kmemleak 批量扫描 struct page 数组

背景

kmemleak 周期性地扫描内存，找出没有任何指针指向的疑似泄漏对象。扫描根除了 data/bss 段、per-cpu 区域和 task stack，还包括 struct page 数组：每个 online 且正在使用的页，它的 struct page 都可能保存着指向其他对象的指针，因此都要扫一遍。

扫法是逐页进行：扫描器遍历 zone 里的每个 PFN，跳过空洞、不属于本 zone 和空闲的页，把合格的页逐个交给 scan_block()。scan_block() 全程持有 kmemleak_lock 并关中断，于是每扫一个 64 字节的 struct page，就要完整地走一次取锁与放锁。

逐页扫描的取锁开销
┌──────────────────────────────────────┐
│ kmemleak 扫描根包含 struct page 数组 │
└──────────────────┬───────────────────┘
                   ▼
┌──────────────────────────────────────┐
│ 逐页调用 scan_block，每页仅 64 字节  │
└──────────────────┬───────────────────┘
                   ▼
┌──────────────────────────────────────┐
│ scan_block 全程持 kmemleak_lock 且关 │
│ 中断                                 │  每个 online PFN 都要抢一次锁
└──────────────────────────────────────┘

问题

• struct page 逐页交给 scan_block()，每页都要抢一次 kmemleak_lock。
• 每次取锁只扫 64 字节，取锁次数等于 online PFN 的数量。
• 取锁的固定开销在 debug 内核上被放大，整轮扫描明显拖慢。

方案

把相邻的合格页攒成一段，整段交给 scan_block() 一次扫完，而不是每页一次。

跳过条件维持不变：PFN 空洞、不属于本 zone、不在使用的页依然不扫。改动在于，相邻的合格页先攒成一段，遇到不合格页、地址不再相邻或段长满 MAX_SCAN_SIZE 时，把攒好的段一次扫掉，再从当前页起新的一段。MAX_SCAN_SIZE 为 4 KiB，一批最多 64 个 struct page，取锁次数从页数降为段数。

相邻合格页攒段批量扫描
┌────────────────────────────────────────┐
│  遍历 zone 的 PFN，跳过空洞与不合格页  │
└───────────────────┬────────────────────┘
                    ▼
┌────────────────────────────────────────┐
│ 相邻合格页攒成一段，最多 MAX_SCAN_SIZE │  4 KiB，即 64 个 struct page
└───────────────────┬────────────────────┘
                    ▼
┌────────────────────────────────────────┐
│  段满或断开时，一次 scan_block 扫整段  │  取锁次数从页数降为段数
└────────────────────────────────────────┘

单次持锁时间的上界并没有因此变大。scan_large_block() 扫 data 段与 per-cpu 区域时，本来就按 MAX_SCAN_SIZE 分段持锁，这里只是把 struct page 扫描对齐到同一粒度；task stack 扫描更是一次交出整个 THREAD_SIZE，arm64 与 x86_64 上不低于 16 KiB，是 MAX_SCAN_SIZE 的四倍。scan_block() 逐指针检查 scan_should_stop()，kmemleak 被禁用、扫描线程被要求停止或进程有挂起信号时都会中途退出，扫长段同样可被打断。

收益

作者在 arm64 VM（24 GiB 内存、约 17 GiB 在用）上，以 Meta 的 debug 内核配置测得：

收益来自每次取锁的固定开销，未启用 lock debug 选项的内核上扫描时间基本不变。扫描覆盖范围不变：作者用临时断言核对过，每个 zone 每轮扫描实际交给 scan_block() 的页数与合格页数完全一致，包括扫描期间恰好有内存被释放的情形。