嵌入式Linux Kernel錯誤跟蹤技術

2 LCRT機制的設計與實現

通過對Linux內核代碼的分析可知，Linux內核本身提供了一種“內核通知機制”[7-8]，并預定義了“內核事件通知鏈”，使得Linux內核擴展開發人員可以通過這些預定義的內核事件通知鏈在特定的內核事件發生時執行附加的處理流程。通過對Linux內核源代碼的研究發現，對于上文中提到的“嚴重不可恢復的內核異常”，預定義了一個通知鏈和通知點，使得在發生Linux內核崩潰之后，可以在Linux內核的panic函數中預定義的一個“內核崩潰通知鏈”[7]上掛接LCRT機制來獲得Linux內核崩潰現場的一些信息并記錄到非易失性存儲器中，以便分析引起Linux內核崩潰的原因。

2.1 設計要點

LCRT機制的設計和實現基于如下特定的機制：

(1) 編譯器選項與內核依賴

Linux內核及相應的驅動程序都采用GNU[9]的開源編譯器GCC[9]編譯，為了結合LCRT機制方便地提取信息和記錄信息，需要采用特定的GCC編譯器選項來編譯Linux內核和相關的驅動程序以及應用程序。用到的選項為：-mpoke-function-name[9]。使用這個選項編譯出的二進制程序中可以包含C語言函數名稱的信息，以方便函數調用鏈回溯時記錄信息的可讀性。

(2) Linux內核notify_chain機制[8]

Linux內核提供“通知鏈”功能，并預定義了一個內核崩潰通知鏈，在Linux內核的異常處理例程中判斷出系統進入“不可恢復”狀態時，會沿預定義的通知鏈順序調用注冊到相應鏈中的通知函數。

(3) 函數調用的棧布局

Linux內核的絕大部分由C語言實現，而且C語言也多用來進行Linux內核開發。Linux內核及使用LKM擴展而加入Linux內核執行環境的代碼是有規律可循的，這些代碼在執行過程中產生的棧布局和這些規律的代碼相關聯。例如，這些函數在執行函數之前會保存本函數調用后的返回地址、本函數被調用時傳遞過來的參數及調用本函數的函數所擁有的棧幀的棧底。

2.2 LCRT機制的設計思想

LCRT機制分為Linux內核模塊[8]部分和Linux用戶程序部分。內核模塊部分的設計采用了Linux內核模塊的模式而不是直接修改Linux內核。這樣的設計降低了Linux內核和LCRT機制之間的耦合度，同時滿足了Linux內核和LCRT機制獨立升級完善的便利性。用戶程序部分完成從非易失性存儲器中讀取、清除LCRT機制保存的信息等相關功能。

在LCRT機制的設計中，針對嵌入式系統的特點，其設計決策有：

(1) 將對于解決和定位問題最具輔助意義的函數調用關系鏈記錄下來。

(2) 為了不占用過多的存儲空間，有選擇性地將函數調用序列上的函數各自用到的棧內容保存起來，而不是保存全部內容。

(3) 將記錄的信息保存到非易失性存儲器中，這樣既達到了掉電保存的目的、又縮短了寫入時間。

LCRT機制的設計包括以下五個方面。

(1) 設計Linux內核模塊、動態地加載LCRT機制、盡量少地修改Linux內核代碼。

(2)在相應、預定義的Linux內核通知鏈上掛接LCRT的通知函數。

(3) 在LCRT機制的通知處理函數中進行堆棧回溯得到函數調用信息。

(4) 記錄回溯到的函數調用信息和堆棧空間內容到非易失性存儲器。

(5) 開發用戶空間的工具，可以從非易失性存儲器中讀取保存的信息。

2.3 LCRT機制的實現

LCRT機制的實現可參照2.2節的設計思想，分步予以實現。限于篇幅，本文不過多涉及Linux內核模塊的原理和實現相關的細節，僅僅給出LCRT機制的內核模塊實現偽代碼。用偽代碼描述LCRT機制的加載函數如下:

int lcrt_init(void)

{

printk("Registering my__panic notifier.");

bt_nvram_ptr=(volatile unsigned char*)ioremap_

nocache (BT_NVRAM_BASE,BT_NVRAM_LENGTH);

bt_nvram_index+=sizeof(struct bt_info);

*)bt_nvram_ptr,BT_NVRAM_LENGTH);

notifier_chain_register(panic_notifier_list,my_

panic_block);

return 0;

}

LCRT機制的通知處理函數完成函數調用關系回溯、得到函數名稱、函數棧內容等工作，限于篇幅，在這里用下面偽代碼說明：

void ll_bt_information(struct pt_regs *pr)

{

變量定義等初始化工作

do {

reglist=*(unsigned long *)(*myfp-8);

//從函數棧幀的頂部獲取函數開始執行時保存的寄存器信息

　　//從函數的代碼區中取得函數的名稱

//從函數的棧幀里取出函數執行函數體代碼之前保存的函數參數信息

　　//從本函數的棧幀中得到調用本函數的代碼所在位置和調用本函數的函數棧幀的棧底

}while(直到函數調用鏈的鏈頭);