RDMA: Add Jason Gunthorpe as a co-maintainer
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / dev-tools / kmemcheck.rst
1 Getting started with kmemcheck
2 ==============================
3
4 Vegard Nossum <vegardno@ifi.uio.no>
5
6
7 Introduction
8 ------------
9
10 kmemcheck is a debugging feature for the Linux Kernel. More specifically, it
11 is a dynamic checker that detects and warns about some uses of uninitialized
12 memory.
13
14 Userspace programmers might be familiar with Valgrind's memcheck. The main
15 difference between memcheck and kmemcheck is that memcheck works for userspace
16 programs only, and kmemcheck works for the kernel only. The implementations
17 are of course vastly different. Because of this, kmemcheck is not as accurate
18 as memcheck, but it turns out to be good enough in practice to discover real
19 programmer errors that the compiler is not able to find through static
20 analysis.
21
22 Enabling kmemcheck on a kernel will probably slow it down to the extent that
23 the machine will not be usable for normal workloads such as e.g. an
24 interactive desktop. kmemcheck will also cause the kernel to use about twice
25 as much memory as normal. For this reason, kmemcheck is strictly a debugging
26 feature.
27
28
29 Downloading
30 -----------
31
32 As of version 2.6.31-rc1, kmemcheck is included in the mainline kernel.
33
34
35 Configuring and compiling
36 -------------------------
37
38 kmemcheck only works for the x86 (both 32- and 64-bit) platform. A number of
39 configuration variables must have specific settings in order for the kmemcheck
40 menu to even appear in "menuconfig". These are:
41
42 - ``CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE=n``
43         This option is located under "General setup" / "Optimize for size".
44
45         Without this, gcc will use certain optimizations that usually lead to
46         false positive warnings from kmemcheck. An example of this is a 16-bit
47         field in a struct, where gcc may load 32 bits, then discard the upper
48         16 bits. kmemcheck sees only the 32-bit load, and may trigger a
49         warning for the upper 16 bits (if they're uninitialized).
50
51 - ``CONFIG_SLAB=y`` or ``CONFIG_SLUB=y``
52         This option is located under "General setup" / "Choose SLAB
53         allocator".
54
55 - ``CONFIG_FUNCTION_TRACER=n``
56         This option is located under "Kernel hacking" / "Tracers" / "Kernel
57         Function Tracer"
58
59         When function tracing is compiled in, gcc emits a call to another
60         function at the beginning of every function. This means that when the
61         page fault handler is called, the ftrace framework will be called
62         before kmemcheck has had a chance to handle the fault. If ftrace then
63         modifies memory that was tracked by kmemcheck, the result is an
64         endless recursive page fault.
65
66 - ``CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC=n``
67         This option is located under "Kernel hacking" / "Memory Debugging"
68         / "Debug page memory allocations".
69
70 In addition, I highly recommend turning on ``CONFIG_DEBUG_INFO=y``. This is also
71 located under "Kernel hacking". With this, you will be able to get line number
72 information from the kmemcheck warnings, which is extremely valuable in
73 debugging a problem. This option is not mandatory, however, because it slows
74 down the compilation process and produces a much bigger kernel image.
75
76 Now the kmemcheck menu should be visible (under "Kernel hacking" / "Memory
77 Debugging" / "kmemcheck: trap use of uninitialized memory"). Here follows
78 a description of the kmemcheck configuration variables:
79
80 - ``CONFIG_KMEMCHECK``
81         This must be enabled in order to use kmemcheck at all...
82
83 - ``CONFIG_KMEMCHECK_``[``DISABLED`` | ``ENABLED`` | ``ONESHOT``]``_BY_DEFAULT``
84         This option controls the status of kmemcheck at boot-time. "Enabled"
85         will enable kmemcheck right from the start, "disabled" will boot the
86         kernel as normal (but with the kmemcheck code compiled in, so it can
87         be enabled at run-time after the kernel has booted), and "one-shot" is
88         a special mode which will turn kmemcheck off automatically after
89         detecting the first use of uninitialized memory.
90
91         If you are using kmemcheck to actively debug a problem, then you
92         probably want to choose "enabled" here.
93
94         The one-shot mode is mostly useful in automated test setups because it
95         can prevent floods of warnings and increase the chances of the machine
96         surviving in case something is really wrong. In other cases, the one-
97         shot mode could actually be counter-productive because it would turn
98         itself off at the very first error -- in the case of a false positive
99         too -- and this would come in the way of debugging the specific
100         problem you were interested in.
101
102         If you would like to use your kernel as normal, but with a chance to
103         enable kmemcheck in case of some problem, it might be a good idea to
104         choose "disabled" here. When kmemcheck is disabled, most of the run-
105         time overhead is not incurred, and the kernel will be almost as fast
106         as normal.
107
108 - ``CONFIG_KMEMCHECK_QUEUE_SIZE``
109         Select the maximum number of error reports to store in an internal
110         (fixed-size) buffer. Since errors can occur virtually anywhere and in
111         any context, we need a temporary storage area which is guaranteed not
112         to generate any other page faults when accessed. The queue will be
113         emptied as soon as a tasklet may be scheduled. If the queue is full,
114         new error reports will be lost.
115
116         The default value of 64 is probably fine. If some code produces more
117         than 64 errors within an irqs-off section, then the code is likely to
118         produce many, many more, too, and these additional reports seldom give
119         any more information (the first report is usually the most valuable
120         anyway).
121
122         This number might have to be adjusted if you are not using serial
123         console or similar to capture the kernel log. If you are using the
124         "dmesg" command to save the log, then getting a lot of kmemcheck
125         warnings might overflow the kernel log itself, and the earlier reports
126         will get lost in that way instead. Try setting this to 10 or so on
127         such a setup.
128
129 - ``CONFIG_KMEMCHECK_SHADOW_COPY_SHIFT``
130         Select the number of shadow bytes to save along with each entry of the
131         error-report queue. These bytes indicate what parts of an allocation
132         are initialized, uninitialized, etc. and will be displayed when an
133         error is detected to help the debugging of a particular problem.
134
135         The number entered here is actually the logarithm of the number of
136         bytes that will be saved. So if you pick for example 5 here, kmemcheck
137         will save 2^5 = 32 bytes.
138
139         The default value should be fine for debugging most problems. It also
140         fits nicely within 80 columns.
141
142 - ``CONFIG_KMEMCHECK_PARTIAL_OK``
143         This option (when enabled) works around certain GCC optimizations that
144         produce 32-bit reads from 16-bit variables where the upper 16 bits are
145         thrown away afterwards.
146
147         The default value (enabled) is recommended. This may of course hide
148         some real errors, but disabling it would probably produce a lot of
149         false positives.
150
151 - ``CONFIG_KMEMCHECK_BITOPS_OK``
152         This option silences warnings that would be generated for bit-field
153         accesses where not all the bits are initialized at the same time. This
154         may also hide some real bugs.
155
156         This option is probably obsolete, or it should be replaced with
157         the kmemcheck-/bitfield-annotations for the code in question. The
158         default value is therefore fine.
159
160 Now compile the kernel as usual.
161
162
163 How to use
164 ----------
165
166 Booting
167 ~~~~~~~
168
169 First some information about the command-line options. There is only one
170 option specific to kmemcheck, and this is called "kmemcheck". It can be used
171 to override the default mode as chosen by the ``CONFIG_KMEMCHECK_*_BY_DEFAULT``
172 option. Its possible settings are:
173
174 - ``kmemcheck=0`` (disabled)
175 - ``kmemcheck=1`` (enabled)
176 - ``kmemcheck=2`` (one-shot mode)
177
178 If SLUB debugging has been enabled in the kernel, it may take precedence over
179 kmemcheck in such a way that the slab caches which are under SLUB debugging
180 will not be tracked by kmemcheck. In order to ensure that this doesn't happen
181 (even though it shouldn't by default), use SLUB's boot option ``slub_debug``,
182 like this: ``slub_debug=-``
183
184 In fact, this option may also be used for fine-grained control over SLUB vs.
185 kmemcheck. For example, if the command line includes
186 ``kmemcheck=1 slub_debug=,dentry``, then SLUB debugging will be used only
187 for the "dentry" slab cache, and with kmemcheck tracking all the other
188 caches. This is advanced usage, however, and is not generally recommended.
189
190
191 Run-time enable/disable
192 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
193
194 When the kernel has booted, it is possible to enable or disable kmemcheck at
195 run-time. WARNING: This feature is still experimental and may cause false
196 positive warnings to appear. Therefore, try not to use this. If you find that
197 it doesn't work properly (e.g. you see an unreasonable amount of warnings), I
198 will be happy to take bug reports.
199
200 Use the file ``/proc/sys/kernel/kmemcheck`` for this purpose, e.g.::
201
202         $ echo 0 > /proc/sys/kernel/kmemcheck # disables kmemcheck
203
204 The numbers are the same as for the ``kmemcheck=`` command-line option.
205
206
207 Debugging
208 ~~~~~~~~~
209
210 A typical report will look something like this::
211
212     WARNING: kmemcheck: Caught 32-bit read from uninitialized memory (ffff88003e4a2024)
213     80000000000000000000000000000000000000000088ffff0000000000000000
214      i i i i u u u u i i i i i i i i u u u u u u u u u u u u u u u u
215              ^
216
217     Pid: 1856, comm: ntpdate Not tainted 2.6.29-rc5 #264 945P-A
218     RIP: 0010:[<ffffffff8104ede8>]  [<ffffffff8104ede8>] __dequeue_signal+0xc8/0x190
219     RSP: 0018:ffff88003cdf7d98  EFLAGS: 00210002
220     RAX: 0000000000000030 RBX: ffff88003d4ea968 RCX: 0000000000000009
221     RDX: ffff88003e5d6018 RSI: ffff88003e5d6024 RDI: ffff88003cdf7e84
222     RBP: ffff88003cdf7db8 R08: ffff88003e5d6000 R09: 0000000000000000
223     R10: 0000000000000080 R11: 0000000000000000 R12: 000000000000000e
224     R13: ffff88003cdf7e78 R14: ffff88003d530710 R15: ffff88003d5a98c8
225     FS:  0000000000000000(0000) GS:ffff880001982000(0063) knlGS:00000
226     CS:  0010 DS: 002b ES: 002b CR0: 0000000080050033
227     CR2: ffff88003f806ea0 CR3: 000000003c036000 CR4: 00000000000006a0
228     DR0: 0000000000000000 DR1: 0000000000000000 DR2: 0000000000000000
229     DR3: 0000000000000000 DR6: 00000000ffff4ff0 DR7: 0000000000000400
230      [<ffffffff8104f04e>] dequeue_signal+0x8e/0x170
231      [<ffffffff81050bd8>] get_signal_to_deliver+0x98/0x390
232      [<ffffffff8100b87d>] do_notify_resume+0xad/0x7d0
233      [<ffffffff8100c7b5>] int_signal+0x12/0x17
234      [<ffffffffffffffff>] 0xffffffffffffffff
235
236 The single most valuable information in this report is the RIP (or EIP on 32-
237 bit) value. This will help us pinpoint exactly which instruction that caused
238 the warning.
239
240 If your kernel was compiled with ``CONFIG_DEBUG_INFO=y``, then all we have to do
241 is give this address to the addr2line program, like this::
242
243         $ addr2line -e vmlinux -i ffffffff8104ede8
244         arch/x86/include/asm/string_64.h:12
245         include/asm-generic/siginfo.h:287
246         kernel/signal.c:380
247         kernel/signal.c:410
248
249 The "``-e vmlinux``" tells addr2line which file to look in. **IMPORTANT:**
250 This must be the vmlinux of the kernel that produced the warning in the
251 first place! If not, the line number information will almost certainly be
252 wrong.
253
254 The "``-i``" tells addr2line to also print the line numbers of inlined
255 functions.  In this case, the flag was very important, because otherwise,
256 it would only have printed the first line, which is just a call to
257 ``memcpy()``, which could be called from a thousand places in the kernel, and
258 is therefore not very useful.  These inlined functions would not show up in
259 the stack trace above, simply because the kernel doesn't load the extra
260 debugging information. This technique can of course be used with ordinary
261 kernel oopses as well.
262
263 In this case, it's the caller of ``memcpy()`` that is interesting, and it can be
264 found in ``include/asm-generic/siginfo.h``, line 287::
265
266     281 static inline void copy_siginfo(struct siginfo *to, struct siginfo *from)
267     282 {
268     283         if (from->si_code < 0)
269     284                 memcpy(to, from, sizeof(*to));
270     285         else
271     286                 /* _sigchld is currently the largest know union member */
272     287                 memcpy(to, from, __ARCH_SI_PREAMBLE_SIZE + sizeof(from->_sifields._sigchld));
273     288 }
274
275 Since this was a read (kmemcheck usually warns about reads only, though it can
276 warn about writes to unallocated or freed memory as well), it was probably the
277 "from" argument which contained some uninitialized bytes. Following the chain
278 of calls, we move upwards to see where "from" was allocated or initialized,
279 ``kernel/signal.c``, line 380::
280
281     359 static void collect_signal(int sig, struct sigpending *list, siginfo_t *info)
282     360 {
283     ...
284     367         list_for_each_entry(q, &list->list, list) {
285     368                 if (q->info.si_signo == sig) {
286     369                         if (first)
287     370                                 goto still_pending;
288     371                         first = q;
289     ...
290     377         if (first) {
291     378 still_pending:
292     379                 list_del_init(&first->list);
293     380                 copy_siginfo(info, &first->info);
294     381                 __sigqueue_free(first);
295     ...
296     392         }
297     393 }
298
299 Here, it is ``&first->info`` that is being passed on to ``copy_siginfo()``. The
300 variable ``first`` was found on a list -- passed in as the second argument to
301 ``collect_signal()``. We  continue our journey through the stack, to figure out
302 where the item on "list" was allocated or initialized. We move to line 410::
303
304     395 static int __dequeue_signal(struct sigpending *pending, sigset_t *mask,
305     396                         siginfo_t *info)
306     397 {
307     ...
308     410                 collect_signal(sig, pending, info);
309     ...
310     414 }
311
312 Now we need to follow the ``pending`` pointer, since that is being passed on to
313 ``collect_signal()`` as ``list``. At this point, we've run out of lines from the
314 "addr2line" output. Not to worry, we just paste the next addresses from the
315 kmemcheck stack dump, i.e.::
316
317      [<ffffffff8104f04e>] dequeue_signal+0x8e/0x170
318      [<ffffffff81050bd8>] get_signal_to_deliver+0x98/0x390
319      [<ffffffff8100b87d>] do_notify_resume+0xad/0x7d0
320      [<ffffffff8100c7b5>] int_signal+0x12/0x17
321
322         $ addr2line -e vmlinux -i ffffffff8104f04e ffffffff81050bd8 \
323                 ffffffff8100b87d ffffffff8100c7b5
324         kernel/signal.c:446
325         kernel/signal.c:1806
326         arch/x86/kernel/signal.c:805
327         arch/x86/kernel/signal.c:871
328         arch/x86/kernel/entry_64.S:694
329
330 Remember that since these addresses were found on the stack and not as the
331 RIP value, they actually point to the _next_ instruction (they are return
332 addresses). This becomes obvious when we look at the code for line 446::
333
334     422 int dequeue_signal(struct task_struct *tsk, sigset_t *mask, siginfo_t *info)
335     423 {
336     ...
337     431                 signr = __dequeue_signal(&tsk->signal->shared_pending,
338     432                                          mask, info);
339     433                 /*
340     434                  * itimer signal ?
341     435                  *
342     436                  * itimers are process shared and we restart periodic
343     437                  * itimers in the signal delivery path to prevent DoS
344     438                  * attacks in the high resolution timer case. This is
345     439                  * compliant with the old way of self restarting
346     440                  * itimers, as the SIGALRM is a legacy signal and only
347     441                  * queued once. Changing the restart behaviour to
348     442                  * restart the timer in the signal dequeue path is
349     443                  * reducing the timer noise on heavy loaded !highres
350     444                  * systems too.
351     445                  */
352     446                 if (unlikely(signr == SIGALRM)) {
353     ...
354     489 }
355
356 So instead of looking at 446, we should be looking at 431, which is the line
357 that executes just before 446. Here we see that what we are looking for is
358 ``&tsk->signal->shared_pending``.
359
360 Our next task is now to figure out which function that puts items on this
361 ``shared_pending`` list. A crude, but efficient tool, is ``git grep``::
362
363         $ git grep -n 'shared_pending' kernel/
364         ...
365         kernel/signal.c:828:    pending = group ? &t->signal->shared_pending : &t->pending;
366         kernel/signal.c:1339:   pending = group ? &t->signal->shared_pending : &t->pending;
367         ...
368
369 There were more results, but none of them were related to list operations,
370 and these were the only assignments. We inspect the line numbers more closely
371 and find that this is indeed where items are being added to the list::
372
373     816 static int send_signal(int sig, struct siginfo *info, struct task_struct *t,
374     817                         int group)
375     818 {
376     ...
377     828         pending = group ? &t->signal->shared_pending : &t->pending;
378     ...
379     851         q = __sigqueue_alloc(t, GFP_ATOMIC, (sig < SIGRTMIN &&
380     852                                              (is_si_special(info) ||
381     853                                               info->si_code >= 0)));
382     854         if (q) {
383     855                 list_add_tail(&q->list, &pending->list);
384     ...
385     890 }
386
387 and::
388
389     1309 int send_sigqueue(struct sigqueue *q, struct task_struct *t, int group)
390     1310 {
391     ....
392     1339         pending = group ? &t->signal->shared_pending : &t->pending;
393     1340         list_add_tail(&q->list, &pending->list);
394     ....
395     1347 }
396
397 In the first case, the list element we are looking for, ``q``, is being
398 returned from the function ``__sigqueue_alloc()``, which looks like an
399 allocation function.  Let's take a look at it::
400
401     187 static struct sigqueue *__sigqueue_alloc(struct task_struct *t, gfp_t flags,
402     188                                          int override_rlimit)
403     189 {
404     190         struct sigqueue *q = NULL;
405     191         struct user_struct *user;
406     192
407     193         /*
408     194          * We won't get problems with the target's UID changing under us
409     195          * because changing it requires RCU be used, and if t != current, the
410     196          * caller must be holding the RCU readlock (by way of a spinlock) and
411     197          * we use RCU protection here
412     198          */
413     199         user = get_uid(__task_cred(t)->user);
414     200         atomic_inc(&user->sigpending);
415     201         if (override_rlimit ||
416     202             atomic_read(&user->sigpending) <=
417     203                         t->signal->rlim[RLIMIT_SIGPENDING].rlim_cur)
418     204                 q = kmem_cache_alloc(sigqueue_cachep, flags);
419     205         if (unlikely(q == NULL)) {
420     206                 atomic_dec(&user->sigpending);
421     207                 free_uid(user);
422     208         } else {
423     209                 INIT_LIST_HEAD(&q->list);
424     210                 q->flags = 0;
425     211                 q->user = user;
426     212         }
427     213
428     214         return q;
429     215 }
430
431 We see that this function initializes ``q->list``, ``q->flags``, and
432 ``q->user``. It seems that now is the time to look at the definition of
433 ``struct sigqueue``, e.g.::
434
435     14 struct sigqueue {
436     15         struct list_head list;
437     16         int flags;
438     17         siginfo_t info;
439     18         struct user_struct *user;
440     19 };
441
442 And, you might remember, it was a ``memcpy()`` on ``&first->info`` that
443 caused the warning, so this makes perfect sense. It also seems reasonable
444 to assume that it is the caller of ``__sigqueue_alloc()`` that has the
445 responsibility of filling out (initializing) this member.
446
447 But just which fields of the struct were uninitialized? Let's look at
448 kmemcheck's report again::
449
450     WARNING: kmemcheck: Caught 32-bit read from uninitialized memory (ffff88003e4a2024)
451     80000000000000000000000000000000000000000088ffff0000000000000000
452      i i i i u u u u i i i i i i i i u u u u u u u u u u u u u u u u
453              ^
454
455 These first two lines are the memory dump of the memory object itself, and
456 the shadow bytemap, respectively. The memory object itself is in this case
457 ``&first->info``. Just beware that the start of this dump is NOT the start
458 of the object itself! The position of the caret (^) corresponds with the
459 address of the read (ffff88003e4a2024).
460
461 The shadow bytemap dump legend is as follows:
462
463 - i: initialized
464 - u: uninitialized
465 - a: unallocated (memory has been allocated by the slab layer, but has not
466   yet been handed off to anybody)
467 - f: freed (memory has been allocated by the slab layer, but has been freed
468   by the previous owner)
469
470 In order to figure out where (relative to the start of the object) the
471 uninitialized memory was located, we have to look at the disassembly. For
472 that, we'll need the RIP address again::
473
474     RIP: 0010:[<ffffffff8104ede8>]  [<ffffffff8104ede8>] __dequeue_signal+0xc8/0x190
475
476         $ objdump -d --no-show-raw-insn vmlinux | grep -C 8 ffffffff8104ede8:
477         ffffffff8104edc8:       mov    %r8,0x8(%r8)
478         ffffffff8104edcc:       test   %r10d,%r10d
479         ffffffff8104edcf:       js     ffffffff8104ee88 <__dequeue_signal+0x168>
480         ffffffff8104edd5:       mov    %rax,%rdx
481         ffffffff8104edd8:       mov    $0xc,%ecx
482         ffffffff8104eddd:       mov    %r13,%rdi
483         ffffffff8104ede0:       mov    $0x30,%eax
484         ffffffff8104ede5:       mov    %rdx,%rsi
485         ffffffff8104ede8:       rep movsl %ds:(%rsi),%es:(%rdi)
486         ffffffff8104edea:       test   $0x2,%al
487         ffffffff8104edec:       je     ffffffff8104edf0 <__dequeue_signal+0xd0>
488         ffffffff8104edee:       movsw  %ds:(%rsi),%es:(%rdi)
489         ffffffff8104edf0:       test   $0x1,%al
490         ffffffff8104edf2:       je     ffffffff8104edf5 <__dequeue_signal+0xd5>
491         ffffffff8104edf4:       movsb  %ds:(%rsi),%es:(%rdi)
492         ffffffff8104edf5:       mov    %r8,%rdi
493         ffffffff8104edf8:       callq  ffffffff8104de60 <__sigqueue_free>
494
495 As expected, it's the "``rep movsl``" instruction from the ``memcpy()``
496 that causes the warning. We know about ``REP MOVSL`` that it uses the register
497 ``RCX`` to count the number of remaining iterations. By taking a look at the
498 register dump again (from the kmemcheck report), we can figure out how many
499 bytes were left to copy::
500
501     RAX: 0000000000000030 RBX: ffff88003d4ea968 RCX: 0000000000000009
502
503 By looking at the disassembly, we also see that ``%ecx`` is being loaded
504 with the value ``$0xc`` just before (ffffffff8104edd8), so we are very
505 lucky. Keep in mind that this is the number of iterations, not bytes. And
506 since this is a "long" operation, we need to multiply by 4 to get the
507 number of bytes. So this means that the uninitialized value was encountered
508 at 4 * (0xc - 0x9) = 12 bytes from the start of the object.
509
510 We can now try to figure out which field of the "``struct siginfo``" that
511 was not initialized. This is the beginning of the struct::
512
513     40 typedef struct siginfo {
514     41         int si_signo;
515     42         int si_errno;
516     43         int si_code;
517     44
518     45         union {
519     ..
520     92         } _sifields;
521     93 } siginfo_t;
522
523 On 64-bit, the int is 4 bytes long, so it must the union member that has
524 not been initialized. We can verify this using gdb::
525
526         $ gdb vmlinux
527         ...
528         (gdb) p &((struct siginfo *) 0)->_sifields
529         $1 = (union {...} *) 0x10
530
531 Actually, it seems that the union member is located at offset 0x10 -- which
532 means that gcc has inserted 4 bytes of padding between the members ``si_code``
533 and ``_sifields``. We can now get a fuller picture of the memory dump::
534
535                  _----------------------------=> si_code
536                 /        _--------------------=> (padding)
537                |        /        _------------=> _sifields(._kill._pid)
538                |       |        /        _----=> _sifields(._kill._uid)
539                |       |       |        /
540         -------|-------|-------|-------|
541         80000000000000000000000000000000000000000088ffff0000000000000000
542          i i i i u u u u i i i i i i i i u u u u u u u u u u u u u u u u
543
544 This allows us to realize another important fact: ``si_code`` contains the
545 value 0x80. Remember that x86 is little endian, so the first 4 bytes
546 "80000000" are really the number 0x00000080. With a bit of research, we
547 find that this is actually the constant ``SI_KERNEL`` defined in
548 ``include/asm-generic/siginfo.h``::
549
550     144 #define SI_KERNEL       0x80            /* sent by the kernel from somewhere     */
551
552 This macro is used in exactly one place in the x86 kernel: In ``send_signal()``
553 in ``kernel/signal.c``::
554
555     816 static int send_signal(int sig, struct siginfo *info, struct task_struct *t,
556     817                         int group)
557     818 {
558     ...
559     828         pending = group ? &t->signal->shared_pending : &t->pending;
560     ...
561     851         q = __sigqueue_alloc(t, GFP_ATOMIC, (sig < SIGRTMIN &&
562     852                                              (is_si_special(info) ||
563     853                                               info->si_code >= 0)));
564     854         if (q) {
565     855                 list_add_tail(&q->list, &pending->list);
566     856                 switch ((unsigned long) info) {
567     ...
568     865                 case (unsigned long) SEND_SIG_PRIV:
569     866                         q->info.si_signo = sig;
570     867                         q->info.si_errno = 0;
571     868                         q->info.si_code = SI_KERNEL;
572     869                         q->info.si_pid = 0;
573     870                         q->info.si_uid = 0;
574     871                         break;
575     ...
576     890 }
577
578 Not only does this match with the ``.si_code`` member, it also matches the place
579 we found earlier when looking for where siginfo_t objects are enqueued on the
580 ``shared_pending`` list.
581
582 So to sum up: It seems that it is the padding introduced by the compiler
583 between two struct fields that is uninitialized, and this gets reported when
584 we do a ``memcpy()`` on the struct. This means that we have identified a false
585 positive warning.
586
587 Normally, kmemcheck will not report uninitialized accesses in ``memcpy()`` calls
588 when both the source and destination addresses are tracked. (Instead, we copy
589 the shadow bytemap as well). In this case, the destination address clearly
590 was not tracked. We can dig a little deeper into the stack trace from above::
591
592         arch/x86/kernel/signal.c:805
593         arch/x86/kernel/signal.c:871
594         arch/x86/kernel/entry_64.S:694
595
596 And we clearly see that the destination siginfo object is located on the
597 stack::
598
599     782 static void do_signal(struct pt_regs *regs)
600     783 {
601     784         struct k_sigaction ka;
602     785         siginfo_t info;
603     ...
604     804         signr = get_signal_to_deliver(&info, &ka, regs, NULL);
605     ...
606     854 }
607
608 And this ``&info`` is what eventually gets passed to ``copy_siginfo()`` as the
609 destination argument.
610
611 Now, even though we didn't find an actual error here, the example is still a
612 good one, because it shows how one would go about to find out what the report
613 was all about.
614
615
616 Annotating false positives
617 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
618
619 There are a few different ways to make annotations in the source code that
620 will keep kmemcheck from checking and reporting certain allocations. Here
621 they are:
622
623 - ``__GFP_NOTRACK_FALSE_POSITIVE``
624         This flag can be passed to ``kmalloc()`` or ``kmem_cache_alloc()``
625         (therefore also to other functions that end up calling one of
626         these) to indicate that the allocation should not be tracked
627         because it would lead to a false positive report. This is a "big
628         hammer" way of silencing kmemcheck; after all, even if the false
629         positive pertains to particular field in a struct, for example, we
630         will now lose the ability to find (real) errors in other parts of
631         the same struct.
632
633         Example::
634
635             /* No warnings will ever trigger on accessing any part of x */
636             x = kmalloc(sizeof *x, GFP_KERNEL | __GFP_NOTRACK_FALSE_POSITIVE);
637
638 - ``kmemcheck_bitfield_begin(name)``/``kmemcheck_bitfield_end(name)`` and
639         ``kmemcheck_annotate_bitfield(ptr, name)``
640         The first two of these three macros can be used inside struct
641         definitions to signal, respectively, the beginning and end of a
642         bitfield. Additionally, this will assign the bitfield a name, which
643         is given as an argument to the macros.
644
645         Having used these markers, one can later use
646         kmemcheck_annotate_bitfield() at the point of allocation, to indicate
647         which parts of the allocation is part of a bitfield.
648
649         Example::
650
651             struct foo {
652                 int x;
653
654                 kmemcheck_bitfield_begin(flags);
655                 int flag_a:1;
656                 int flag_b:1;
657                 kmemcheck_bitfield_end(flags);
658
659                 int y;
660             };
661
662             struct foo *x = kmalloc(sizeof *x);
663
664             /* No warnings will trigger on accessing the bitfield of x */
665             kmemcheck_annotate_bitfield(x, flags);
666
667         Note that ``kmemcheck_annotate_bitfield()`` can be used even before the
668         return value of ``kmalloc()`` is checked -- in other words, passing NULL
669         as the first argument is legal (and will do nothing).
670
671
672 Reporting errors
673 ----------------
674
675 As we have seen, kmemcheck will produce false positive reports. Therefore, it
676 is not very wise to blindly post kmemcheck warnings to mailing lists and
677 maintainers. Instead, I encourage maintainers and developers to find errors
678 in their own code. If you get a warning, you can try to work around it, try
679 to figure out if it's a real error or not, or simply ignore it. Most
680 developers know their own code and will quickly and efficiently determine the
681 root cause of a kmemcheck report. This is therefore also the most efficient
682 way to work with kmemcheck.
683
684 That said, we (the kmemcheck maintainers) will always be on the lookout for
685 false positives that we can annotate and silence. So whatever you find,
686 please drop us a note privately! Kernel configs and steps to reproduce (if
687 available) are of course a great help too.
688
689 Happy hacking!
690
691
692 Technical description
693 ---------------------
694
695 kmemcheck works by marking memory pages non-present. This means that whenever
696 somebody attempts to access the page, a page fault is generated. The page
697 fault handler notices that the page was in fact only hidden, and so it calls
698 on the kmemcheck code to make further investigations.
699
700 When the investigations are completed, kmemcheck "shows" the page by marking
701 it present (as it would be under normal circumstances). This way, the
702 interrupted code can continue as usual.
703
704 But after the instruction has been executed, we should hide the page again, so
705 that we can catch the next access too! Now kmemcheck makes use of a debugging
706 feature of the processor, namely single-stepping. When the processor has
707 finished the one instruction that generated the memory access, a debug
708 exception is raised. From here, we simply hide the page again and continue
709 execution, this time with the single-stepping feature turned off.
710
711 kmemcheck requires some assistance from the memory allocator in order to work.
712 The memory allocator needs to
713
714   1. Tell kmemcheck about newly allocated pages and pages that are about to
715      be freed. This allows kmemcheck to set up and tear down the shadow memory
716      for the pages in question. The shadow memory stores the status of each
717      byte in the allocation proper, e.g. whether it is initialized or
718      uninitialized.
719
720   2. Tell kmemcheck which parts of memory should be marked uninitialized.
721      There are actually a few more states, such as "not yet allocated" and
722      "recently freed".
723
724 If a slab cache is set up using the SLAB_NOTRACK flag, it will never return
725 memory that can take page faults because of kmemcheck.
726
727 If a slab cache is NOT set up using the SLAB_NOTRACK flag, callers can still
728 request memory with the __GFP_NOTRACK or __GFP_NOTRACK_FALSE_POSITIVE flags.
729 This does not prevent the page faults from occurring, however, but marks the
730 object in question as being initialized so that no warnings will ever be
731 produced for this object.
732
733 Currently, the SLAB and SLUB allocators are supported by kmemcheck.