Oops的诞生

原文:

常在河边走，哪能不湿鞋。用Linux，总有死机的时候，如果运气好，会看到一些所谓"Oops"信息(在屏幕上或系统日志中)，比如：

Unable to handle kernel paging request at virtual address f899b670
printing eip:
c01de48c
*pde = 00737067
Oops: 0002 [#1]
Modules linked in: bluesmoke_e752x bluesmoke_mc md5 ipv6 parport_pc lp parport nls_cp936 vfat fat dm_mod button battery asus_acpi ac joydev yenta_socket pcmcia_core uhci_hcd ehci_hcd snd_intel8x0 snd_ac97_codec snd_pcm_oss snd_mixer_oss snd_pcm snd_timer snd_page_alloc snd_mpu401_uart snd_rawmidi snd_seq_device snd soundcore ipw2200 ieee80211 ieee80211_crypt sk98lin ext3 jbd
CPU: 0
EIP: 0060:[] Not tainted VLI
EFLAGS: 00210286 (2.6.9-11.21AXKProbes)
EIP is at kobject_add+0x83/0xd7
eax: c038db78 ebx: c038db04 ecx: f899b670 edx: f8a4a630
esi: c038db4c edi: f8a4a614 ebp: c038db80 esp: d7568f2c
ds: 007b es: 007b ss: 0068
Process modprobe (pid: 8227, threadinfo=d7568000 task=f4ea99b0)
Stack: f8a4a614 ffffffea f8a4a5e4 00000000 c01de4f9 f8a4a614 c038db00 c024a1d4
f8a4a5c0 f8a4a5e4 f8a4a5f4 d7568000 c024a661 1d244b3c 00000000 0000000a
c032421b 00000000 00000000 00000015 00000014 00000016 f89ddb34 f8a4a5c0
Call Trace:
[] kobject_register+0x19/0x39
[] bus_add_driver+0x36/0x97
[] driver_register+0x82/0x89
[] pci_register_driver+0x85/0xa1
[] init_module+0xa/0x14 [bluesmoke_e752x]
[] sys_init_module+0x1ec/0x323
[] syscall_call+0x7/0xb
Code: 85 d2 0f 85 06 04 00 00 85 ed 75 0d 8b 47 28 83 c0 10 e8 82 01 00 00 89 c5 8b 47 28 8d 57 1c 83 c0 08 89 47 1c 8b 48 04 89 50 04 <89> 11 89 4a 04 8b 47 28 8b 18 8d 4b 48 89 c8 ba ff ff 00 00 0f

Oops可以看成是内核级的Segmentation Fault。应用程序如果进行了非法内存访问或执行了非法指令，会得到Segfault信号，一般的行为是coredump，应用程序也可以自己截获Segfault信号，自行处理。如果内核自己犯了这样的错误，则会打出Oops信息。

有不少文章说明如何理解这些Oops (http://pczou.blogchina.com/545558.html)，这里只想解释一下它所产生的过程(以2.6系列内核为例)：

首先是处理硬件发出的内存访问异常(fault)，有些异常是无辜的(比如demand-paging)，而有些则是内核的错误所致。

1. do_page_fault() arch/i386/mm/fault.c

如果是内核进行了非法访问，do_page_fault()会先打出EIP, PDE等信息，例如：

Unable to handle kernel paging request at virtual address f899b670
printing eip:
c01de48c
*pde = 00737067

然后调用 die("Oops", regs, error_code);

这之后，如果系统还活着(至少要满足两个条件：1. 在进程上下文 2. 没有设置panic_on_oops)，会杀死当前进程。然后继续运行，好像什么事情都没有发生一样。不过，这样的好事不经常发生，发生了也不会太持久。

2. do_page_fault() -> die() arch/i386/kernel/traps.c

die() 首先打出一行：

Oops: 0002 [#1]

其中0002代表错误码 (读错误、发生在内核空间)，#1代表Oops发生次数。

* error_code:
 * bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault
 * bit 1 == 0 means read, 1 means write
 * bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode

然后，调用 show_registers(regs) 输出寄存器、当前进程、堆栈、指令代码等信息：

Modules linked in: bluesmoke_e752x bluesmoke_mc md5 ipv6 parport_pc lp parport nls_cp936 vfat fat dm_mod button battery asus_acpi ac joydev yenta_socket pcmcia_core uhci_hcd ehci_hcd snd_intel8x0 snd_ac97_codec snd_pcm_oss snd_mixer_oss snd_pcm snd_timer snd_page_alloc snd_mpu401_uart snd_rawmidi snd_seq_device snd soundcore ipw2200 ieee80211 ieee80211_crypt sk98lin ext3 jbd
CPU: 0
EIP: 0060:[] Not tainted VLI
EFLAGS: 00210286 (2.6.9-11.21AXKProbes)
EIP is at kobject_add+0x83/0xd7
eax: c038db78 ebx: c038db04 ecx: f899b670 edx: f8a4a630
esi: c038db4c edi: f8a4a614 ebp: c038db80 esp: d7568f2c
ds: 007b es: 007b ss: 0068
Process modprobe (pid: 8227, threadinfo=d7568000 task=f4ea99b0)
Stack: f8a4a614 ffffffea f8a4a5e4 00000000 c01de4f9 f8a4a614 c038db00 c024a1d4
f8a4a5c0 f8a4a5e4 f8a4a5f4 d7568000 c024a661 1d244b3c 00000000 0000000a
c032421b 00000000 00000000 00000015 00000014 00000016 f89ddb34 f8a4a5c0
Call Trace:
[] kobject_register+0x19/0x39
[] bus_add_driver+0x36/0x97
[] driver_register+0x82/0x89
[] pci_register_driver+0x85/0xa1
[] init_module+0xa/0x14 [bluesmoke_e752x]
[] sys_init_module+0x1ec/0x323
[] syscall_call+0x7/0xb
Code: 85 d2 0f 85 06 04 00 00 85 ed 75 0d 8b 47 28 83 c0 10 e8 82 01 00 00 89 c5 8b 47 28 8d 57 1c 83 c0 08 89 47 1c 8b 48 04 89 50 04 <89> 11 89 4a 04 8b 47 28 8b 18 8d 4b 48 89 c8 ba ff ff 00 00 0f

如果是在中断上下文，则直接调用panic()。如果是在进程上下文，则根据panic_on_oops的设置选择是否panic()。panic_on_oops的缺省设置是"0"，即在Oops发生时不会进行panic()操作。可以通过sysctl进行设置：

sysctl -w kernel.panic_on_oops=1

有panic_on_oops这样的设置，说明Oops不一定导致系统死亡，也不一定需要重新启动系统。正如用户程序segfault时可能还能坚持运行一样。不过Oops一旦发生，系统已经有些不正常了，即使表面上可能还正常，不过可能有些锁已经被占用而无法释放，很快会导致系统死锁。

那么，panic()是什么呢？panic()和用户空间的abort()类似，简单清理一下，就可以放心去死(reboot)了。

3. do_page_fault() -> die() -> panic()

panic会根据 kernel.panic 的设置决定 reboot 前的延时，如果 kernel.panic=0，则打开中断，陷入死循环。反之，则在几秒之后，reboot系统。


可以看出虽然都是死，但死因不同，死亡时的表现更是五花八门。常见的死因有：

• 非法内存访问 (比如访问地址0)
  
• 非法指令

有时候核心成心发出非法指令，比如BUG() (include/asm/bug.h) 中所做的，以引起Oops。类似用户程序中调用assert()。

死亡发生的地点也很关键，直接导致了死亡的不同表现，比如：

• 进程上下文
• 中断上下文

在中断上下文中，由于中断是关闭的，而且往往会占用一些锁，这种情况下一般除了死，没有什么别的办法。

在进程上下文中要自由一些，如果运气好的话，可以苟延残喘一段时间。