From 3d4a1bee6aa20070395b7446d3b6ff4079e69c2b Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Austin Date: Fri, 5 Aug 2022 02:13:33 +0000 Subject: [PATCH] update zh-cn/device-dev/kernel/kernel-mini-memory-debug.md. Signed-off-by: Austin23 --- .../kernel/kernel-mini-memory-debug.md | 334 +++++++++++++++++- 1 file changed, 331 insertions(+), 3 deletions(-) diff --git a/zh-cn/device-dev/kernel/kernel-mini-memory-debug.md b/zh-cn/device-dev/kernel/kernel-mini-memory-debug.md index 625990100c..fab4a6266d 100644 --- a/zh-cn/device-dev/kernel/kernel-mini-memory-debug.md +++ b/zh-cn/device-dev/kernel/kernel-mini-memory-debug.md @@ -4,8 +4,336 @@ 内存调测方法旨在辅助定位动态内存相关问题，提供了基础的动态内存池信息统计手段，向用户呈现内存池水线、碎片率等信息；提供了内存泄漏检测手段，方便用户准确定位存在内存泄漏的代码行，也可以辅助分析系统各个模块内存的使用情况；提供了踩内存检测手段，可以辅助定位越界踩内存的场景。 -- **[内存信息统计](kernel-mini-memory-debug-mes.md)** +## 内存信息统计 -- **[内存泄漏检测](kernel-mini-memory-debug-det.md)** -- **[踩内存检测](kernel-mini-memory-debug-cet.md)** \ No newline at end of file +### 基础概念 + +内存信息包括内存池大小、内存使用量、剩余内存大小、最大空闲内存、内存水线、内存节点数统计、碎片率等。 + +- 内存水线：即内存池的最大使用量，每次申请和释放时，都会更新水线值，实际业务可根据该值，优化内存池大小； + +- 碎片率：衡量内存池的碎片化程度，碎片率高表现为内存池剩余内存很多，但是最大空闲内存块很小，可以用公式（fragment=100-100\*最大空闲内存块大小/剩余内存大小）来度量； + +- 其他参数：通过调用接口（详见[内存管理](../kernel/kernel-mini-basic-memory-basic.md)章节接口说明），扫描内存池的节点信息，统计出相关信息。 + + +### 功能配置 + +LOSCFG_MEM_WATERLINE：开关宏，默认打开；若关闭这个功能，在target_config.h中将这个宏定义为0。如需获取内存水线，需要打开该配置。 + + +### 开发指导 + + +#### 开发流程 + +关键结构体介绍： + + +``` +typedef struct { + UINT32 totalUsedSize; // 内存池的内存使用量 + UINT32 totalFreeSize; // 内存池的剩余内存大小 + UINT32 maxFreeNodeSize; // 内存池的最大空闲内存块大小 + UINT32 usedNodeNum; // 内存池的非空闲内存块个数 + UINT32 freeNodeNum; // 内存池的空闲内存块个数 +#if (LOSCFG_MEM_WATERLINE == 1) // 默认打开，如需关闭，在target_config.h中将该宏设置为0 + UINT32 usageWaterLine; // 内存池的水线值 +#endif +} LOS_MEM_POOL_STATUS; +``` + +- 内存水线获取：调用LOS_MemInfoGet接口，第1个参数是内存池首地址，第2个参数是LOS_MEM_POOL_STATUS类型的句柄，其中字段usageWaterLine即水线值。 + +- 内存碎片率计算：同样调用LOS_MemInfoGet接口，可以获取内存池的剩余内存大小和最大空闲内存块大小，然后根据公式（fragment=100-100\*最大空闲内存块大小/剩余内存大小）得出此时的动态内存池碎片率。 + + +#### 编程实例 + +本实例实现如下功能： + +1.创建一个监控任务，用于获取内存池的信息； + +2.调用LOS_MemInfoGet接口，获取内存池的基础信息； + +3.利用公式算出使用率及碎片率。 + + +#### 示例代码 + + 代码实现如下： + +``` +#include +#include +#include "los_task.h" +#include "los_memory.h" +#include "los_config.h" + + +void MemInfoTaskFunc(void) +{ + LOS_MEM_POOL_STATUS poolStatus = {0}; + + /* pool为要统计信息的内存地址，此处以OS_SYS_MEM_ADDR为例 */ + void *pool = OS_SYS_MEM_ADDR; + LOS_MemInfoGet(pool, &poolStatus); + /* 算出内存池当前的碎片率百分比 */ + unsigned char fragment = 100 - poolStatus.maxFreeNodeSize * 100 / poolStatus.totalFreeSize; + /* 算出内存池当前的使用率百分比 */ + unsigned char usage = LOS_MemTotalUsedGet(pool) * 100 / LOS_MemPoolSizeGet(pool); + printf("usage = %d, fragment = %d, maxFreeSize = %d, totalFreeSize = %d, waterLine = %d\n", usage, fragment, poolStatus.maxFreeNodeSize, + poolStatus.totalFreeSize, poolStatus.usageWaterLine); +} + +int MemTest(void) +{ + unsigned int ret; + unsigned int taskID; + TSK_INIT_PARAM_S taskStatus = {0}; + taskStatus.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)MemInfoTaskFunc; + taskStatus.uwStackSize = 0x1000; + taskStatus.pcName = "memInfo"; + taskStatus.usTaskPrio = 10; + ret = LOS_TaskCreate(&taskID, &taskStatus); + if (ret != LOS_OK) { + printf("task create failed\n"); + return -1; + } + return 0; +} +``` + + +#### 结果验证 + +编译运行输出的结果如下： + + +``` +usage = 22, fragment = 3, maxFreeSize = 49056, totalFreeSize = 50132, waterLine = 1414 +``` +## 内存泄漏检测 + + +### 基础概念 + +内存泄漏检测机制作为内核的可选功能，用于辅助定位动态内存泄漏问题。开启该功能，动态内存机制会自动记录申请内存时的函数调用关系（下文简称LR）。如果出现泄漏，就可以利用这些记录的信息，找到内存申请的地方，方便进一步确认。 + + +### 功能配置 + +1. LOSCFG_MEM_LEAKCHECK：开关宏，默认关闭；若打开这个功能，在target_config.h中将这个宏定义为1。 + +2. LOSCFG_MEM_RECORD_LR_CNT：记录的LR层数，默认3层；每层LR消耗sizeof(void \*)字节数的内存。 + +3. LOSCFG_MEM_OMIT_LR_CNT：忽略的LR层数，默认4层，即从调用LOS_MemAlloc的函数开始记录，可根据实际情况调整。为啥需要这个配置？有3点原因如下： + - LOS_MemAlloc接口内部也有函数调用； + - 外部可能对LOS_MemAlloc接口有封装； + - LOSCFG_MEM_RECORD_LR_CNT 配置的LR层数有限； + +正确配置这个宏，将无效的LR层数忽略，就可以记录有效的LR层数，节省内存消耗。 + + +### 开发指导 + + +#### 开发流程 + +该调测功能可以分析关键的代码逻辑中是否存在内存泄漏。开启这个功能，每次申请内存时，会记录LR信息。在需要检测的代码段前后，调用LOS_MemUsedNodeShow接口，每次都会打印指定内存池已使用的全部节点信息，对比前后两次的节点信息，新增的节点信息就是疑似泄漏的内存节点。通过LR，可以找到具体申请的代码位置，进一步确认是否泄漏。 + +调用LOS_MemUsedNodeShow接口输出的节点信息格式如下：每1行为一个节点信息；第1列为节点地址，可以根据这个地址，使用GDB等手段查看节点完整信息；第2列为节点的大小，等于节点头大小+数据域大小；第3~5列为函数调用关系LR地址，可以根据这个值，结合汇编文件，查看该节点具体申请的位置。 + + +``` +node size LR[0] LR[1] LR[2] +0x10017320: 0x528 0x9b004eba 0x9b004f60 0x9b005002 +0x10017848: 0xe0 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0 +0x10017928: 0x50 0x9b008ed0 0x9b068902 0x9b0687c4 +0x10017978: 0x24 0x9b008ed0 0x9b068924 0x9b0687c4 +0x1001799c: 0x30 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0 +0x100179cc: 0x5c 0x9b02c24e 0x9b02c246 0x9b008ef0 +``` + +> ![icon-caution.gif](public_sys-resources/icon-caution.gif) **注意：** +> 开启内存检测会影响内存申请的性能，且每个内存节点都会记录LR地址，内存开销也加大。 + + +#### 编程实例 + +本实例实现如下功能：构建内存泄漏代码段。 + +1. 调用LOS_MemUsedNodeShow接口，输出全部节点信息打印； + +2. 申请内存，但没有释放，模拟内存泄漏； + +3. 再次调用LOS_MemUsedNodeShow接口，输出全部节点信息打印； + +4. 将两次log进行对比，得出泄漏的节点信息； + +5. 通过LR地址，找出泄漏的代码位置； + + +#### 示例代码 + +代码实现如下： + + +``` +#include +#include +#include "los_memory.h" +#include "los_config.h" + +void MemLeakTest(void) +{ + LOS_MemUsedNodeShow(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); + void *ptr1 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); + void *ptr2 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); + LOS_MemUsedNodeShow(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); +} +``` + + +#### 结果验证 + +编译运行输出log如下： + + +``` +node size LR[0] LR[1] LR[2] +0x20001b04: 0x24 0x08001a10 0x080035ce 0x080028fc +0x20002058: 0x40 0x08002fe8 0x08003626 0x080028fc +0x200022ac: 0x40 0x08000e0c 0x08000e56 0x0800359e +0x20002594: 0x120 0x08000e0c 0x08000e56 0x08000c8a +0x20002aac: 0x56 0x08000e0c 0x08000e56 0x08004220 + +node size LR[0] LR[1] LR[2] +0x20001b04: 0x24 0x08001a10 0x080035ce 0x080028fc +0x20002058: 0x40 0x08002fe8 0x08003626 0x080028fc +0x200022ac: 0x40 0x08000e0c 0x08000e56 0x0800359e +0x20002594: 0x120 0x08000e0c 0x08000e56 0x08000c8a +0x20002aac: 0x56 0x08000e0c 0x08000e56 0x08004220 +0x20003ac4: 0x1d 0x08001458 0x080014e0 0x080041e6 +0x20003ae0: 0x1d 0x080041ee 0x08000cc2 0x00000000 +``` + +对比两次log，差异如下，这些内存节点就是疑似泄漏的内存块： + + +``` +0x20003ac4: 0x1d 0x08001458 0x080014e0 0x080041e6 +0x20003ae0: 0x1d 0x080041ee 0x08000cc2 0x00000000 +``` + +部分汇编文件如下: + + +``` + MemLeakTest: + 0x80041d4: 0xb510 PUSH {R4, LR} + 0x80041d6: 0x4ca8 LDR.N R4, [PC, #0x2a0] ; g_memStart + 0x80041d8: 0x0020 MOVS R0, R4 + 0x80041da: 0xf7fd 0xf93e BL LOS_MemUsedNodeShow ; 0x800145a + 0x80041de: 0x2108 MOVS R1, #8 + 0x80041e0: 0x0020 MOVS R0, R4 + 0x80041e2: 0xf7fd 0xfbd9 BL LOS_MemAlloc ; 0x8001998 + 0x80041e6: 0x2108 MOVS R1, #8 + 0x80041e8: 0x0020 MOVS R0, R4 + 0x80041ea: 0xf7fd 0xfbd5 BL LOS_MemAlloc ; 0x8001998 + 0x80041ee: 0x0020 MOVS R0, R4 + 0x80041f0: 0xf7fd 0xf933 BL LOS_MemUsedNodeShow ; 0x800145a + 0x80041f4: 0xbd10 POP {R4, PC} + 0x80041f6: 0x0000 MOVS R0, R0 +``` + +其中，通过查找0x080041ee，就可以发现该内存节点是在MemLeakTest接口里申请的且是没有释放的。 + +## 踩内存检测 + + +### 基础概念 + +踩内存检测机制作为内核的可选功能，用于检测动态内存池的完整性。通过该机制，可以及时发现内存池是否发生了踩内存问题，并给出错误信息，便于及时发现系统问题，提高问题解决效率，降低问题定位成本。 + + +### 功能配置 + +LOSCFG_BASE_MEM_NODE_INTEGRITY_CHECK：开关宏，默认关闭；若打开这个功能，在target_config.h中将这个宏定义为1。 + +1. 开启这个功能，每次申请内存，会实时检测内存池的完整性。 + +2. 如果不开启该功能，也可以调用LOS_MemIntegrityCheck接口检测，但是每次申请内存时，不会实时检测内存完整性，而且由于节点头没有魔鬼数字（开启时才有，省内存），检测的准确性也会相应降低，但对于系统的性能没有影响，故根据实际情况开关该功能。 + +由于该功能只会检测出哪个内存节点被破坏了，并给出前节点信息（因为内存分布是连续的，当前节点最有可能被前节点破坏）。如果要进一步确认前节点在哪里申请的，需开启内存泄漏检测功能，通过LR记录，辅助定位。 + +> ![icon-caution.gif](public_sys-resources/icon-caution.gif) **注意：** +> 开启该功能，节点头多了魔鬼数字字段，会增大节点头大小。由于实时检测完整性，故性能影响较大；若性能敏感的场景，可以不开启该功能，使用LOS_MemIntegrityCheck接口检测。 + + +### 开发指导 + + +#### 开发流程 + +通过调用LOS_MemIntegrityCheck接口检测内存池是否发生了踩内存，如果没有踩内存问题，那么接口返回0且没有log输出；如果存在踩内存问题，那么会输出相关log，详见下文编程实例的结果输出。 + + +#### 编程实例 + +本实例实现如下功能： + +1. 申请两个物理上连续的内存块； + +2. 通过memset构造越界访问，踩到下个节点的头4个字节； + +3. 调用LOS_MemIntegrityCheck检测是否发生踩内存。 + + +#### 示例代码 + +代码实现如下： + + +``` +#include +#include +#include "los_memory.h" +#include "los_config.h" + +void MemIntegrityTest(void) +{ + /* 申请两个物理连续的内存块 */ + void *ptr1 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); + void *ptr2 = LOS_MemAlloc(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR, 8); + /* 第一个节点内存块大小是8字节，那么12字节的清零，会踩到第二个内存节点的节点头，构造踩内存场景 */ + memset(ptr1, 0, 8 + 4); + LOS_MemIntegrityCheck(LOSCFG_SYS_HEAP_ADDR); +} +``` + + +#### 结果验证 + +编译运行输出log如下： + + +``` +[ERR][OsMemMagicCheckPrint], 2028, memory check error! +memory used but magic num wrong, magic num = 0x00000000 /* 提示信息，检测到哪个字段被破坏了，用例构造了将下个节点的头4个字节清零，即魔鬼数字字段 */ + + broken node head: 0x20003af0 0x00000000 0x80000020, prev node head: 0x20002ad4 0xabcddcba 0x80000020 +/* 被破坏节点和其前节点关键字段信息，分别为其前节点地址、节点的魔鬼数字、节点的sizeAndFlag；可以看出被破坏节点的魔鬼数字字段被清零，符合用例场景 */ + + broken node head LR info: /* 节点的LR信息需要开启内存检测功能才有有效输出 */ + LR[0]:0x0800414e + LR[1]:0x08000cc2 + LR[2]:0x00000000 + + pre node head LR info: /* 通过LR信息，可以在汇编文件中查找前节点是哪里申请，然后排查其使用的准确性 */ + LR[0]:0x08004144 + LR[1]:0x08000cc2 + LR[2]:0x00000000 +[ERR]Memory interity check error, cur node: 0x20003b10, pre node: 0x20003af0 /* 被破坏节点和其前节点的地址 */ +``` -- GitLab