android 內核出現kernel panic的分析

1 何謂OOPS Oops是美國人比較常有的口語。就是有點意外，吃驚，或突然的意思。“Oops”並不是很嚴重，正如在Britney Spears的 “Oops I Did It Again”那首歌的歌詞中，也是一種輕描淡寫，有時含有抱歉的意思。   http://v.youku.com/v_show/id_XMTM0ODgxMDYw.html   對於Linux內核來說，Oops就意外著內核出了異常，此時會將產生異常時CPU的狀態，出錯的指令地址、數據地址及其他寄存器，函數調用的順序甚至是棧裡面的內容都打印出來，然後根據異常的嚴重程度來決定下一步的操作：殺死導致異常的進程或者掛起系統。   最典型的異常是在內核態引用了一個非法地址，通常是未初始化的野指針Null，這將導致頁表異常，最終引發Oops。   Linux系統足夠健壯，能夠正常的反應各種異常。異常通常導致當前進程的死亡，而系統依然能夠繼續運轉，但是這種運轉都處在一種不穩定的狀態，隨時可能出問題。對於中斷上下文的異常及系統關鍵資源的破壞，通常會導致內核掛起，不再響應任何事件。   2 內核的異常級別 2.1 Bug Bug是指那些不符合內核的正常設計，但內核能夠檢測出來並且對系統運行不會產生影響的問題，比如在原子上下文中休眠。如： BUG: scheduling while atomic: insmod/826/0x00000002 Call Trace: [ef12f700] [c00081e0] show_stack+0x3c/0x194 (unreliable) [ef12f730] [c0019b2c] __schedule_bug+0x64/0x78 [ef12f750] [c0350f50] schedule+0x324/0x34c [ef12f7a0] [c03515c0] schedule_timeout+0x68/0xe4 [ef12f7e0] [c027938c] fsl_elbc_run_command+0x138/0x1c0 [ef12f820] [c0275820] nand_do_read_ops+0x130/0x3dc [ef12f880] [c0275ebc] nand_read+0xac/0xe0 [ef12f8b0] [c0262d98] part_read+0x5c/0xe4 [ef12f8c0] [c017bcac] jffs2_flash_read+0x68/0x254 [ef12f8f0] [c0170550] jffs2_read_dnode+0x60/0x304 [ef12f940] [c017088c] jffs2_read_inode_range+0x98/0x180 [ef12f970] [c016e610] jffs2_do_readpage_nolock+0x94/0x1ac [ef12f990] [c016ee04] jffs2_write_begin+0x2b0/0x330 [ef12fa10] [c005144c] generic_file_buffered_write+0x11c/0x8d0 [ef12fab0] [c0051e48] __generic_file_aio_write_nolock+0x248/0x500 [ef12fb20] [c0052168] generic_file_aio_write+0x68/0x10c [ef12fb50] [c007ca80] do_sync_write+0xc4/0x138 [ef12fc10] [f107c0dc] oops_log+0xdc/0x1e8 [oopslog] [ef12fe70] [f3087058] oops_log_init+0x58/0xa0 [oopslog] [ef12fe80] [c00477bc] sys_init_module+0x130/0x17dc [ef12ff40] [c00104b0] ret_from_syscall+0x0/0x38 --- Exception: c01 at 0xff29658     LR = 0x10031300   2.2 Oops 程序在內核態時，進入一種異常情況，比如引用非法指針導致的數據異常，數組越界導致的取指異常，此時異常處理機制能夠捕獲此異常，並將系統關鍵信息打印到串口上，正常情況下Oops消息會被記錄到系統日志中去。   Oops發生時，進程處在內核態，很可能正在訪問系統關鍵資源，並且獲取了一些鎖，當進程由於Oops異常退出時，無法釋放已經獲取的資源，導致其他需要獲取此資源的進程掛起，對系統的正常運行造成影響。通常這種情況，系統處在不穩定的狀態，很可能崩潰。   2.3 Panic 當Oops發生在中斷上下文中或者在進程0和1中，系統將徹底掛起，因為中斷服務程序異常後，將無法恢復，這種情況即稱為內核panic。另外當系統設置了panic標志時，無論Oops發生在中斷上下文還是進程上下文，都將導致內核Panic。由於在中斷復位程序中panic後，系統將不再進行調度，Syslogd將不會再運行，因此這種情況下，Oops的消息僅僅打印到串口上，不會被記錄在系統日志中。         Kernelpanic調試舉例：     [ 242.788019] bluesleep_outgoing_data: tx was sleeping [  244.012224] ******host_wake is 1 [  245.234647] Disable_key_during_touch=0  [  245.237802] huqiao___button->code=139,state =1  [  245.414640] Disable_key_during_touch=0  [  245.417542] huqiao___button->code=139,state =0  [  245.821424] ******host_wake is 0 [  245.823708] bluesleep_hostwake_isr: [I]waking up... [  245.823713]  [  245.830155] bluesleep_hostwake_task: bluesleep_hostwake_task is called [  245.838356] Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtualaddress 00000008 [  245.845678] pgd = c0004000 [  245.848188] [00000008] *pgd=00000000 [  245.851751] Internal error: Oops: 5 [#1] PREEMPT SMP ARM [  245.857122] Modules linked in: [  245.860080] CPU: 0    Tainted: G        W    (3.4.0-perf-svn874 #1) [  245.866444] PC is at sco_connect_cfm+0x380/0x4e8 [  245.871106] LR is at 0xd880 [  245.873800] pc : [<c07446c0>]    lr :[<0000d880>]    psr: 40000013 [  245.873805] sp : dbe55e78  ip : 00000000  fp : d7d95c00 [  245.885246] r10: d8643998  r9 : d8e5b80d  r8 : d8643830 [  245.890529] r7 : dbe54000  r6 : d9e5b600  r5 : cae27c80 r4 : d8643800 [  245.896968] r3 : 00000008  r2 : 00000000  r1 : d7d96016 r0 : 00000000 [  245.903552] Flags: nZcv  IRQs on  FIQs on  Mode SVC_32 ISA ARM  Segment kernel [  245.910772] Control: 10c5787d  Table: 5a47406a  DAC: 00000015 [  245.916576]  [  245.916579] PC: 0xc0744640: [  245.920751] 4640  e3310000 1afffffa f57ff04f e320f004 e5973004e2433001 e5873004 e5973000 [  245.928910] 4660  ea000042 e59f0190 e300332a e19030b3 e31300040a000004 e2800fc6 e59f1198        如上圖，當出現kernel panic的時候，會出現上面所示的堆棧信息。我們可以看到 [  245.866444] PC is atsco_connect_cfm+0x380/0x4e8，就會知道在sco_connect_cfm函數這邊出現問題的。一般來說從LR(鏈接寄存器)這，我們可以知道上面的哪個函數是被hci_proto_connect_cfm所調用的。當看到Unable to handle kernel NULL pointerdereference at virtual address 00000008時，就知道這個函數應用了一個非法地址，在linux中， 將最高的1G字節（從虛擬地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供內核使用，稱為“內核空間”。而將較低的3G字節（從虛擬地址 0x00000000到0xBFFFFFFF），供各個進程使用，稱為“用戶空間），現在內核非法使用了用戶空間的地址故存在問題。        關於kernel panic一般很難復現，於是我計劃在內核中自己用代碼去模擬這個現象。    static inlinevoid hci_proto_connect_cfm(struct hci_conn *conn, __u8 status) { register struct hci_proto *hp;     hp = hci_proto[HCI_PROTO_L2CAP]; if (hp && hp->connect_cfm) hp->connect_cfm(conn, status);     hp = hci_proto[HCI_PROTO_SCO]; if (hp && hp->connect_cfm) hp->connect_cfm(conn, status);     if (conn->connect_cfm_cb) conn->connect_cfm_cb(conn, status); }   當我把函數改變為   static inlinevoid hci_proto_connect_cfm(struct hci_conn *conn, __u8 status) { register struct hci_proto *hp;     hp = hci_proto[HCI_PROTO_L2CAP]; if (hp && hp->connect_cfm) hp->connect_cfm(conn, status);     conn =  = NULL - 21; // Simulation this phenomenon, hp = hci_proto[HCI_PROTO_SCO]; if (hp && hp->connect_cfm) hp->connect_cfm(conn, status);   if (conn->connect_cfm_cb) conn->connect_cfm_cb(conn, status); }          這個現象就會完全的復現。         其實根據 hci_conn 結構體定義，我們就會知道 hcon->type的地址為00000008，於是我們就會明白，在最初的代碼中，在調用sco_connect_cfm的時候，傳入的變量conn的地址被改變為NULL - 21;但是在前面跑hp->connect_cfm(conn, status)卻沒有什麼問題， conn的地址傳進 hp->connect_cfm(conn, status)，也沒有什麼改變。於是我就開始郁悶了。為什麼突然地址變為一個非法的地址？      後來在網上查了下，才發現可能是硬件的問題，使得某一個地址發生了臨時的錯誤而導致的。於是找到了原因，這個bug也就分析結束了。