在页表中映射但在内存中未找到时,会发生该错误。错误处理程序接收 IOMMU 的上下文库(context bank)实例,并转储该上下文的寄存器。以下日志表示 IOMMU 页面错误。

[ 47.228992] msm_iommu_v1: Unexpected IOMMU page fault!

[ 47.233115] msm_iommu_v1: name = mdp_iommu

[ 47.237238] msm_iommu_v1: context = mdp_0 (0)

[ 47.241507] msm_iommu_v1: Interesting registers:

[ 47.246149] msm_iommu_v1: FAR = 0000000000000000

[ 47.250970] msm_iommu_v1: PAR = 0000000000000000

[ 47.255834] msm_iommu_v1: FSR = 00000002 [TF ]

[ 47.260540] msm_iommu_v1: FSYNR0 = 000005a1 FSYNR1 = 00030005

[ 47.266528] msm_iommu_v1: TTBR0 = 0000000071a28000

[ 47.271370] msm_iommu_v1: TTBR1 = 0000000000000000

[ 47.276248] msm_iommu_v1: SCTLR = 00001043 ACTLR = 70000000

[ 47.282221] msm_iommu_v1: CBAR = 00000000 CBFRSYNRA = 00000000

[ 47.288521] msm_iommu_v1: PRRR = ff0a81a8 NMRR = 40e040e0

[ 47.294461] msm_iommu_v1: NOTE: Value actually unknown for CBAR

[ 47.300394] msm_iommu_v1: NOTE: Value actually unknown for CBFRSYNRA

[ 47.306717] msm_iommu_v1: Page table in DDR shows PA = 0

下表描述了日志消息中捕获的字段。 表:IOMMU 页面错误日志中的信息

项目	描述
`name`	导致错误的硬件模块的名称。
`FAR`	故障地址寄存器(FAR)指示发生错误的地址。
`FSR`	故障状态寄存器(FSR)指示以下内容:

转换故障(TF)

访问权限故障(APF)

停滞状态(SS)

FSR 是 IOMMU 调试中最重要的寄存器之一。该寄存器具有读/写清除(read/write-clear)访问权限。对该寄存器的读操作读取寄存器中的值,而写操作会清除写入数据中为 1 的位所对应的位,并使为 0 的位所对应的位保持不变。此过程可防止在写入寄存器以清除旧故障时意外清除新故障。该寄存器中一些有用的位如下: 表:故障状态寄存器中的位

位	描述
`[Bit 1]: TF`	转换故障(无效的页表条目)
`[Bit 2]: AFF`	访问故障
`[Bit 3]: APF`	权限故障(写入只读区域)
`[Bit 4]: TLBMF`	TLB 未命中故障
`[Bit 5]: HTWDEEF`	硬件页表遍历解码错误外部故障
`[Bit 6]: HTWSEEF`	硬件页表遍历从属错误外部故障
`[Bit 7]: MHF`	TLB 中多次命中
`[Bit 16]: SL`	二级故障(故障发生在页表的第二级)
`[Bit 30]: SS`	停滞状态
`[Bit 31]: MULTI`	多个故障

TF、APF 和 SL 标志表示正常操作,而 TLBMF、HTWDEEF、HTWSEEF 和 MHF 标志表示存在问题。

IOMMU 页表

IOMMU 页表转储在内核日志中提供来自 FAR 的故障地址和寄存器转储。该故障地址代表虚拟地址,您可以从页表中获取对应的物理地址。从页表转储中,您可以识别所请求的地址是已映射还是未映射。每个 IOMMU 域都有一个页表,转储包括每个域的页表。目前有六个域。以下是 Domain: 2 页表的示例转储。

Domain: 2 [L2 cache redirect for page tables is OFF]

0x00000000--0x0001ffff [0x00020000] [UNMAPPED]

0x00020000--0x01807fff [0x017e8000] A:0x82a8e000--0x84275fff [0x017e8000] [R/W][4K]

0x01808000--0x01939fff [0x00132000] A:0xf0c24000--0xf0d55fff [0x00132000] [R/W][4K]

0x0193a000--0x0199ffff [0x00066000] A:0xf13fa000--0xf145ffff [0x00066000] [R/W][4K]

0x019a0000--0x01e85fff [0x004e6000] A:0xf966e000--0xf9b53fff [0x004e6000] [R/W][4K]

0x01e86000--0x01ffffff [0x0017a000] [UNMAPPED]

0x02000000--0x02feffff [0x00ff0000] A:0xf5a22000--0xf6a11fff [0x00ff0000] [R/W][4K]

在此示例中,第一列代表虚拟地址,第二列代表对应的连续物理地址区域中的字节数,第三列代表物理地址。每个区域的权限也一并列出。

内存映射

有关内存映射的更多信息,请参阅最新的发行说明。

栈损坏

错误的编码逻辑访问栈中的内存位置,导致这些内存位置的值发生变化,从而造成栈损坏。栈损坏可能以以下方式发生:

由于错误的代码逻辑,程序耗尽所有栈内存并写入超出栈边界的内存,导致栈溢出。
访问越界的数组。
未定义或已释放的指针指向栈地址。
调用者函数的返回地址被损坏。

要识别栈损坏问题,请启用以下内核配置选项:

CONFIG_STACKPROTECTOR
CONFIG_STACKPROTECTOR_STRONG

内核地址消毒器(KASAN)实用工具也有助于识别某些栈损坏问题。

简介

架构

关键文档

技术

系统

发行说明

/proc 文件系统

/proc/meminfo

/proc/vmstat

/proc/iomem

/proc/vmallocinfo

memblock 接口

/sys/kernel/debug/memblock/memory

/sys/kernel/debug/memblock/reserved

调试内存泄漏问题

识别内存损坏问题

内存不足

IOMMU 页面错误

IOMMU 页表

内存映射

栈损坏

​/proc 文件系统

​/proc/meminfo

​/proc/vmstat

​/proc/iomem

​/proc/vmallocinfo

​memblock 接口

​/sys/kernel/debug/memblock/memory

​/sys/kernel/debug/memblock/reserved

​调试内存泄漏问题

​识别内存损坏问题

​内存不足

​IOMMU 页面错误

​IOMMU 页表

​内存映射

​栈损坏

/proc 文件系统

/proc/meminfo

/proc/vmstat

/proc/iomem

/proc/vmallocinfo

memblock 接口

/sys/kernel/debug/memblock/memory

/sys/kernel/debug/memblock/reserved

调试内存泄漏问题

识别内存损坏问题

内存不足

IOMMU 页面错误

IOMMU 页表

内存映射

栈损坏