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如何快速定位 Linux Panic 出错的代码行

Wu Zhangjin 创作于 2014/08/07
  • 问题描述

    内核调试中最常见的一个问题是:内核Panic后,如何快速定位到出错的代码行?

    就是这样一个常见的问题,面试过的大部分同学都未能很好地回答,这里希望能够做很彻底地解答。

  • 问题分析

    内核Panic时,一般会打印回调,并打印出当前出错的地址:

    kernel/panic.c:panic():

    #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
    

    dump_stack()调用关系如下:

    dump_stack() --> __dump_stack() --> show_stack() --> dump_backtrace()
    

    dump_backtrace()会打印整个回调,例如:

    [<001360ac>] (unwind_backtrace+0x0/0xf8) from [<00147b7c>] (warn_slowpath_common+0x50/0x60)
    [<00147b7c>] (warn_slowpath_common+0x50/0x60) from [<00147c40>] (warn_slowpath_null+0x1c/0x24)
    [<00147c40>] (warn_slowpath_null+0x1c/0x24) from [<0014de44>] (local_bh_enable_ip+0xa0/0xac)
    [<0014de44>] (local_bh_enable_ip+0xa0/0xac) from [<0019594c>] (bdi_register+0xec/0x150)
    

    通常,上面的回调会打印出出错的地址。

  • 解决方案

    通过分析,要快速定位出错的代码行,其实就是快速查找到出错的地址对应的代码?

    • 情况一

      在代码编译连接时,每个函数都有起始地址和长度,这个地址是程序运行时的地址,而函数内部,每条指令相对于函数开始地址会有偏移。那么有了地址以后,就可以定位到该地址落在哪个函数的区间内,然后找到该函数,进而通过计算偏移,定位到代码行。

    • 情况二

      但是,如果拿到的日志文件所在的系统版本跟当前的代码版本不一致,那么编译后的地址就会有差异。那么简单地直接通过地址就可能找不到原来的位置,这个就可能需要回调里头的函数名信息。先通过函数名定位到所在函数,然后通过偏移定位到代码行。

    相应的工具有addr2line, gdb, objdump等,这几个工具在How to read a Linux kernel panic?都有介绍,我们将针对上面的实例做更具体的分析。

    需要提到的是,代码的实际运行是不需要符号的,只需要地址就行。所以如果要调试代码,必须确保调试符号已经编译到内核中,不然,回调里头打印的是一堆地址,根本看不到符号,那么对于上面提到的情况二而言,将无法准确定位问题。

    如果要获取到足够多的调试信息,请根据需要打开如下选项:

    CONFIG_KALLSYMS=y
    CONFIG_KALLSYMS_ALL=y
    CONFIG_DEBUG_BUGVERBOSE=y
    CONFIG_STACKTRACE=y
    

    下面分别介绍各种用法。

    • addr2line

      如果出错的内核跟当前需要调试的内核一致,而且编译器等都一致,那么可以通过addr2line直接获取到出错的代码行,假设出错地址为0019594c:

      $ addr2line -e vmlinux_with_debug_info 0x0019594c
      mm/backing-dev.c:335
      

      然后用vim就可以直接找到代码出错的位置:

      $ vim mm/backing-dev.c +335
      

      如果是情况二,可以先通过nm获取到当前的vmlinux中bdi_register函数的真实位置。

      $ nm vmlinux | grep bdi_register
      0x00195860 T bdi_register
      

      然后,加上0xec的偏移,即可算出真实地址:

      $ echo "obase=16;ibase=10;$((0x00195860+0xec))" | bc -l
      19594C
      
    • gdb

      这个也适用情况二,因为可以直接用 符号+偏移 的方式,因此,即使其他地方有改动,这个相对的位置是不变的。

      $ gdb vmlinux_with_debug_info
      $ list *(bdi_register+0xec)
      0x0019594c is in bdi_register (/path/to/mm/backing-dev.c:335).
      330     bdi->dev = dev;
      331
      332     bdi_debug_register(bdi, dev_name(dev));
      333     set_bit(BDI_registered, &#038;bdi->state);
      334
      335     spin_lock_bh(&#038;bdi_lock);
      336     list_add_tail_rcu(&#038;bdi->bdi_list, &#038;bdi_list);
      337     spin_unlock_bh(&#038;bdi_lock);
      338
      339     trace_writeback_bdi_register(bdi);
      

      如果是情况一,则可以直接用地址:list *0x0019594c

    • objdump

      如果是情况一,直接用地址dump出来。咱们回头看一下Backtrace信息:bdi_register+0xec/0x150,这里的0xec是偏移,而0x150是该函数的大小。用objdump默认可以获取整个vmlinux的代码,但是咱们其实只获取一部分,这个可以通过--start-address--stop-address来指定。另外-d可以汇编代码,-S则可以并入源代码。

      $ objdump -dS vmlinux_with_debug_info --start-address=0x0019594c --end-address=$((0x0019594c+0x150))
      

      如果是情况二,也可以跟addr2line一样先算出真实地址,然后再通过上面的方法导出。

    总地来看,gdb还是来得简单方便,无论是情况下和情况二都适用,而且很快捷地就显示出了出错的代码位置,并且能够显示代码的内容。

    对于用户态来说,分析的方式类似。如果要在应用中获取Backtrace,可以参考Generating backtraces。其例子如下:

    #include <execinfo.h>
    #define BACKTRACE_SIZ 64
      
    void show_backtrace (void)
    {
          void    *array[BACKTRACE_SIZ];
          size_t   size, i;
          char   **strings;
      
          size = backtrace(array, BACKTRACE_SIZ);
          strings = backtrace_symbols(array, size);
      
          for (i = 0; i < size; i++) {
              printf("%p : %s\n", array[i], strings[i]);
          }
      
          free(strings);  // malloced by backtrace_symbols
    }
    

    编译代码时需要加上:-funwind-tables-g-rdynamic

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