4. 内存泄漏排查：rte_mempool 使用分析、对象缓存泄漏与 debug 模式检测

内存泄漏是 DPDK 长周期运行中最隐蔽的故障之一。由于 DPDK 使用大页内存并绕过内核管理，一旦 mempool 或 per-lcore cache 发生泄漏，系统不会立即 OOM，而是表现为可用 mbuf 逐渐耗尽、报文转发停滞、最终应用异常退出。本章从 rte_mempool 的分配/释放路径入手，分析 per-lcore cache 泄漏的典型场景，并给出基于 debug 模式的检测方法。

4.1 rte_mempool 内存模型与泄漏根因

rte_mempool 是 DPDK 内存对象池的核心抽象，其内存布局分为三层：全局池、per-lcore cache 和 ring。泄漏通常发生在对象未正确归还到对应层级。

4.2 per-lcore cache 泄漏典型场景

per-lcore cache 泄漏是 DPDK 内存泄漏中最难定位的类型，因为 cache 是线程私有的，常规全局统计无法直接暴露。以下三种场景最为常见：

4.3 使用 rte_mempool 统计接口定位泄漏

DPDK 提供了 rte_mempool_audit() 和 rte_mempool_list_dump() 等调试接口。在怀疑内存泄漏时，首先通过以下步骤采集快照：

1. 获取 mempool 全局统计：调用 rte_mempool_list_dump() 输出所有 mempool 的名称、大小、已用对象数。
2. 检查 per-lcore cache 占用：遍历每个 lcore 的 cache，统计 len 和 flush_thresh。
3. 对比两次快照：在业务压力下间隔 60 秒采集两次，观察对象总数是否持续下降。

// 示例：遍历 mempool 并打印 per-lcore cache 统计
struct rte_mempool *mp;
struct rte_mempool_ops *ops;
unsigned int lcore_id;

RTE_TAILQ_FOREACH(mp, rte_mempool_tailq, next) {
    printf("mempool: %s, size: %u, used: %u\n",
           mp->name, mp->size, rte_mempool_avail_count(mp));

    RTE_LCORE_FOREACH(lcore_id) {
        struct rte_mempool_cache *cache = rte_mempool_default_cache(mp, lcore_id);
        if (cache) {
            printf("  lcore %u cache len: %u / %u\n",
                   lcore_id, cache->len, cache->flush_thresh);
        }
    }
}

4.4 启用 debug 模式检测泄漏

DPDK 编译时开启 RTE_LIBRTE_MEMPOOL_DEBUG 宏，可以启用 mempool 的运行时完整性检查。debug 模式会记录每次分配/释放的调用栈，并在异常时触发断言。

在 debug 模式下，如果应用尝试释放一个不属于当前 mempool 的对象，DPDK 会立即触发 rte_panic() 并打印调用栈：

# 典型 debug 模式 panic 日志
PANIC in rte_mempool_put_bulk():
mempool: pktmbuf_pool, obj 0x7f0000001000 not in pool range
Call trace:
  0x401234 (rte_mempool_put_bulk+0x50)
  0x405678 (app_process_packets+0x1c4)
  0x409abc (main+0x2e8)

4.5 使用 valgrind 与 DPDK 结合检测

对于复杂的内存泄漏场景，可以借助 valgrind 的 --tool=memcheck 配合 DPDK 的 --no-huge 模式运行。注意 DPDK 默认使用大页，valgrind 无法跟踪，因此需要切换到普通页模式：

# 使用 --no-huge 运行 DPDK 应用，配合 valgrind 检测
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full \
  ./dpdk_app -l 0-3 -n 4 --no-huge -m 1024 \
  -- -p 0x1

4.6 泄漏排查 checklist

• 步骤 1：确认 mempool 创建时 cache_size 参数是否合理（通常 256 或 512）。
• 步骤 2：检查所有 rte_pktmbuf_alloc() 是否有对应的 rte_pktmbuf_free()。
• 步骤 3：使用 rte_mempool_audit() 在关键路径（如每 100 万包）触发一次完整性检查。
• 步骤 4：开启 RTE_LIBRTE_MEMPOOL_DEBUG 编译，观察是否有 panic 输出。
• 步骤 5：对比 rte_mempool_avail_count() 和 rte_mempool_in_use_count() 的差值，判断泄漏层级。
• 步骤 6：如果怀疑跨 lcore 泄漏，在释放点添加 rte_lcore_id() 日志。