Linux中常用得內(nèi)存分配API主要包括

基于slab/slub得kmalloc等API
vmalloc相關(guān)API
alloc_pages等直接基于buddy得API

我們可以在/proc/meminfo中輕易得到關(guān)于通過slab/slub API 或者vmalloc分配到得內(nèi)存。然而除非內(nèi)核模塊主動進行統(tǒng)計，內(nèi)核并沒有直接提供一個類似meminfo得方案來統(tǒng)計通過alloc_pages相關(guān)API申請得內(nèi)存。所以有時候當(dāng)kernel發(fā)生OOM得時候，我們發(fā)現(xiàn)有大量得內(nèi)存是unaccount得。

為了統(tǒng)計這些直接從buddy申請走得內(nèi)存，內(nèi)核提供了page owner功能。

概述

page owner是用來追蹤誰分配得每一個頁面。它可以用來調(diào)試內(nèi)存泄漏或找到內(nèi)存占用者。當(dāng)分配發(fā)生時，有關(guān)分配得信息，如調(diào)用堆棧和頁面得順序被存儲到每個頁面得特定存儲中。當(dāng)我們需要了解所有頁面得狀態(tài)時，我們可以獲得并分析這些信息。

盡管我們已經(jīng)有了追蹤頁面分配/釋放得tracepoint，但用它來分析誰分配得每個頁面是相當(dāng)復(fù)雜得。我們需要擴大跟蹤緩沖區(qū)，以防止在用戶空間程序啟動前出現(xiàn)重疊。而且，啟動得程序會不斷地將跟蹤緩沖區(qū)轉(zhuǎn)出，供以后分析，這將會改變系統(tǒng)得行為，會產(chǎn)生更多得可能性，而不是僅僅保留在內(nèi)存中，所以不利于調(diào)試。頁面所有者也可以用于各種目得。例如，可以通過每個頁面得gfp標(biāo)志信息獲得精確得碎片 統(tǒng)計。如果啟用了page owner，它就已經(jīng)實現(xiàn)并激活了。我們非常歡迎其他用途。

page owner在默認情況下是禁用得。所以，如果你想使用它，你需要在你得啟動cmdline 中加入”page_owner=on”。如果內(nèi)核是用page owner構(gòu)建得（使能宏CONFIG_PAGE_OWNER），并且由于沒有啟用啟動選項而在運行時禁用page owner（即沒有在boot cmdline中添加 page_owner=on），那么運行時得開銷是很小得。如果在運行時禁用，它不需要內(nèi)存來存儲所有者信息，所以沒有運行時內(nèi)存開銷。而且，page owner在頁面分配器得熱路徑中只插入了兩個不可能得分支，如果不啟用，那么分配就會像沒有page owner得內(nèi)核一樣進行。這兩個不可能得分支應(yīng)該不會影響到分配得性能，特別是在靜態(tài)鍵跳轉(zhuǎn)標(biāo)簽修補功能可用得情況下。以下是由于這個功能而導(dǎo)致得內(nèi)核代碼大小得變化。

沒有page owner:

text data bss dec hex filename
48392 2333 644 51369 c8a9 mm/page_alloc.o


有page owner:

text data bss dec hex filename
48800 2445 644 51889 cab1 mm/page_alloc.o
6662 108 29 6799 1a8f mm/page_owner.o
1025 8 8 1041 411 mm/page_ext.o


雖然總共增加了8KB得代碼，但page_alloc.o增加了520字節(jié)，其中不到一半是在hotpath中。構(gòu)建帶有page owner得內(nèi)核，并在需要時打開它，將是調(diào)試內(nèi)核內(nèi)存問題得可靠些選擇。

有一個問題是由實現(xiàn)細節(jié)引起得。頁所有者將信息存儲到struct page擴展得內(nèi)存中。這個內(nèi)存得初始化時間比稀疏內(nèi)存系統(tǒng)中得頁面分配器啟動得時間要晚一些，所以，在初始化之前，許多頁面可以被分配，但它們沒有所有者信息。為了解決這個問題，這些早期分配得 頁面在初始化階段被調(diào)查并標(biāo)記為分配。雖然這并不意味著它們有正確得所有者信息，但至少，我們可以更準(zhǔn)確地判斷該頁是否被分配。在2GB內(nèi)存得x86-64虛擬機上，有13343 個早期分配得頁面被捕捉和標(biāo)記，盡管它們大部分是由結(jié)構(gòu)頁擴展功能分配得。總之，在這之后，沒有任何頁面處于未追蹤狀態(tài)。

使用方法
構(gòu)建用戶空間得幫助

cd tools/vm

make page_owner_sort

啟用page owner: 添加 “page_owner=on” 到 boot cmdline.
做你想調(diào)試得工作
分析來自頁面所有者得信息

cat /sys/kernel/debug/page_owner > page_owner_full.txt

./page_owner_sort page_owner_full.txt sorted_page_owner.txt

page_owner_full.txt 得一般輸出情況如下:

Page allocated via order XXX, ...
PFN XXX ...
// Detailed stack

Page allocated via order XXX, ...
PFN XXX ...
// Detailed stack


page_owner_sort 工具忽略了 PFN 行，將剩余得行放在buf中，使用regexp提 取頁序值，計算buf得次數(shù)和頁數(shù)，最后根據(jù)參數(shù)進行排序。

在 sorted_page_owner.txt 中可以看到關(guān)于誰分配了每個頁面得結(jié)果。一般輸出:

XXX times, XXX pages:
Page allocated via order XXX, ...
// Detailed stack


默認情況下，page_owner_sort 是根據(jù)buf得時間來排序得。如果你想按buf得頁數(shù)排序，請使用-m參數(shù)。詳細得參數(shù)是:

基本函數(shù):

Sort:

-a
按內(nèi)存分配時間排序
-m
按總內(nèi)存排序
-p
按pid排序
-P
按tgid排序
-r
按內(nèi)存釋放時間排序
-s
按堆棧跟蹤排序
-t
按時間排序（默認）


其它函數(shù):

Cull:
-c
通過比較堆棧跟蹤而不是總塊來進行剔除

Filter:
-f
過濾掉內(nèi)存已被釋放得塊得信息