一次kernel panic分析--空指针in handle_IRQ_event

一、故障现象
内核panic，打印如下：

Unable to handle kernel NULL pointer dereference at 0000000000000039 RIP:
 [<ffffffff80010b74>] handle_IRQ_event+0x44/0xa6
PGD 61df63067 PUD 61ea5a067 PMD 0
Oops: 0000 [1] SMP
last sysfs file: /devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/scaling_max_freq
CPU 8
Modules linked in: ossmod(U) tipc(U) bsp_smbus_ctrl(U) bonding autofs4 hidp rfcomm l2cap bluetooth lockd sunrpc ipv6 xfrm_nalgo crypto_api cpufreq_ondemand acpi_cpufreq freq_table dm_mirror d
m_multipath scsi_dh video hwmon backlight sbs i2c_ec button battery asus_acpi acpi_memhotplug ac lp floppy esh(U) snd_hda_intel snd_seq_dummy snd_seq_oss snd_seq_midi_event snd_seq snd_seq_de
vice sg snd_pcm_oss snd_mixer_oss snd_pcm snd_timer snd_page_alloc snd_hwdep snd igb i2c_i801 i2c_core soundcore 8021q serio_raw parport_pc parport e1000(U) pcspkr dm_raid45 dm_message dm_reg
ion_hash dm_log dm_mod dm_mem_cache ata_piix libata shpchp mptsas mptscsih mptbase scsi_transport_sas sd_mod scsi_mod ext3 jbd uhci_hcd ohci_hcd ehci_hcd
Pid: 0, comm: swapper Tainted: G      2.6.18-164.el5 #1
RIP: 0010:[<ffffffff80010b74>] [<ffffffff80010b74>] handle_IRQ_event+0x44/0xa6
RSP: 0018:ffff81032fca7f28  EFLAGS: 00010202
RAX: 0000000000000001 RBX: 0000000000000000 RCX: 00000000000000b2
RDX: ffff810009028520 RSI: ffff81032fc98000 RDI: ffff81032b1c7180
RBP: 0000000000000001 R08: ffff81032fca0000 R09: ffffffff800967c5
R10: ffff81032fca7f30 R11: ffff81032fca1ee8 R12: 00000000000000b2
R13: 0000000000000001 R14: ffff81032fca1df8 R15: ffff81032fca1df8
FS: 0000000000000000(0000) GS:ffff81010b373b40(0000) knlGS:0000000000000000
CS: 0010 DS: 0018 ES: 0018 CR0: 000000008005003b
CR2: 0000000000000039 CR3: 000000061f37c000 CR4: 00000000000006e0
Process swapper (pid: 0, threadinfo ffff81032fca0000, task ffff81033ab0f7e0)
Stack: ffffffff803e3580 000000000000b200 00000000000000b2 ffff81032acdee40
 ffffffff803e35bc ffffffff800b9808 ffffffff8001235a 00000000000000b2
 ffff81032fca1df8 00000000009c1418 ffff81062dc4d000 0000000000000800
Call Trace:
 <IRQ> [<ffffffff800b9808>] __do_IRQ+0xa4/0x103
 [<ffffffff8001235a>] __do_softirq+0x89/0x133
 [<ffffffff8006c997>] do_IRQ+0xe7/0xf5
 [<ffffffff8005d615>] ret_from_intr+0x0/0xa
 <EOI> [<ffffffff8019768f>] acpi_processor_idle+0x274/0x463
 [<ffffffff80197685>] acpi_processor_idle+0x26a/0x463
 [<ffffffff8019741b>] acpi_processor_idle+0x0/0x463
 [<ffffffff8019741b>] acpi_processor_idle+0x0/0x463
 [<ffffffff8004939e>] cpu_idle+0x95/0xb8
 [<ffffffff80076e23>] start_secondary+0x45a/0x469

从打印看，是在handle_IRQ_event函数中遇到了空指针


二、Vmcore分析
1、反汇编handle_IRQ_event，获取RIP所在的指令

crash> dis -l handle_IRQ_event
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 134
0xffffffff80010b30 <handle_IRQ_event>: push %r14
include/trace/irq.h: 7
0xffffffff80010b32 <handle_IRQ_event+2>: cmpl   $0x0,3859215(%rip) # 0xffffffff803bee48 <__tracepoint_irq_entry.10785+8>
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 134
0xffffffff80010b39 <handle_IRQ_event+9>: mov %rsi,%r14
0xffffffff80010b3c <handle_IRQ_event+12>: push %r13
0xffffffff80010b3e <handle_IRQ_event+14>: push %r12
0xffffffff80010b40 <handle_IRQ_event+16>: mov %edi,%r12d
0xffffffff80010b43 <handle_IRQ_event+19>: push %rbp
0xffffffff80010b44 <handle_IRQ_event+20>: mov %rdx,%rbp
0xffffffff80010b47 <handle_IRQ_event+23>: push %rbx
include/trace/irq.h: 7
0xffffffff80010b48 <handle_IRQ_event+24>: je 0xffffffff80010b68 <handle_IRQ_event+56>
0xffffffff80010b4a <handle_IRQ_event+26>: mov 3859199(%rip),%rbx        # 0xffffffff803bee50 <__tracepoint_irq_entry.10785+16>
0xffffffff80010b51 <handle_IRQ_event+33>: test %rbx,%rbx
0xffffffff80010b54 <handle_IRQ_event+36>: je 0xffffffff80010b68 <handle_IRQ_event+56>
0xffffffff80010b56 <handle_IRQ_event+38>: mov %r14,%rsi
0xffffffff80010b59 <handle_IRQ_event+41>: mov %r12d,%edi
0xffffffff80010b5c <handle_IRQ_event+44>: callq *(%rbx)
0xffffffff80010b5e <handle_IRQ_event+46>: add $0x8,%rbx
0xffffffff80010b62 <handle_IRQ_event+50>: cmpq   $0x0,(%rbx)
0xffffffff80010b66 <handle_IRQ_event+54>: jmp 0xffffffff80010b54 <handle_IRQ_event+36>
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 142
0xffffffff80010b68 <handle_IRQ_event+56>: testb  $0x20,0x8(%rbp)
0xffffffff80010b6c <handle_IRQ_event+60>: jne 0xffffffff80010b6f <handle_IRQ_event+63>
include/asm/irqflags.h: 80
0xffffffff80010b6e <handle_IRQ_event+62>: sti
0xffffffff80010b6f <handle_IRQ_event+63>: xor %r13d,%r13d
0xffffffff80010b72 <handle_IRQ_event+66>: xor %ebx,%ebx
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 146
0xffffffff80010b74 <handle_IRQ_event+68>: mov 0x38(%rbp),%rsi
0xffffffff80010b78 <handle_IRQ_event+72>: mov %r14,%rdx

从之前的堆栈可以看出RIP为：handle_IRQ_event+0x44/0xa6
0x44折算成十进制为68，所以需要关注handle_IRQ_event+68行：
0xffffffff80010b74 :       mov    0x38(%rbp),%rsi
从之前的汇编分析，rsi的值应该是上级函数传入，不太可能在其中出现空指针，问题应该出在0x38(%rbp)上，也就是rbp上。

2、结合handle_IRQ_event源代码分析
handle_IRQ_event代码如下：

132 irqreturn_t handle_IRQ_event(unsigned int irq, struct pt_regs *regs,
133                  struct irqaction *action)
134 {
135     irqreturn_t ret, retval = IRQ_NONE;
136     unsigned int status = 0;
137
138     trace_irq_entry(irq, regs);
139
140     handle_dynamic_tick(action);
141
142 if (!(action->flags & IRQF_DISABLED))
143         local_irq_enable_in_hardirq();
144
145 do {
146         ret = action->handler(irq, action->dev_id, regs);
147 if (ret == IRQ_HANDLED)
148             status |= action->flags;
149         retval |= ret;
150         action = action->next;
151 } while (action);
152
153 if (status & IRQF_SAMPLE_RANDOM)
154         add_interrupt_randomness(irq);
155     local_irq_disable();
156
157     trace_irq_exit(irq, retval);
158
159     return retval;
160 }

之前反汇编中有代码行提示：
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 146
可以看出问题出在146行：
146         ret = action->handler(irq, action->dev_id, regs);
可以看出0x38(%rbp)应该对应action->dev_id(因为通过偏移访问，结构体访问基本如此)，如此可见rbp中存放的即action变量的的值，
分析源代码，action是通过入参传入的，但是在146-151行的循环中，150行，对action重新赋值了。
150         action = action->next;
如此，可以推测action->next出问题了，也就是通过入参传入的action的next成员出问题了，of course，也可能是一开始的传入的如此就有问题了。
继续分析action入参的值。

3、入参(action)分析
action被放入了rbp寄存器，看如下汇编行：
0xffffffff80010b44 :       mov    %rdx,%rbp
可以看出，action入参是通过rdx寄存器传入的，并不是我们通常认为的通过堆栈。需要进一步分析上级行数中的rdx寄存器的值。

4、上级函数__do_IRQ分析

crash> bt
PID: 0      TASK: ffff81033ab0f7e0  CPU: 8   COMMAND: "swapper"
 #0 [ffff81032fca7c80] crash_kexec at ffffffff800ac5b9
 #1 [ffff81032fca7d40] __die at ffffffff80065127
 #2 [ffff81032fca7d80] do_page_fault at ffffffff80066da7
 #3 [ffff81032fca7e70] error_exit at ffffffff8005dde9
    [exception RIP: handle_IRQ_event+68]
    RIP: ffffffff80010b74  RSP: ffff81032fca7f28  RFLAGS: 00010202
    RAX: 0000000000000001  RBX: 0000000000000000  RCX: 00000000000000b2
    RDX: ffff810009028520  RSI: ffff81032fc98000  RDI: ffff81032b1c7180
    RBP: 0000000000000001   R8: ffff81032fca0000   R9: ffffffff800967c5
    R10: ffff81032fca7f30  R11: ffff81032fca1ee8  R12: 00000000000000b2
    R13: 0000000000000001  R14: ffff81032fca1df8  R15: ffff81032fca1df8
    ORIG_RAX: ffffffffffffffff CS: 0010 SS: 0018
 #4 [ffff81032fca7f20] handle_IRQ_event at ffffffff80010b81
 #5 [ffff81032fca7f50] __do_IRQ at ffffffff800b9808
 #6 [ffff81032fca7f90] do_IRQ at ffffffff8006c997
--- <IRQ stack> ---

可见，上级函数为__do_IRQ。
对照__do_IRQ源代码，可以看出调用handle_IRQ_event的地方为240行，所以关注汇编中的相关行附件代码即可

174 fastcall unsigned int __do_IRQ(unsigned int irq, struct pt_regs *regs)
175 {
176     struct irq_desc *desc = irq_desc + irq;
177     struct irqaction *action;
178     unsigned int status;
...
235 for (;;) {
236         irqreturn_t action_ret;
237
238         spin_unlock(&desc->lock);
239
240         action_ret = handle_IRQ_event(irq, regs, action);
241 if (!noirqdebug)
242             note_interrupt(irq, desc, action_ret, regs);
243
244         spin_lock(&desc->lock);
245 if (likely(!(desc->status & IRQ_PENDING)))
246             break;
247         desc->status &= ~IRQ_PENDING;
248 }
...
260 }

继续反汇编__do_IRQ

/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 222
0xffffffff800b97f1 <__do_IRQ+141>: je 0xffffffff800b9845 <__do_IRQ+225>
include/asm/spinlock.h: 62
0xffffffff800b97f3 <__do_IRQ+143>: movl   $0x1,0x3c(%rbx)
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 240
0xffffffff800b97fa <__do_IRQ+150>: mov %r13,%rdx
0xffffffff800b97fd <__do_IRQ+153>: mov %r15,%rsi
0xffffffff800b9800 <__do_IRQ+156>: mov %r12d,%edi
0xffffffff800b9803 <__do_IRQ+159>: callq  0xffffffff80010b30 <handle_IRQ_event>
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 241
0xffffffff800b9808 <__do_IRQ+164>: cmpl   $0x0,3358161(%rip) # 0xffffffff803ed5e0 <noirqdebug>
0xffffffff800b980f <__do_IRQ+171>: jne 0xffffffff800b9821 <__do_IRQ+189>
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 242
0xffffffff800b9811 <__do_IRQ+173>: mov %r15,%rcx
0xffffffff800b9814 <__do_IRQ+176>: mov %eax,%edx
0xffffffff800b9816 <__do_IRQ+178>: mov %rbx,%rsi
0xffffffff800b9819 <__do_IRQ+181>: mov %r12d,%edi

可以看出edx的值来源于r13，再回看handle_IRQ_event函数的反汇编，在该函数的开始对r13寄存器进行了压栈

0xffffffff80010b30 <handle_IRQ_event>: push %r14
include/trace/irq.h: 7
0xffffffff80010b32 <handle_IRQ_event+2>: cmpl   $0x0,3859215(%rip) # 0xffffffff803bee48 <__tracepoint_irq_entry.10785+8>
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 134
0xffffffff80010b39 <handle_IRQ_event+9>: mov %rsi,%r14
0xffffffff80010b3c <handle_IRQ_event+12>: push %r13

所以，可以从handle_IRQ_event函数的栈帧中找到action的值。r13应该位于该栈帧中的第3个值，因为第一个必然为函数的返回地址，第二个值为r14（在r13之前压入）。
看看handle_IRQ_event函数的栈

crash> bt -f
PID: 0      TASK: ffff81033ab0f7e0  CPU: 8   COMMAND: "swapper"
 #0 [ffff81032fca7c80] crash_kexec at ffffffff800ac5b9
    ffff81032fca7c88: ffff81032fca1df8 ffff81032fca1df8
    ffff81032fca7c98: 0000000000000001 00000000000000b2
    ffff81032fca7ca8: 0000000000000001 0000000000000000
    ffff81032fca7cb8: ffff81032fca1ee8 ffff81032fca7f30
    ffff81032fca7cc8: ffffffff800967c5 ffff81032fca0000
    ffff81032fca7cd8: 0000000000000001 00000000000000b2
    ffff81032fca7ce8: ffff810009028520 ffff81032fc98000
    ffff81032fca7cf8: ffff81032b1c7180 ffffffffffffffff
    ffff81032fca7d08: ffffffff80010b74 0000000000000010
    ffff81032fca7d18: 0000000000010202 ffff81032fca7f28
    ffff81032fca7d28: 0000000000000018 ffff81032fca7e78
    ffff81032fca7d38: ffffffff802a4d0d ffffffff80065127
.......
#4 [ffff81032fca7f20] handle_IRQ_event at ffffffff80010b81
    ffff81032fca7f28: ffffffff803e3580 000000000000b200
    ffff81032fca7f38: 00000000000000b2 ffff81032acdee40
    ffff81032fca7f48: ffffffff803e35bc ffffffff800b9808
 #5 [ffff81032fca7f50] __do_IRQ at ffffffff800b9808
    ffff81032fca7f58: ffffffff8001235a 00000000000000b2
    ffff81032fca7f68: ffff81032fca1df8 00000000009c1418
    ffff81032fca7f78: ffff81062dc4d000 0000000000000800
    ffff81032fca7f88: ffffffff803ea360 ffffffff8006c997

可以看出action的值应该为ffff81032acdee40，看看其中的内容，顺便验证下。
action为irqaction类型的结构体：

crash> struct irqaction ffff81032acdee40
struct irqaction {
  handler = 0xffffffff8827628b,
  flags = 0,
  mask = {
    bits = {0, 0, 0, 0}
  },
  name = 0xffff81032b1c7000 "eth0-rx-3",
  dev_id = 0xffff81032bef56b8,
  next = 0x1,
  irq = 178,
  dir = 0xffff810328db2180
}

可以看出该irqaction结构体对应于eth0网卡的接收中断，中断号为178，注意其中的next，为0x1，这就是问题所在。
从log信息可以看出空指针具体的值为：0000000000000039 ，正好=0x1+38，所以说明分析是正确的。

分析代码逻辑和irqaction的定义：

crash> struct irqaction
struct irqaction {
    irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *);
    long unsigned int flags;
    cpumask_t mask;
    const char *name;
    void *dev_id;
    struct irqaction *next;
    int irq;
    struct proc_dir_entry *dir;
}
SIZE: 88

这里的next应该在有中断共享时使用，即同一个irq号对应多个ISR，如果有共享，那么这里的next指向共享该irq的下一个action.
从/proc/interrupts信息，可以看出178号中断并没有共享的情况，所以，这里的next应该为null，为0x1显然有问题了。
从irqaction中的值分析，next前后的数据都是正常的，只有next从0突变成1了，基本可以排除由于内存越界导致内存写坏的情况。
分析设置next指针的所有代码，只有设置地址和删除的代码，并没有发现有直接设置为1的地方。

那为什么如此呢？要继续分析就很困难了。

5、分析irq_desc
没有其它分析思路了，尝试分析action所在的结构体irq_desc，看看其中的内容，该结构体的值需要从上级函数__do_IRQ分析，见其代码176行：
176     struct irq_desc *desc = irq_desc + irq;
其中irq_desc为全局变量（数组），存放所有的irq_desc，按编号排列。
对照其汇编：
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 176
0xffffffff800b9784 <__do_IRQ+32>:       lea    0xffffffff803d8380(%rbp),%rbx
lea指令的意思是将0xffffffff803d8380(%rbp)地址(即rbp+0xffffffff803d8380)，赋值给rbx，这里显然0xffffffff803d8380就是irq_desc全局变量的地址。
确认一下：

crash> struct irq_desc 0xffffffff803d8380
struct irq_desc {
  handle_irq = 0,
  chip = 0xffffffff803ec7e0,
  handler_data = 0x0,
  chip_data = 0x0,
  action = 0xffffffff803018a0,
  status = 0,
  depth = 0,
  wake_depth = 0,
  irq_count = 22386,
  irqs_unhandled = 0,
  lock = {
    raw_lock = {
      slock = 1
    }
  },
  affinity = {
    bits = {1, 0, 0, 0}
  },
  cpu = 0,
  pending_mask = {
    bits = {0, 0, 0, 0}
  },
  move_irq = 0,
  dir = 0xffff81062ddbd180
}
crash> struct irqaction 0xffffffff803018a0
struct irqaction {
  handler = 0xffffffff8006e9da <timer_interrupt>,
  flags = 32,
  mask = {
    bits = {0, 0, 0, 0}
  },
  name = 0xffffffff802b3dfa "timer",
  dev_id = 0x0,
  next = 0x0,
  irq = 0,
  dir = 0x0
}

可以看出位于该全局变量的第一个元素为时钟中断对应的描述符，说明分析正确。但我们这里需要分析的是178号中断(irq好前面已经分析得到了)，应该怎么查找呢。
继续看汇编代码，可以看出178号中断对应的描述符在irq_desc数组中的偏移量存放在rbp中了，查看rbp后续的汇编代码，并没有对进行压栈处理，且当前函数不是最顶级的堆栈函数，所以无法直接从vmcore中获取rbp的值，只能想其它办法了。
继续看汇编代码：
/usr/src/debug/kernel-2.6.18/linux-2.6.18.x86_64/kernel/irq/handle.c: 176
0xffffffff800b977c <__do_IRQ+24>:       mov    %rcx,%rbp
0xffffffff800b977f <__do_IRQ+27>:       shl    $0x8,%rbp
这里的rcx应该存放的是irq的编号，也就是178，将rcx左移8位后即得到rbp(shl    $0x8,%rbp)，即178*256=rbp=0xb200
0xffffffff803d8380+0xb200=0xffffffff803e3580，该地址即为178号中断对应的描述符的地址了：

crash> struct irq_desc FFFFFFFF803E3580
struct irq_desc {
  handle_irq = 0,
  chip = 0xffffffff80323c40,
  handler_data = 0x0,
  chip_data = 0x0,
  action = 0xffff81032acdee40,
  status = 65536,
  depth = 0,
  wake_depth = 0,
  irq_count = 78785,
  irqs_unhandled = 0,
  lock = {
    raw_lock = {
      slock = 1
    }
  },
  affinity = {
    bits = {256, 0, 0, 0}
  },
  cpu = 0,
  pending_mask = {
    bits = {32768, 0, 0, 0}
  },
  move_irq = 1,
  dir = 0xffff810328db2380
}
crash> struct irqaction 0xffff81032acdee40
struct irqaction {
  handler = 0xffffffff8827628b,
  flags = 0,
  mask = {
    bits = {0, 0, 0, 0}
  },
  name = 0xffff81032b1c7000 "eth0-rx-3",
  dev_id = 0xffff81032bef56b8,
  next = 0x1,
  irq = 178,
  dir = 0xffff810328db2180

exactly，正是我们需要的，于是找到了描述符，看看其内容，其中
irq_count = 78785,
irq_count用于监测中断是否挂起的计数，不为0表明之前已处理过该中断，说明该中断之前正在被正常处理，突然直接出了问题。

至此，确实无法继续分析了，从故障现象看，内核问题可能性不大，更像是是内存的1bit跳变导致的问题，但是通常的服务器环境中，内存(控制器)硬件应该有ECC校验功能，可以自动纠正1bit跳变的情况才对。
核对了一下出现问题的硬件环境，dmicode命令中可以看到内存硬件确实有ECC校验功能，但是发现CPU cache硬件中没有包含ECC校验功能：
Error Correction Type: None
看了看其它类型的服务器，一些服务器有ECC校验功能：
Error Correction Type: Single-bit ECC

因此，没有其它疑点，只能怀疑是内存(或者说是cache)的1bit跳变硬件故障导致。
但没有进一步证据了，有其它想法欢迎讨论。