mm, slub: extend slub_debug syntax for multiple blocks
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / vm / slub.rst
1 .. _slub:
2
3 ==========================
4 Short users guide for SLUB
5 ==========================
6
7 The basic philosophy of SLUB is very different from SLAB. SLAB
8 requires rebuilding the kernel to activate debug options for all
9 slab caches. SLUB always includes full debugging but it is off by default.
10 SLUB can enable debugging only for selected slabs in order to avoid
11 an impact on overall system performance which may make a bug more
12 difficult to find.
13
14 In order to switch debugging on one can add an option ``slub_debug``
15 to the kernel command line. That will enable full debugging for
16 all slabs.
17
18 Typically one would then use the ``slabinfo`` command to get statistical
19 data and perform operation on the slabs. By default ``slabinfo`` only lists
20 slabs that have data in them. See "slabinfo -h" for more options when
21 running the command. ``slabinfo`` can be compiled with
22 ::
23
24         gcc -o slabinfo tools/vm/slabinfo.c
25
26 Some of the modes of operation of ``slabinfo`` require that slub debugging
27 be enabled on the command line. F.e. no tracking information will be
28 available without debugging on and validation can only partially
29 be performed if debugging was not switched on.
30
31 Some more sophisticated uses of slub_debug:
32 -------------------------------------------
33
34 Parameters may be given to ``slub_debug``. If none is specified then full
35 debugging is enabled. Format:
36
37 slub_debug=<Debug-Options>
38         Enable options for all slabs
39
40 slub_debug=<Debug-Options>,<slab name1>,<slab name2>,...
41         Enable options only for select slabs (no spaces
42         after a comma)
43
44 Multiple blocks of options for all slabs or selected slabs can be given, with
45 blocks of options delimited by ';'. The last of "all slabs" blocks is applied
46 to all slabs except those that match one of the "select slabs" block. Options
47 of the first "select slabs" blocks that matches the slab's name are applied.
48
49 Possible debug options are::
50
51         F               Sanity checks on (enables SLAB_DEBUG_CONSISTENCY_CHECKS
52                         Sorry SLAB legacy issues)
53         Z               Red zoning
54         P               Poisoning (object and padding)
55         U               User tracking (free and alloc)
56         T               Trace (please only use on single slabs)
57         A               Enable failslab filter mark for the cache
58         O               Switch debugging off for caches that would have
59                         caused higher minimum slab orders
60         -               Switch all debugging off (useful if the kernel is
61                         configured with CONFIG_SLUB_DEBUG_ON)
62
63 F.e. in order to boot just with sanity checks and red zoning one would specify::
64
65         slub_debug=FZ
66
67 Trying to find an issue in the dentry cache? Try::
68
69         slub_debug=,dentry
70
71 to only enable debugging on the dentry cache.  You may use an asterisk at the
72 end of the slab name, in order to cover all slabs with the same prefix.  For
73 example, here's how you can poison the dentry cache as well as all kmalloc
74 slabs::
75
76         slub_debug=P,kmalloc-*,dentry
77
78 Red zoning and tracking may realign the slab.  We can just apply sanity checks
79 to the dentry cache with::
80
81         slub_debug=F,dentry
82
83 Debugging options may require the minimum possible slab order to increase as
84 a result of storing the metadata (for example, caches with PAGE_SIZE object
85 sizes).  This has a higher liklihood of resulting in slab allocation errors
86 in low memory situations or if there's high fragmentation of memory.  To
87 switch off debugging for such caches by default, use::
88
89         slub_debug=O
90
91 You can apply different options to different list of slab names, using blocks
92 of options. This will enable red zoning for dentry and user tracking for
93 kmalloc. All other slabs will not get any debugging enabled::
94
95         slub_debug=Z,dentry;U,kmalloc-*
96
97 You can also enable options (e.g. sanity checks and poisoning) for all caches
98 except some that are deemed too performance critical and don't need to be
99 debugged by specifying global debug options followed by a list of slab names
100 with "-" as options::
101
102         slub_debug=FZ;-,zs_handle,zspage
103
104 In case you forgot to enable debugging on the kernel command line: It is
105 possible to enable debugging manually when the kernel is up. Look at the
106 contents of::
107
108         /sys/kernel/slab/<slab name>/
109
110 Look at the writable files. Writing 1 to them will enable the
111 corresponding debug option. All options can be set on a slab that does
112 not contain objects. If the slab already contains objects then sanity checks
113 and tracing may only be enabled. The other options may cause the realignment
114 of objects.
115
116 Careful with tracing: It may spew out lots of information and never stop if
117 used on the wrong slab.
118
119 Slab merging
120 ============
121
122 If no debug options are specified then SLUB may merge similar slabs together
123 in order to reduce overhead and increase cache hotness of objects.
124 ``slabinfo -a`` displays which slabs were merged together.
125
126 Slab validation
127 ===============
128
129 SLUB can validate all object if the kernel was booted with slub_debug. In
130 order to do so you must have the ``slabinfo`` tool. Then you can do
131 ::
132
133         slabinfo -v
134
135 which will test all objects. Output will be generated to the syslog.
136
137 This also works in a more limited way if boot was without slab debug.
138 In that case ``slabinfo -v`` simply tests all reachable objects. Usually
139 these are in the cpu slabs and the partial slabs. Full slabs are not
140 tracked by SLUB in a non debug situation.
141
142 Getting more performance
143 ========================
144
145 To some degree SLUB's performance is limited by the need to take the
146 list_lock once in a while to deal with partial slabs. That overhead is
147 governed by the order of the allocation for each slab. The allocations
148 can be influenced by kernel parameters:
149
150 .. slub_min_objects=x           (default 4)
151 .. slub_min_order=x             (default 0)
152 .. slub_max_order=x             (default 3 (PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER))
153
154 ``slub_min_objects``
155         allows to specify how many objects must at least fit into one
156         slab in order for the allocation order to be acceptable.  In
157         general slub will be able to perform this number of
158         allocations on a slab without consulting centralized resources
159         (list_lock) where contention may occur.
160
161 ``slub_min_order``
162         specifies a minimum order of slabs. A similar effect like
163         ``slub_min_objects``.
164
165 ``slub_max_order``
166         specified the order at which ``slub_min_objects`` should no
167         longer be checked. This is useful to avoid SLUB trying to
168         generate super large order pages to fit ``slub_min_objects``
169         of a slab cache with large object sizes into one high order
170         page. Setting command line parameter
171         ``debug_guardpage_minorder=N`` (N > 0), forces setting
172         ``slub_max_order`` to 0, what cause minimum possible order of
173         slabs allocation.
174
175 SLUB Debug output
176 =================
177
178 Here is a sample of slub debug output::
179
180  ====================================================================
181  BUG kmalloc-8: Redzone overwritten
182  --------------------------------------------------------------------
183
184  INFO: 0xc90f6d28-0xc90f6d2b. First byte 0x00 instead of 0xcc
185  INFO: Slab 0xc528c530 flags=0x400000c3 inuse=61 fp=0xc90f6d58
186  INFO: Object 0xc90f6d20 @offset=3360 fp=0xc90f6d58
187  INFO: Allocated in get_modalias+0x61/0xf5 age=53 cpu=1 pid=554
188
189  Bytes b4 0xc90f6d10:  00 00 00 00 00 00 00 00 5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a ........ZZZZZZZZ
190    Object 0xc90f6d20:  31 30 31 39 2e 30 30 35                         1019.005
191   Redzone 0xc90f6d28:  00 cc cc cc                                     .
192   Padding 0xc90f6d50:  5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a 5a                         ZZZZZZZZ
193
194    [<c010523d>] dump_trace+0x63/0x1eb
195    [<c01053df>] show_trace_log_lvl+0x1a/0x2f
196    [<c010601d>] show_trace+0x12/0x14
197    [<c0106035>] dump_stack+0x16/0x18
198    [<c017e0fa>] object_err+0x143/0x14b
199    [<c017e2cc>] check_object+0x66/0x234
200    [<c017eb43>] __slab_free+0x239/0x384
201    [<c017f446>] kfree+0xa6/0xc6
202    [<c02e2335>] get_modalias+0xb9/0xf5
203    [<c02e23b7>] dmi_dev_uevent+0x27/0x3c
204    [<c027866a>] dev_uevent+0x1ad/0x1da
205    [<c0205024>] kobject_uevent_env+0x20a/0x45b
206    [<c020527f>] kobject_uevent+0xa/0xf
207    [<c02779f1>] store_uevent+0x4f/0x58
208    [<c027758e>] dev_attr_store+0x29/0x2f
209    [<c01bec4f>] sysfs_write_file+0x16e/0x19c
210    [<c0183ba7>] vfs_write+0xd1/0x15a
211    [<c01841d7>] sys_write+0x3d/0x72
212    [<c0104112>] sysenter_past_esp+0x5f/0x99
213    [<b7f7b410>] 0xb7f7b410
214    =======================
215
216  FIX kmalloc-8: Restoring Redzone 0xc90f6d28-0xc90f6d2b=0xcc
217
218 If SLUB encounters a corrupted object (full detection requires the kernel
219 to be booted with slub_debug) then the following output will be dumped
220 into the syslog:
221
222 1. Description of the problem encountered
223
224    This will be a message in the system log starting with::
225
226      ===============================================
227      BUG <slab cache affected>: <What went wrong>
228      -----------------------------------------------
229
230      INFO: <corruption start>-<corruption_end> <more info>
231      INFO: Slab <address> <slab information>
232      INFO: Object <address> <object information>
233      INFO: Allocated in <kernel function> age=<jiffies since alloc> cpu=<allocated by
234         cpu> pid=<pid of the process>
235      INFO: Freed in <kernel function> age=<jiffies since free> cpu=<freed by cpu>
236         pid=<pid of the process>
237
238    (Object allocation / free information is only available if SLAB_STORE_USER is
239    set for the slab. slub_debug sets that option)
240
241 2. The object contents if an object was involved.
242
243    Various types of lines can follow the BUG SLUB line:
244
245    Bytes b4 <address> : <bytes>
246         Shows a few bytes before the object where the problem was detected.
247         Can be useful if the corruption does not stop with the start of the
248         object.
249
250    Object <address> : <bytes>
251         The bytes of the object. If the object is inactive then the bytes
252         typically contain poison values. Any non-poison value shows a
253         corruption by a write after free.
254
255    Redzone <address> : <bytes>
256         The Redzone following the object. The Redzone is used to detect
257         writes after the object. All bytes should always have the same
258         value. If there is any deviation then it is due to a write after
259         the object boundary.
260
261         (Redzone information is only available if SLAB_RED_ZONE is set.
262         slub_debug sets that option)
263
264    Padding <address> : <bytes>
265         Unused data to fill up the space in order to get the next object
266         properly aligned. In the debug case we make sure that there are
267         at least 4 bytes of padding. This allows the detection of writes
268         before the object.
269
270 3. A stackdump
271
272    The stackdump describes the location where the error was detected. The cause
273    of the corruption is may be more likely found by looking at the function that
274    allocated or freed the object.
275
276 4. Report on how the problem was dealt with in order to ensure the continued
277    operation of the system.
278
279    These are messages in the system log beginning with::
280
281         FIX <slab cache affected>: <corrective action taken>
282
283    In the above sample SLUB found that the Redzone of an active object has
284    been overwritten. Here a string of 8 characters was written into a slab that
285    has the length of 8 characters. However, a 8 character string needs a
286    terminating 0. That zero has overwritten the first byte of the Redzone field.
287    After reporting the details of the issue encountered the FIX SLUB message
288    tells us that SLUB has restored the Redzone to its proper value and then
289    system operations continue.
290
291 Emergency operations
292 ====================
293
294 Minimal debugging (sanity checks alone) can be enabled by booting with::
295
296         slub_debug=F
297
298 This will be generally be enough to enable the resiliency features of slub
299 which will keep the system running even if a bad kernel component will
300 keep corrupting objects. This may be important for production systems.
301 Performance will be impacted by the sanity checks and there will be a
302 continual stream of error messages to the syslog but no additional memory
303 will be used (unlike full debugging).
304
305 No guarantees. The kernel component still needs to be fixed. Performance
306 may be optimized further by locating the slab that experiences corruption
307 and enabling debugging only for that cache
308
309 I.e.::
310
311         slub_debug=F,dentry
312
313 If the corruption occurs by writing after the end of the object then it
314 may be advisable to enable a Redzone to avoid corrupting the beginning
315 of other objects::
316
317         slub_debug=FZ,dentry
318
319 Extended slabinfo mode and plotting
320 ===================================
321
322 The ``slabinfo`` tool has a special 'extended' ('-X') mode that includes:
323  - Slabcache Totals
324  - Slabs sorted by size (up to -N <num> slabs, default 1)
325  - Slabs sorted by loss (up to -N <num> slabs, default 1)
326
327 Additionally, in this mode ``slabinfo`` does not dynamically scale
328 sizes (G/M/K) and reports everything in bytes (this functionality is
329 also available to other slabinfo modes via '-B' option) which makes
330 reporting more precise and accurate. Moreover, in some sense the `-X'
331 mode also simplifies the analysis of slabs' behaviour, because its
332 output can be plotted using the ``slabinfo-gnuplot.sh`` script. So it
333 pushes the analysis from looking through the numbers (tons of numbers)
334 to something easier -- visual analysis.
335
336 To generate plots:
337
338 a) collect slabinfo extended records, for example::
339
340         while [ 1 ]; do slabinfo -X >> FOO_STATS; sleep 1; done
341
342 b) pass stats file(-s) to ``slabinfo-gnuplot.sh`` script::
343
344         slabinfo-gnuplot.sh FOO_STATS [FOO_STATS2 .. FOO_STATSN]
345
346    The ``slabinfo-gnuplot.sh`` script will pre-processes the collected records
347    and generates 3 png files (and 3 pre-processing cache files) per STATS
348    file:
349    - Slabcache Totals: FOO_STATS-totals.png
350    - Slabs sorted by size: FOO_STATS-slabs-by-size.png
351    - Slabs sorted by loss: FOO_STATS-slabs-by-loss.png
352
353 Another use case, when ``slabinfo-gnuplot.sh`` can be useful, is when you
354 need to compare slabs' behaviour "prior to" and "after" some code
355 modification.  To help you out there, ``slabinfo-gnuplot.sh`` script
356 can 'merge' the `Slabcache Totals` sections from different
357 measurements. To visually compare N plots:
358
359 a) Collect as many STATS1, STATS2, .. STATSN files as you need::
360
361         while [ 1 ]; do slabinfo -X >> STATS<X>; sleep 1; done
362
363 b) Pre-process those STATS files::
364
365         slabinfo-gnuplot.sh STATS1 STATS2 .. STATSN
366
367 c) Execute ``slabinfo-gnuplot.sh`` in '-t' mode, passing all of the
368    generated pre-processed \*-totals::
369
370         slabinfo-gnuplot.sh -t STATS1-totals STATS2-totals .. STATSN-totals
371
372    This will produce a single plot (png file).
373
374    Plots, expectedly, can be large so some fluctuations or small spikes
375    can go unnoticed. To deal with that, ``slabinfo-gnuplot.sh`` has two
376    options to 'zoom-in'/'zoom-out':
377
378    a) ``-s %d,%d`` -- overwrites the default image width and heigh
379    b) ``-r %d,%d`` -- specifies a range of samples to use (for example,
380       in ``slabinfo -X >> FOO_STATS; sleep 1;`` case, using a ``-r
381       40,60`` range will plot only samples collected between 40th and
382       60th seconds).
383
384 Christoph Lameter, May 30, 2007
385 Sergey Senozhatsky, October 23, 2015