3.4.1.1. linux oops问题分析
Oops是当内核运行时出现严重的错误时，输出的一段包含丰富信息的错误报告，oops可以看成内核级的Segmentation Fault. 例如空指针引用、 非法内存访问、内核堆栈溢出等无法正常处理的错误情况时，就会输出Oops信息
这些信息涵盖了导致出现错误的代码位置，以及当时的寄存器状态，堆栈信息等
3.4.1.1.1. linux内核三种异常
linux内核三种异常: BUG 、 oops 、 crash
3.4.1.1.1.1. BUG
BUG是指那些不符合内核的正常设计，但内核能够检测出来并且对系统运行不会产生影响的问题，比如在原子上下文中休眠，在内核中使用BUG标识.
这里的BUG和软件缺陷不是一回事，其实是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。一般来说有两种用到的情况
软件开发中，若发现代码逻辑出现致命fault后就可以调用BUG()来让kernel死掉，这样方便定位问题
另一种情况是由于某种特殊原因(通常是为了debug而需要抓ramdump)，我们需要 进入kernel panic情况下使用
arm64中BUG()定义如下
#define __BUG_FLAGS(flags) \
asm volatile (__stringify(ASM_BUG_FLAGS(flags)));
#define BUG() do { \
__BUG_FLAGS(0); \
unreachable(); \
} while (0)
__BUG_FLAGS(0)可翻译为 brk 0x800
brk指令会触发一个同步异常，内核异常处理流程中会进入 panic() ，从而导致kernel panic
3.4.1.1.1.2. oops
Oops就意味着内核出现异常，此时会将异常时出错的原因，CPU状态、出错的指令地址、数据地址及其他寄存器，函数调用的顺序 甚至栈里面的内容打印出来
例如在编写驱动或者内核模块时，当对指针进行非法取值时导致内核发生一个oops错误。
arch/arm64/mm/fault.c
static void die_kernel_fault(const char *msg, unsigned long addr,
unsigned int esr, struct pt_regs *regs)
{
bust_spinlocks(1);
pr_alert("Unable to handle kernel %s at virtual address %016lx\n", msg,
addr);
mem_abort_decode(esr);
show_pte(addr);
die("Oops", regs, esr);
bust_spinlocks(0);
do_exit(SIGKILL);
}
通过die()会进行oops异常处理。
void die(const char *str, struct pt_regs *regs, int err)
{
int ret;
unsigned long flags;
raw_spin_lock_irqsave(&die_lock, flags);
oops_enter();
console_verbose();
bust_spinlocks(1);
ret = __die(str, err, regs);
if (regs && kexec_should_crash(current))
crash_kexec(regs);
bust_spinlocks(0);
add_taint(TAINT_DIE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
oops_exit();
if (in_interrupt())
panic("Fatal exception in interrupt");
if (panic_on_oops)
panic("Fatal exception");
raw_spin_unlock_irqrestore(&die_lock, flags);
if (ret != NOTIFY_STOP)
do_exit(SIGSEGV);
}
static int __die(const char *str, int err, struct pt_regs *regs)
{
static int die_counter;
int ret;
pr_emerg("Internal error: %s: %x [#%d]" S_PREEMPT S_SMP "\n",
str, err, ++die_counter);
/* trap and error numbers are mostly meaningless on ARM */
ret = notify_die(DIE_OOPS, str, regs, err, 0, SIGSEGV);
if (ret == NOTIFY_STOP)
return ret;
print_modules();
show_regs(regs);
dump_kernel_instr(KERN_EMERG, regs);
return ret;
}
notify_die会通知所有对oops感兴趣的模块并进行callback
print_modules打印模块状态不为MODULE_STATE_UNFORMED的模块信息
show_regs打印PC、LR、SP等寄存器信息，同时打印调用堆栈信息
dump_kernel_instr打印PC指针和前4条指令
3.4.1.1.1.3. panic
panic本身时”恐慌”的意思，这里指的是kernel发生了致命错误导致无法继续进行下去的情况。根据实际情况Oops最终也可能会导致panic的发生
void panic(const char *fmt, ...)
{
static char buf[1024];
va_list args;
long i, i_next = 0, len;
int state = 0;
int old_cpu, this_cpu;
bool _crash_kexec_post_notifiers = crash_kexec_post_notifiers;
// 禁止本地中断，避免出现死锁，因为无法防止中断处理程序(在获取panic锁后运行),再次调用panic
local_irq_disable();
//禁止任务抢占
preempt_disable_notrace();
//通过this_cpu确认是否调用panic的cpu是否为panic_cpu
this_cpu = raw_smp_processor_id();
old_cpu = atomic_cmpxchg(&panic_cpu, PANIC_CPU_INVALID, this_cpu);
if (old_cpu != PANIC_CPU_INVALID && old_cpu != this_cpu)
panic_smp_self_stop();
//把console的打印级别放开
console_verbose();
bust_spinlocks(1);
va_start(args, fmt);
len = vscnprintf(buf, sizeof(buf), fmt, args);
va_end(args);
if (len && buf[len - 1] == '\n')
buf[len - 1] = '\0';
//解析panic所携带的mesage,
pr_emerg("Kernel panic - not syncing: %s\n", buf);
#ifdef CONFIG_DEBUG_BUGVERBOSE
/*
* Avoid nested stack-dumping if a panic occurs during oops processing
*/
if (!test_taint(TAINT_DIE) && oops_in_progress <= 1)
dump_stack();
#endif
//如果kgdb使能，在停掉所有的CPU之前，跳转kgdb断点云南行kgdb_panic
kgdb_panic(buf);
//根据当前是否设置了转储内核 (使能CONFIG_KEXEC_CORE)确定是否实际执行转储操作
//如果执行转储操作会通过kexec将系统切换到新的kdump内核 ，并不会返回
if (!_crash_kexec_post_notifiers) {
printk_safe_flush_on_panic();
__crash_kexec(NULL);
smp_send_stop();
} else {
//停掉其他CPU，只留当前CPU干活
crash_smp_send_stop();
}
//通知所有对panic感兴趣的模块进行回调，添加一些kmsg信息到输出
atomic_notifier_call_chain(&panic_notifier_list, 0, buf);
/* Call flush even twice. It tries harder with a single online CPU */
printk_safe_flush_on_panic();
//dump内核log buffer中的log信息
kmsg_dump(KMSG_DUMP_PANIC);
if (_crash_kexec_post_notifiers)
__crash_kexec(NULL);
#ifdef CONFIG_VT
unblank_screen();
#endif
console_unblank();
//关掉所有debug锁
debug_locks_off();
console_flush_on_panic(CONSOLE_FLUSH_PENDING);
panic_print_sys_info();
if (!panic_blink)
panic_blink = no_blink;
//如果配置了panic_timeout则在超时后重启系统
if (panic_timeout > 0) {
pr_emerg("Rebooting in %d seconds..\n", panic_timeout);
for (i = 0; i < panic_timeout * 1000; i += PANIC_TIMER_STEP) {
touch_nmi_watchdog();
if (i >= i_next) {
i += panic_blink(state ^= 1);
i_next = i + 3600 / PANIC_BLINK_SPD;
}
mdelay(PANIC_TIMER_STEP);
}
}
if (panic_timeout != 0) {
if (panic_reboot_mode != REBOOT_UNDEFINED)
reboot_mode = panic_reboot_mode;
emergency_restart();
}
#ifdef __sparc__
{
extern int stop_a_enabled;
/* Make sure the user can actually press Stop-A (L1-A) */
stop_a_enabled = 1;
pr_emerg("Press Stop-A (L1-A) from sun keyboard or send break\n"
"twice on console to return to the boot prom\n");
}
#endif
#if defined(CONFIG_S390)
disabled_wait();
#endif
pr_emerg("---[ end Kernel panic - not syncing: %s ]---\n", buf);
/* Do not scroll important messages printed above */
suppress_printk = 1;
local_irq_enable();
for (i = 0; ; i += PANIC_TIMER_STEP) {
touch_softlockup_watchdog();
if (i >= i_next) {
i += panic_blink(state ^= 1);
i_next = i + 3600 / PANIC_BLINK_SPD;
}
mdelay(PANIC_TIMER_STEP);
}
}
备注
oops发生时，内核检测到发生了无法恢复的错误，但整个系统可能仍然能够继续运行。典型触发场景为
空指针解引用、非法内存访问、某些驱动程序错误. 会产生oops日志，可以通过dmesg看到，如果oops发生在内核关键路径，可能导致内核奔溃panic是比oops更严重的错误，表示系统进入不可恢复的状态，需要立即停止运行。典型触发场景为
多次oops触发panic、关键内核数据结构破环、panic显示调用