深入理解 kernel panic 的流程

news2024/11/18 9:47:07

我们在项目开发过程中,很多时候会出现由于某种原因经常会导致手机系统死机重启的情况(重启分Android重启跟kernel重启,而我们这里只讨论kernel重启也就是 kernel panic 的情况),死机重启基本算是影响最严重的系统问题了,有稳定复现的,也有概率出现的,解题难度也千差万别,出现问题后,通常我们会拿到类似这样的kernel log信息(下面log仅以调用BUG()为例,其它异常所致的死机log信息会有一些不同之处):

[    2.052157] <2>-(2)[1:swapper/0]------------[ cut here ]------------
[    2.052163] <2>-(2)[1:swapper/0]Kernel BUG at c04289dc [verbose debug info unavailable]
[    2.052169] <2>-(2)[1:swapper/0]Internal error: Oops - BUG: 0 [#1] PREEMPT SMP ARM
[    2.052178] <2>-(2)[1:swapper/0]disable aee kernel api[    3.052192] <2>-(2)[1:swapper/0]Non-crashing CPUs did not react to IPI
[    3.052204] <2>-(2)[1:swapper/0]CPU: 2 PID: 1 Comm: swapper/0 Tainted: G        W      3.18.35+ #3
[    3.052211] <2>-(2)[1:swapper/0]task: df060000 ti: df04a000 task.ti: df04a000
[    3.052227] <2>-(2)[1:swapper/0]PC is at ltr553_i2c_probe+0x94/0x9c
[    3.052233] <2>-(2)[1:swapper/0]LR is at 0x0
[    3.052242] <2>-(2)[1:swapper/0]pc : [<c04289dc>]    lr : [<00000000>]    psr: a0000113
[    3.052242] <2>sp : df04bd30  ip : 00000000  fp : df04bd4c
[    3.052249] <2>-(2)[1:swapper/0]r10: 00000003  r9 : de348fc0  r8 : c0428948
[    3.052255] <2>-(2)[1:swapper/0]r7 : dea1bc00  r6 : dea1bc04  r5 : dea1bc20  r4 : c0b53358
[    3.052262] <2>-(2)[1:swapper/0]r3 : c115ef4c  r2 : 00000000  r1 : 00000000  r0 : de366a00
[    4.354655] <2>-(2)[1:swapper/0] oops_end, 1, 11
[    4.354740] <2>-(2)[1:swapper/0]Kernel panic - not syncing: Fatal exception

这是linux 内核在死机之前输出的相关重要信息,包括PC指针、调用栈等在内的非常重要的便于Debug的线索,比如我们可以借助GUN tools(add2Line)工具结合内核符号映射表vmlinux来定位当前PC指针所在的代码具体行数(定位到出错代码行并不意味着就找到了问题的根本原因跟修复异常,这个需要根据异常的复杂程度而论)。深入理解这些关键打印log信息的含义和机制非常有助于我们对于此类死机问题的定位和分析(对于内存被踩、硬件不稳定导致的一类问题分析有局限性),这也是我们需要深入学习内核异常流程的初衷。

这里我们必须弄清楚几个问题:

  • 这些死机前留下的关键register信息是怎么来的,有什么用,具体含义是什么?
  • 如何利用这些遗留的线索找到出问题代码具体在哪支文件,在哪一行?
  • 内核发生致命异常到死机的总流程是怎样的,类似死机问题应该如何着手分析?

为此,本文就从最常见的主动触发BUG()为例解析上面的疑问及分析整个kernel panic流程。

什么是BUG() ?

有过驱动调试经验的人肯定都知道这个东西,这里的BUG跟我们一般认为的“软件缺陷”可不是一回事,这里说的BUG()其实是linux kernel中用于拦截内核程序超出预期的行为,属于软件主动汇报异常的一种机制。这里有个疑问,就是什么时候会用到呢?一般来说有两种用到的情况,一是软件开发过程中,若发现代码逻辑出现致命fault后就可以调用BUG()让kernel死掉(类似于assert),这样方便于定位问题,从而修正代码执行逻辑;另外一种情况就是,由于某种特殊原因(通常是为了debug而需抓ramdump),我们需要系统进入kernel panic的情况下使用。

BUG()跟BUG_ON(1)其实本质是一回事,后者只是在前者的基础上做了简单的封装而已,BUG()的实现 本质是埋入一条未定义指令:0xe7f001f2,触发ARM发起Undefined Instruction异常(PS:ARM有分10种异常类型,详细可以复习ARM异常模型章节)。

<kernel-3.18/arch/arm/include/asm/bug.h>
#define BUG_INSTR_VALUE 0xe7f001f2
#define BUG_INSTR(__value) __inst_arm(__value)
#define BUG() _BUG(__FILE__, __LINE__, BUG_INSTR_VALUE)
#define _BUG(file, line, value) __BUG(file, line, value)
#define __BUG(__file, __line, __value)    \
do {        \
 asm volatile(BUG_INSTR(__value) "\n");   \
 unreachable();      \
} while (0)

BUG() 流程分析

BUG()到系统重启的总流程图:

调用BUG()会向CPU下发一条未定义指令而触发ARM发起未定义指令异常,随后进入kernel异常处理流程历经 Oops,die(),__die()等流程输出用于调试分析的关键线索,最后进入panic()结束自己再获得重生的过程,这个就是整个过程的基本流程,下面先来看die()具体做了什么呢?

die() 流程

源码:

void die(const char *str, struct pt_regs *regs, int err)
{
 enum bug_trap_type bug_type = BUG_TRAP_TYPE_NONE;
 unsigned long flags = oops_begin();
 int sig = SIGSEGV;
 
 if (!user_mode(regs))
  bug_type = report_bug(regs->ARM_pc, regs);
 if (bug_type != BUG_TRAP_TYPE_NONE)
  str = "Oops - BUG";
 if (__die(str, err, regs))
  sig = 0;
 oops_end(flags, regs, sig);
}

总流程大致如下:

通常来说,代码分析过程结合kernel log一起看会理解来得更加深刻,如果是BUG()/BUG_ON(1)导致的异常,那么走到report_bug 就可以看到下面标志性 log:

enum bug_trap_type report_bug(unsigned long bugaddr, struct pt_regs *regs) 
{
...
 if (!is_valid_bugaddr(bugaddr))
  return BUG_TRAP_TYPE_NONE;
...
 printk(KERN_DEFAULT "------------[ cut here ]------------\n");
 if (file)
  pr_crit("kernel BUG at %s:%u!\n", file, line);
 else
  pr_crit("Kernel BUG at %p [verbose debug info unavailable]\n",
   (void *)bugaddr);
 
===>
[    2.052157] <2>-(2)[1:swapper/0]------------[ cut here ]------------
[    2.052163] <2>-(2)[1:swapper/0]Kernel BUG at c04289dc [verbose debug info unavailable]
[    2.052169] <2>-(2)[1:swapper/0]Internal error: Oops - BUG: 0 [#1] PREEMPT SMP ARM

所以如果在log中看到了这个 “[ cut here ]” 的信息就推断是软件发生致命fault而主动call了BUG()所致的系统重启了,就可以根据相关信息尝试定位分析修复异常了.这里要注意的是还有另外一种__WARN()的情况也会打印出 “[ cut here ]” 的标志性log但是内核并不会挂掉,容易造成误导:

#define __WARN()    warn_slowpath_null(__FILE__, __LINE__)
#define __WARN_printf(arg...) warn_slowpath_fmt(__FILE__, __LINE__, arg)
void warn_slowpath_fmt(const char *file, int line, const char *fmt, ...)
{
...
 warn_slowpath_common(file, line, __builtin_return_address(0),
        TAINT_WARN, &args);
static void warn_slowpath_common(const char *file, int line, void *caller,
     unsigned taint, struct slowpath_args *args)
{
...
 pr_warn("------------[ cut here ]------------\n");
 pr_warn("WARNING: CPU: %d PID: %d at %s:%d %pS()\n",
  raw_smp_processor_id(), current->pid, file, line, caller);
 
===>
[    1.106219] <2>-(2)[1:swapper/0]------------[ cut here ]------------
[    1.107018] <2>-(2)[1:swapper/0]WARNING: CPU: 2 PID: 1 at /home/android/work/prj/n-6580/kernel-3.18/kernel/irq/manage.c:454 __enable_irq+0x50/0x8c()

所以其实从显现上很好区分两种情况,如果是BUG()/BUG_ON(1)那么内核一定会挂掉重启,而__WARN()只会dump_stack()而不会死机, 从源码跟log信息也可以容易区分两种情况,如果是BUG()/BUG_ON(1)的话一定有类似下面的log输出,只要搜索关键字:“Internal error: Oops” 即可。

[    2.052163] <2>-(2)[1:swapper/0]Kernel BUG at c04289dc [verbose debug info unavailable]
[    2.052169] <2>-(2)[1:swapper/0]Internal error: Oops - BUG: 0 [#1] PREEMPT SMP ARM

 资料直通车:Linux内核源码技术学习路线+视频教程内核源码

学习直通车:Linux内核源码内存调优文件系统进程管理设备驱动/网络协议栈

__die() 流程分析

从上面输出的log信息还不足以定位具体出问题的代码位置,包括定位异常所需要的最关键的 PC指针、调用栈等这些对于调试来说至关重要的线索信息都是在__die()中输出。

流程图:

打印出标志性log信息:

static int __die(const char *str, int err, struct pt_regs *regs)
{
...
 printk(KERN_EMERG "Internal error: %s: %x [#%d]" S_PREEMPT S_SMP
        S_ISA "\n", str, err, ++die_counter);
===>
[    2.052169] <2>-(2)[1:swapper/0]Internal error: Oops - BUG: 0 [#1] PREEMPT SMP ARM

log 显示异常str是Oops - BUG,error-code 为0,die计数器次数:1

Oops 的本意为 “哎呀” 的一个俚语,这里意形象的意指kernel出现了一件意外而不知道该如何处理的事件。

notify_die() 会通知对Oops感兴趣的模块执行相关回调,比如mtk的aee异常引擎模块就是通过注册到die_chain通知链上的。

int notrace notify_die(enum die_val val, const char *str,
        struct pt_regs *regs, long err, int trap, int sig)
{
 struct die_args args = {
  .regs = regs,
  .str = str,
  .err = err,
  .trapnr = trap,
  .signr = sig,
 };
 return atomic_notifier_call_chain(&die_chain, val, &args);
}

mtk的aee异常引擎在kernel初始化的时候会去注册到die_chain通知链,而且我们可以看到其实还注册了panic通知链。

int __init aee_ipanic_init(void)
{
 spin_lock_init(&ipanic_lock);
 mrdump_init();
 atomic_notifier_chain_register(&panic_notifier_list, &panic_blk);
 register_die_notifier(&die_blk);
 register_ipanic_ops(&ipanic_oops_ops);
 ipanic_log_temp_init();
 ipanic_msdc_init();
 LOGI("ipanic: startup, partition assgined %s\n", AEE_IPANIC_PLABEL);
 return 0;
}

而对我们调试追踪有用的关键信息是在 __show_regs() 里面打印的:

void __show_regs(struct pt_regs *regs)
{
 unsigned long flags;
 char buf[64];
 
 show_regs_print_info(KERN_DEFAULT);
 print_symbol("PC is at %s\n", instruction_pointer(regs));
 print_symbol("LR is at %s\n", regs->ARM_lr);
 printk("pc : [<%08lx>]    lr : [<%08lx>]    psr: %08lx\n"
        "sp : %08lx  ip : %08lx  fp : %08lx\n",
  regs->ARM_pc, regs->ARM_lr, regs->ARM_cpsr,
  regs->ARM_sp, regs->ARM_ip, regs->ARM_fp);
 printk("r10: %08lx  r9 : %08lx  r8 : %08lx\n",
  regs->ARM_r10, regs->ARM_r9,
  regs->ARM_r8);
 printk("r7 : %08lx  r6 : %08lx  r5 : %08lx  r4 : %08lx\n",
  regs->ARM_r7, regs->ARM_r6,
  regs->ARM_r5, regs->ARM_r4);
 printk("r3 : %08lx  r2 : %08lx  r1 : %08lx  r0 : %08lx\n",
  regs->ARM_r3, regs->ARM_r2,
  regs->ARM_r1, regs->ARM_r0);
 flags = regs->ARM_cpsr;
 buf[0] = flags & PSR_N_BIT ? 'N' : 'n';
 buf[1] = flags & PSR_Z_BIT ? 'Z' : 'z';
 buf[2] = flags & PSR_C_BIT ? 'C' : 'c';
 buf[3] = flags & PSR_V_BIT ? 'V' : 'v';
 buf[4] = '\0';
 printk("Flags: %s  IRQs o%s  FIQs o%s  Mode %s  ISA %s  Segment %s\n",
  buf, interrupts_enabled(regs) ? "n" : "ff",
  fast_interrupts_enabled(regs) ? "n" : "ff",
  processor_modes[processor_mode(regs)],
  isa_modes[isa_mode(regs)],
  get_fs() == get_ds() ? "kernel" : "user");
 show_extra_register_data(regs, 128);
}
void dump_stack_print_info(const char *log_lvl)
{
 printk("%sCPU: %d PID: %d Comm: %.20s %s %s %.*s\n",
        log_lvl, raw_smp_processor_id(), current->pid, current->comm,
        print_tainted(), init_utsname()->release,
        (int)strcspn(init_utsname()->version, " "),
        init_utsname()->version);
...

这里打印出了重要的pc停下的位置、相关寄存器信息,发生的是user还是kernel的异常、发生异常的cpu、进程pid等信息。

接下来 dump_mem() 用于dump出当前线程的内存信息:

dump_mem(KERN_EMERG, "Stack: ", regs->ARM_sp,
 THREAD_SIZE + (unsigned long)task_stack_page(tsk));

使用 dump_backtrace(regs, tsk) 打印出调试最直观的调用栈信息:

[    3.056363] <2>-(2)[1:swapper/0]Backtrace: -(2)[1:swapper/0]
[ 3.056386] <2>-(2)[1:swapper/0][<c010badc>] (dump_backtrace) from [<c010bc7c>] (show_stack+0x18/0x1c) [ 3.056393] <2>-(2)[1:swapper/0] r6:c103d790-(2)[1:swapper/0] r5:ffffffff-(2)[1:swapper/0] r4:00000000-(2)[1:swapper/0] r3:00000000-(2)[1:swapper/0] [ 3.056426] <2>-(2)[1:swapper/0][<c010bc64>] (show_stack) from [<c0a91e64>] (dump_stack+0x90/0xa4) [ 3.056439] <2>-(2)[1:swapper/0][<c0a91dd4>] (dump_stack) from [<c072d264>] (ipan6503] <2>-(2)[1:swapper/0][<c013e6bc>] (notifier_call_chain) from [<c013eb84>] (atomic_notifier_call_chain+0x3c/0x50) [ 3.056509] <2>-(2)[1:swapper/0] r10:c10efec4-(2)[1:swapper/0] r9:df060000-(2)[1:swapper/0] r8:df04a020-(2)[1:swapper/0] r7:c0caaaf0-(2)[1:swapper/0] r6:c10f0c88-(2)[1:swapper/0] r5:00000001 [ 3.056539] <2>-(2)[1:swapper/0] r4:df04bb74-(2)[1:swapper/0] [ 3.056554] <2>-(2)[1:swapper/0][<c013eb48>] (atomic_notifier_call_chain) from [<c013f244>] (notify_die+0x44/0x4c) [ 3.056560] <2>-(2)[1:swapper/0] r6:df04bce8-(2)[1:swapper/0] r5:00000000-(2)[1:swapper/0] r4:00000001-(2)[1:swapper/0] [ 3.056585] <2>-(2)[1:swapper/0][<c013f200>] (notify_die) from [<c010bd94>] (die+0x114/0x41c) [ 3.056590] <2>-(2)[1:swapper/0] r4:c102826c-(2)[1:swapper/0] [ 3.056607] <2>-(2)[1:swapper/0][<c010bc80>] (die) from [<c010c0c0>] (arm_notify_die+0x24/0x5c) [ 3.056612] <2>-(2)[1:swapper/0] r10:df04a000-(2)[1:swapper/0] r9:00000000-(2)[1:swapper/0] r8:df04bce8-(2)[1:swapper/0] r7:e7f001f2-(2)[1:swapper/0] r6:df04a000-(2)[1:swapper/0] r5:c04289dc [ 3.056642] <2>-(2)[1:swapper/0] r4:00000004-(2)[1:swapper/0] [ 3.056658] <2>-(2)[1:swapper/0][<c010c09c>] (arm_notify_die) from [<c01001cc>] (do_undefinstr+0x1a4/0x1ec) [ 3.056670] <2>-(2)[1:swapper/0][<c0100028>] (do_undefinstr) from [<c010c98c>] (__und_svc_finish+0x0/0x34) [ 3.056676] <2>-(2)[1:swapper/0]Exception stack(0xdf04bce8 to 0xdf04bd30) [ 3.056687] <2>-(2)[1:swapper/0]bce0: de366a00 00000000 00000000 c115ef4c c0b53358 dea1bc20 [ 3.056698] <2>-(2)[1:swapper/0]bd00: dea1bc04 dea1bc00 c0428948 de348fc0 00000003 df04bd4c 00000000 df04bd30 [ 3.056706] <2>-(2)[1:swapper/0]bd20: 00000000 c04289dc a0000113 ffffffff [ 3.056711] <2>-(2)[1:swapper/0] r9:c010c98c-(2)[1:swapper/0] r8:e7100000-(2)[1:swapper/0] r7:00000000-(2)[1:swapper/0] r6:c010cd98-(2)[1:swapper/0] r5:00000000-(2)[1:swapper/0] r4:c04289e0 [ 3.056750] <2>-(2)[1:swapper/0][<c0428948>] (ltr553_i2c_probe) from [<c07d88d8>] (i2c_device_probe+0xd0/0x12c) [ 3.056756] <2>-(2)[1:swapper/0] r5:dea1bc20-(2)[1:swapper/0] r4:c0b53358-(2)[1:swapper/0] [ 3.056778] <2>-(2)[1:swapper/0][<c07d8808>] (i2c_device_probe) from [<c03c298c>] (driver_probe_device+0x160/0x43c)

通过上面的调用栈信息结合GUN Tools(add2Line)基本就可以定位发生异常的具体代码位置了。

最后会通过dump_instr(KERN_EMERG, regs) 打印出pc指针和前4条指令:

static void dump_instr(const char *lvl, struct pt_regs *regs)
{
...
 for (i = -4; i < 1 + !!thumb; i++) {
  unsigned int val, bad;
  if (thumb)
   bad = __get_user(val, &((u16 *)addr)[i]);
  else
   bad = __get_user(val, &((u32 *)addr)[i]);
  if (!bad)
   p += sprintf(p, i == 0 ? "(%0*x) " : "%0*x ", width, val);
  else {
   p += sprintf(p, "bad PC value");
   break;
  }
 }
 printk("%sCode: %s\n", lvl, str);
..
===>
[    3.226706] <2>-(2)[1:swapper/0][<c0a8ae74>] (/0]Code: e89da830 e30e3f4c e34c3115 e5830000 (e7f001f2)

看到这个 e7f001f2 了吧,是不是很眼熟?这个就是BUG()中埋入的未定义指令!

到这一步,大部分关键信息都已经输出了,可以通过add2Line工具定位出具体死在的代码行号,大致看看发生了什么,如果是BUG()导致的异常,那么就可以考虑分析和修复异常了,因为BUG()属于主动汇报异常,一般来说debug难度会相对其它的被动上报方式容易得多.

例如:

从上面log知PC死在的地址,通过add2Line工具结合内核符号映射表 vmlinux 就可以定位出具体代码所在文件行号:

arm-linux-androideabi-addr2line -e out/target/product/$project/obj/KERNEL_OBJ/vmlinux -f -C c04289dc
ltr553_i2c_probe
/aosp/kernel-3.18/drivers/misc/mediatek/alsps/ltr553/ltr553.c:3278

定位到了具体代码行号就可以进一步分析代码log找出问题原因修复异常了(一般来说BUG()导致的异常比较好解,其它的情况难度就是天差地别了..)。那么接下来kernel要干什么呢?重要信息都输出完了接下来就直接走 kernel panic 流程了.

panic 流程

panic 本意是“恐慌”的意思,这里意旨kernel发生了致命错误导致无法继续运行下去的情况。

流程图:

最后附上总时序图:

 

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编辑-Z MUR20100DC在TO-263封装里采用的2个芯片&#xff0c;其尺寸都是102MIL&#xff0c;是一款共阴极快恢复对管。MUR20100DC的浪涌电流Ifsm为200A&#xff0c;漏电流(Ir)为10uA&#xff0c;其工作时耐温度范围为-55~150摄氏度。MUR20100DC采用抗冲击硅芯片材质&#xff0c;…

技术管理第二板斧建团队-沟通

一、沟通的核心原则 我认为&#xff0c;沟通是内心想法和思考逻辑的外延&#xff0c;如果你有良好的沟通能力&#xff0c;可以在整个团队中营造公开透明的信任氛围&#xff0c;让信息透明的同时&#xff0c;也让团队成员愿意发出自己的声音。 但实际情况中&#xff0c;很多人…

TypeScript 中对【函数类型】的约束使用解读

概述 函数是JavaScript 中的 一等公民 概念&#xff1a;函数类型的概念是指给函数添加类型注解&#xff0c;本质上就是给函数的参数和返回值添加类型约束 声明式函数: 在 TypeScript 中&#xff0c;一个函数有输入和输出&#xff0c;需要对其进行约束&#xff0c;需要把输入和…

电力载波远程控制系统

随着电力技术的不断发展&#xff0c;电力载波远程控制系统成为了现代电力系统中的重要组成部分。电力载波远程控制系统是一种利用电力载波技术实现远程控制的系统&#xff0c;可以对电力系统中的各种设备进行实时监测、控制和管理&#xff0c;提高电力系统的安全性、可靠性和效…

Efficient Video Transformers with Spatial-Temporal Token Selection阅读笔记

摘要 Video Transformers在主要视频识别基准测试中取得了令人印象深刻的结果&#xff0c;但其计算成本很高。 在本文中&#xff0c;我们提出了 STTS&#xff0c;这是一种令牌选择框架&#xff0c;它根据输入视频样本在时间和空间维度上动态选择一些信息丰富的令牌。 具体来说&…

Qt/C++编写视频监控系统78-视频推流到流媒体服务器

一、前言 视频推流作为独立的模块&#xff0c;目前并没有集成到视频监控系统中&#xff0c;目前是可以搭配监控系统一起使用&#xff0c;一般是将添加好的摄像头通道视频流地址打开后&#xff0c;读取视频流重新推到流媒体服务器&#xff0c;然后第三方可以从流媒体服务器拉取…

博世中国×牛客:精准人才简历增长100%!智能制造大揭秘

当一家智能制造巨头&#xff0c;在面向人工物联网企业的全面转型中&#xff0c;人才需求发生变化&#xff0c;年轻的校园顶尖科技人才成为刚需。 此时&#xff0c;内部需求激增&#xff0c;人才要求高还翻倍增长&#xff0c;但外部供需失衡&#xff0c;人才供给极少。尽管已然…

编译原理二:有限状态机

文章目录 1. 有限状态机介绍1.1. 确定性有限状态机&#xff08;DFA&#xff09;1.2. 非确定性有限状态机&#xff08;NFA&#xff09;1.3. 有限状态机的应用 2. 例子&#xff1a;实现一个简易版本的分词 1. 有限状态机介绍 有限状态机是一种计算模型&#xff0c;它可以接受一串…

脑机接口科普0023——黑门03:伦理道德中的电车难题

本文禁止转载&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01;&#xff01; 脑机接口科普0022——黑门02&#xff1a;伦理道德问题_sgmcy的博客-CSDN博客 前文中&#xff0c;罗列了一下脑机接口这个技术中&#xff0c;会遇到哪些伦理道德的问题。 前文末&#xff0c;以黑门…