crash工具实战-变量解析

Crash工具实战-变量解析

Crash工具用于解析Vmcore文件，Vmcore文件为通过kdump等手段收集的操作系统core dump信息，在不采用压缩的情况下，其相当于整个物理内存的镜像，所以其中包括了最全面、最完整的信息，对于分析定位各种疑难问题有极大的帮助。配置kdump后，在内核panic后，会自动进入kump流程，搜集Vmcore。
Crash工具即为专门用于分析vmcore文件的工具，其中提供了大量的实用分析命令，极大的提高了vmcore的分析效率。
在分析vmcore的过程中，常常需要解析内核某个流程中的关键变量的值，以便确认故障当时系统的状态，本文主要介绍变量的解析方法，主要分全局变量和局部变量两种情况。
1、全局变量解析非常简单，可通过在crash中直接p <变量名>打印，如：

crash> p jiffies
jiffies = $3 = 5540265294

2、局部变量的解析比较复杂。
Vmcore搜集的仅为故障当时内存使用情况的一个快照，是静态信息，无法进行动态调试(虽然听说可以，但没见过~~)，对于某个进程而言，在Vmcore中能发掘的进程上下文信息，通常只有堆栈和寄存器的值。而我们了解，通常局部变量在栈中分配，但也可能直接使用寄存器保存，所以可以(也只能)通过“寻找局部变量跟堆栈或寄存器的关系”来解析局部变量的值。所以这里分两种情况：
1）位于栈中的局部变量
这种情况比较常见，此时，局部变量必然位于某一级函数的堆栈中，该局部变量可能通过指针一级级向底层函数传递，所以可能位于多个函数的堆栈中，可以从不同的函数堆栈中解析。但解析会比较困难，难点在于难以确认相关变量在堆栈中的具体位置，解析方法很灵活，需要结合相关源代码，仔细分析流程，找到关键的点，更多的取决于分析者的经验和代码理解能力。
如下以实例说明解析过程：
vmcore中某阻塞的进程有如下的堆栈：

crash> bt 9242
PID: 9242   TASK: ffff8805f3a21540  CPU: 4   COMMAND: "xxx"
 #0 [ffff8805f3a23428] schedule at ffffffff814f8b42
 #1 [ffff8805f3a234f0] schedule_timeout at ffffffff814f9a6d
 #2 [ffff8805f3a235a0] __down at ffffffff814fa992
 #3 [ffff8805f3a235f0] down at ffffffff81097c11
 #4 [ffff8805f3a23620] xfs_buf_lock at ffffffffa0523433 [xfs]
 #5 [ffff8805f3a23650] _xfs_buf_find at ffffffffa05235f2 [xfs]
 #6 [ffff8805f3a236c0] xfs_buf_get at ffffffffa05237db [xfs]
 #7 [ffff8805f3a23700] xfs_buf_read at ffffffffa0523e4c [xfs]
 #8 [ffff8805f3a23730] xfs_trans_read_buf at ffffffffa0519a98 [xfs]
 #9 [ffff8805f3a23780] xfs_read_agf at ffffffffa04cfd26 [xfs]
#10 [ffff8805f3a237c0] xfs_alloc_read_agf at ffffffffa04cfe99 [xfs]
#11 [ffff8805f3a237f0] xfs_alloc_fix_freelist at ffffffffa04d28a1 [xfs]
#12 [ffff8805f3a238d0] xfs_alloc_vextent at ffffffffa04d2e16 [xfs]

可以看出，进程阻塞在信号量上，需要解析如下函数中xfs_buf_t *bp变量的值，以确认其中bp->b_sema信号量的状态。

void
xfs_buf_lock(
    xfs_buf_t        *bp)
{
    trace_xfs_buf_lock(bp, _RET_IP_);

    if (atomic_read(&bp->b_io_remaining))
        blk_run_address_space(bp->b_target->bt_mapping);
    down(&bp->b_sema);
    XB_SET_OWNER(bp);

    trace_xfs_buf_lock_done(bp, _RET_IP_);
}

该变量是通过入参从上级函数传入的，而跟踪上级函数会发现其为在上级函数_xfs_buf_find中分配的局部变量，解析方法有两种：

A、在上级函数中通过该变量与堆栈的关系解析
bp变量是在上级函数_xfs_buf_find定义局部变量，那么其通常会在该级栈中分配空间。但难点还在于如何确认该变量在堆栈中的位置，关键在于找到“寄存器和堆栈关联”的地方，还得分析关键代码流程：

_xfs_buf_find(
    xfs_buftarg_t        *btp,    /* block device target        */
    xfs_off_t        ioff,    /* starting offset of range    */
    size_t            isize,    /* length of range        */
    xfs_buf_flags_t        flags,
    xfs_buf_t        *new_bp)
{
    xfs_off_t        range_base;
    size_t            range_length;
    xfs_bufhash_t        *hash;
    xfs_buf_t        *bp, *n;

    range_base = (ioff << BBSHIFT);
    range_length = (isize << BBSHIFT);
...
found:
    spin_unlock(&hash->bh_lock);

    /* Attempt to get the semaphore without sleeping,
     * if this does not work then we need to drop the
     * spinlock and do a hard attempt on the semaphore.
     */
    if (down_trylock(&bp->b_sema)) {
        if (!(flags & XBF_TRYLOCK)) {
            /* wait for buffer ownership */
            xfs_buf_lock(bp);
            XFS_STATS_INC(xb_get_locked_waited);
...

可以看到，bp是作为xfs_buf_lock函数的入参传入的，那这里应该会通过寄存器或其它方式进行传参，则必然会对bp所在的堆栈位置进行操作，由此应能找到bp在堆栈中的位置。
反汇编相关代码：

crash> dis -l _xfs_buf_find
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 431
0xffffffffa05234f0 <_xfs_buf_find>: push %rbp
0xffffffffa05234f1 <_xfs_buf_find+1>: mov %rsp,%rbp
0xffffffffa05234f4 <_xfs_buf_find+4>: push %r15
0xffffffffa05234f6 <_xfs_buf_find+6>: push %r14
...
0xffffffffa05235e6 <_xfs_buf_find+246>: mov %rcx,%rdi
0xffffffffa05235e9 <_xfs_buf_find+249>: mov %rcx,-0x58(%rbp) //可以看出rbp偏移0x58即为入参bp的值
0xffffffffa05235ed <_xfs_buf_find+253>: callq  0xffffffffa05233e0 <xfs_buf_lock> //此处调用xfs_buf_lock
...

找到调用xfs_buf_lock函数的地方，在此之前准备入参，操作了堆栈-0x58(%rbp) ，可以看出rbp偏移0x58即为入参bp的值
再看看堆栈中-0x58(%rbp)中的内容具体是啥：

crash> bt -f 9242
PID: 9242   TASK: ffff8805f3a21540  CPU: 4   COMMAND: "xxx"
 #0 [ffff8805f3a23428] schedule at ffffffff814f8b42
    ffff8805f3a23430: 0000000000000082 ffff8805f3a234a8
    ffff8805f3a23440: 0000000181164d0e ffff880c20518300
    ffff8805f3a23450: 00051200f3a21b00 ffff880c20518300
    ffff8805f3a23460: 00051200f3a21540 ffff8805f3a21af8
    ffff8805f3a23470: ffff8805f3a23fd8 000000000000f4e8
    ffff8805f3a23480: ffff8805f3a21af8 ffff880c20e1a080
    ffff8805f3a23490: ffff8805f3a21540 ffff8805f3a234d8
    ffff8805f3a234a0: 0000000000000246 ffff880c1d102400
    ffff8805f3a234b0: 0000000000000246 ffff8805f3a234d8
    ffff8805f3a234c0: ffff8802ecd784b8 7fffffffffffffff
    ffff8805f3a234d0: ffff8805f3a235a8 7fffffffffffffff
    ffff8805f3a234e0: 0000000000000200 ffff8805f3a23598
    ffff8805f3a234f0: ffffffff814f9a6d
...

我们知道：
（1）栈的地址是向低地址延伸的，也就是说压栈时，sp(栈顶地址)减小。
（2）第一个压栈的上级函数的返回地址，所以其中的ffffffffa05237db为上级函数的返回地址（从上述堆栈中可以明显看出~）
在_xfs_buf_find()函数反汇编的第一句，就对rbp(即上级堆栈栈帧指针)进行了压栈，所以 ffff8805f3a236f8为rbp。
0xffffffffa05234f0 <_xfs_buf_find>: push %rbp
此时的rsp应该就是ffff8805f3a236b8：接下来：
0xffffffffa05234f1 <_xfs_buf_find+1>: mov %rsp,%rbp
那么此时的rbp也就等于ffff8805f3a236b8，那么rbp-0x58就是ffff8802ecd78480即为我们苦苦寻找的bp指针了！！
通过如下命令验证下该bp指针的内容，其类型为xfs_buf_t结构体：

crash> struct xfs_buf_t ffff8802ecd78480
struct xfs_buf_t {
  b_rbnode = {
    rb_parent_color = 18446612143895321536,
    rb_right = 0x0,
    rb_left = 0x0
  },
  b_file_offset = 500099736064,
  b_buffer_length = 512,
  b_hold = {
    counter = 6
  },
  b_lru_ref = {
    counter = 3
  },
  b_flags = 3145844,
  b_sema = {
    lock = {
      raw_lock = {
        slock = 151718155
      }
    },
    count = 0,
    wait_list = {
      next = 0xffff88008c3f38c8,
      prev = 0xffff8805f3a235a8
    }
  },

内容输出正常，应说明解析是正确的。
从该结构体内容可以看出，该xfs_lock被其它进程占用了，且等待队列中有进程正在等待该锁，进一步分析wait_list可以得到每个等待进行的相关信息，这里不再赘述具体方法。

B、在本级或下级函数中通过该变量与堆栈的关系解析
解析关键在于：需要找到引用该变量的关键点，比如这里的down(&bp->b_sema)函数，以bp变量所为入参，那么就必然会对该变量进行操作，比如通过寄存器传参到down函数中，在此可以寻找到蛛丝马迹。
首先，需要对xfs_buf_lock函数进行反汇编：

crash> dis -l xfs_buf_lock
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 933
0xffffffffa05233e0 <xfs_buf_lock>: push %rbp
0xffffffffa05233e1 <xfs_buf_lock+1>: mov %rsp,%rbp
0xffffffffa05233e4 <xfs_buf_lock+4>: sub $0x20,%rsp
0xffffffffa05233e8 <xfs_buf_lock+8>: mov %rbx,-0x18(%rbp)
0xffffffffa05233ec <xfs_buf_lock+12>: mov %r12,-0x10(%rbp)
0xffffffffa05233f0 <xfs_buf_lock+16>: mov %r13,-0x8(%rbp)
0xffffffffa05233f4 <xfs_buf_lock+20>: nopl   0x0(%rax,%rax,1)
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_trace.h: 324
0xffffffffa05233f9 <xfs_buf_lock+25>: mov    0x29768(%rip),%r13d        # 0xffffffffa054cb68 <__tracepoint_xfs_buf_lock+8>
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 934
0xffffffffa0523400 <xfs_buf_lock+32>: mov    0x8(%rbp),%r12
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 933
0xffffffffa0523404 <xfs_buf_lock+36>: mov %rdi,%rbx
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_trace.h: 324
0xffffffffa0523407 <xfs_buf_lock+39>: test %r13d,%r13d
0xffffffffa052340a <xfs_buf_lock+42>: jne    0xffffffffa05234bb <xfs_buf_lock+219>
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/arch/x86/include/asm/atomic_64.h: 23
0xffffffffa0523410 <xfs_buf_lock+48>: mov    0x128(%rbx),%eax
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 936
0xffffffffa0523416 <xfs_buf_lock+54>: test %eax,%eax
0xffffffffa0523418 <xfs_buf_lock+56>: je     0xffffffffa0523420 <xfs_buf_lock+64>
0xffffffffa052341a <xfs_buf_lock+58>: cmpb   $0x0,0x30(%rbx)
0xffffffffa052341e <xfs_buf_lock+62>: js     0xffffffffa0523480 <xfs_buf_lock+160>
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/arch/x86/include/asm/atomic_64.h: 23
0xffffffffa0523420 <xfs_buf_lock+64>: mov    0x12c(%rbx),%eax
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 938
0xffffffffa0523426 <xfs_buf_lock+70>: test %eax,%eax
0xffffffffa0523428 <xfs_buf_lock+72>: jne    0xffffffffa0523458 <xfs_buf_lock+120>
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 940
0xffffffffa052342a <xfs_buf_lock+74>:  lea    0x38(%rbx),%rdi
0xffffffffa052342e <xfs_buf_lock+78>: callq  0xffffffff81097bd0 <down>
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_trace.h: 325
0xffffffffa0523433 <xfs_buf_lock+83>: mov    0x2976e(%rip),%r11d        # 0xffffffffa054cba8 <__tracepoint_xfs_buf_lock_done+8>
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/fs/xfs/linux-2.6/xfs_buf.c: 943
0xffffffffa052343a <xfs_buf_lock+90>: mov    0x8(%rbp),%r12

找到关键点：调用down()函数的地方，然后可以发现，在call down之前，就行了相关寄存器操作，可以推测是进行传参相关的准备。
可以发现有
lea 0x38(%rbx),%rdi
对比代码
down(&bp->b_sema);
可以看出，入参是bp结构体的一个成员，刚好跟0x38偏移对应，由此可推测此时的rbx寄存器为存放bp指针的寄存器。
接下来，需要寻找rbx寄存器跟堆栈的关系，需要找到从rbx向堆栈写、或从堆栈向rbx读的相关操作，而在当级函数的反汇编代码中显然没有，需要进入下级函数down()中，看看是否有相关操作，对down()进行反汇编：

crash> dis -l down
/usr/src/debug/kernel-2.6.32-220.el6/linux-2.6.32-220.el6.x86_64/kernel/semaphore.c: 54
0xffffffff81097bd0 <down>: push %rbp
0xffffffff81097bd1 <down+1>: mov %rsp,%rbp
0xffffffff81097bd4 <down+4>: push %rbx
0xffffffff81097bd5 <down+5>: sub $0x18,%rsp
0xffffffff81097bd9 <down+9>: nopl   0x0(%rax,%rax,1)
0xffffffff81097bde <down+14>: mov %rdi,%rbx
...

可以看出，其中第5行对rbx寄存器进行压栈，bingo!，这正是我们要寻找的，由此说明bp指针的值，必然可以在down()这一级函数的栈中找到。
解析堆栈：

crash> bt -f 9242
PID: 9242   TASK: ffff8805f3a21540  CPU: 4   COMMAND: "_0605_KLINUX_DF"
 #0 [ffff8805f3a23428] schedule at ffffffff814f8b42
    ffff8805f3a23430: 0000000000000082 ffff8805f3a234a8
    ffff8805f3a23440: 0000000181164d0e ffff880c20518300
    ffff8805f3a23450: 00051200f3a21b00 ffff880c20518300
    ffff8805f3a23460: 00051200f3a21540 ffff8805f3a21af8
    ffff8805f3a23470: ffff8805f3a23fd8 000000000000f4e8
    ffff8805f3a23480: ffff8805f3a21af8 ffff880c20e1a080
    ffff8805f3a23490: ffff8805f3a21540 ffff8805f3a234d8
    ffff8805f3a234a0: 0000000000000246 ffff880c1d102400
    ffff8805f3a234b0: 0000000000000246 ffff8805f3a234d8
    ffff8805f3a234c0: ffff8802ecd784b8 7fffffffffffffff
    ffff8805f3a234d0: ffff8805f3a235a8 7fffffffffffffff
    ffff8805f3a234e0: 0000000000000200 ffff8805f3a23598
    ffff8805f3a234f0: ffffffff814f9a6d
...
 #3 [ffff8805f3a235f0] down at ffffffff81097c11
    ffff8805f3a235f8: ffff8805f3a23618 0000000000000292
    ffff8805f3a23608: ffff8802ecd78480 ffff8802ecd78480
    ffff8805f3a23618: ffff8805f3a23648 ffffffffa0523433
 #4 [ffff8805f3a23620] xfs_buf_lock at ffffffffa0523433 [xfs]
    ffff8805f3a23628: 0000000000016ec0 0000000000016ec0
    ffff8805f3a23638: ffff8808fe07c0c0 ffff8802ecd78490
    ffff8805f3a23648: ffff8805f3a236b8 ffffffffa05235f2

down()的堆栈在第#3级，再看看down()的反汇编代码的头三句：
0xffffffff81097bd0 <down>: push %rbp
0xffffffff81097bd1 <down+1>: mov %rsp,%rbp

0xffffffff81097bd4 <down+4>: push %rbx

显然，接下来压栈的是rbp，即ffff8805f3a23648是rbp，即上一级堆栈的栈帧指针。
第3句，即对rbx压栈，说明rbx(即我们要找的bp指针的值)就位于down()函数堆栈中的第3个位置(第1为上级函数返回地址、第2为rbp)，即：
ffff8802ecd78480
所以，我们找到了。。。。

2）位于寄存器中的局部变量
由于Vmcore只是一个内存快照的静态数据，所以其中保存的进程上下文中，只保存了最后一级函数执行时的寄存器内容，所以，如果相关局部变量位于最后一级函数中，且用寄存器保存，那么此时可以直接通过相关进程的bt上下文得到：

crash> bt 9242
PID: 9242   TASK: ffff8805f3a21540  CPU: 4   COMMAND: "_0605_KLINUX_DF"
 #0 [ffff8805f3a23428] schedule at ffffffff814f8b42
 #1 [ffff8805f3a234f0] schedule_timeout at ffffffff814f9a6d
 #2 [ffff8805f3a235a0] __down at ffffffff814fa992
 #3 [ffff8805f3a235f0] down at ffffffff81097c11
 #4 [ffff8805f3a23620] xfs_buf_lock at ffffffffa0523433 [xfs]
 #5 [ffff8805f3a23650] _xfs_buf_find at ffffffffa05235f2 [xfs]
 #6 [ffff8805f3a236c0] xfs_buf_get at ffffffffa05237db [xfs]
..
#24 [ffff8805f3a23f80] system_call_fastpath at ffffffff8100b0f2
    RIP: 0000003885e0ed2d  RSP: 00007f43871e36e0  RFLAGS: 00003297
    RAX: 0000000000000002  RBX: ffffffff8100b0f2  RCX: 0000000000000000
    RDX: 0000000000000241  RSI: 0000000000000241  RDI: 00007f43871e3710
    RBP: 00007f43871e365c   R8: 00007f43871df440   R9: 0000000000100000
    R10: 0000000000000000  R11: 0000000000003293  R12: ffffffff8117a830
    R13: ffff8805f3a23f78  R14: 00007f43871e3710  R15: 00007f43871e391c
    ORIG_RAX: 0000000000000002  CS: 0033  SS: 002b

但是，如果需要解析的局部变量位于中间流程，且使用寄存器保存，且不能在最后一级函数执行时的进程上下文中体现，那么此类局部变量就无法解析了。。