linux中Oops信息的调试及栈回溯

Oops 信息来源及格式
Oops 这个单词含义为“惊讶”
,当内核出错时(比如访问非法地址)打印出来的信息被
称为 Oops 信息。
Oops 信息包含以下几部分内容。
1 一段文本描述信息。
比如类似“Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000”
的信息,它说明了发生的是哪类错误。
2 Oops 信息的序号。
比如是第 1 次、第 2 次等。这些信息与下面类似,中括号内的数据表示序号。
Internal error: Oops: 805 [#1]
3 内核中加载的模块名称,也可能没有,以下面字样开头。
Modules linked in:
4 发生错误的 CPU 的序号,对于单处理器的系统,序号为 0,比如:
CPU: 0
Not tainted (2.6.22.6 #36)
5 发生错误时 CPU 的各个寄存器值。
6 当前进程的名字及进程 ID,比如:
Process swapper (pid: 1, stack limit = 0xc0480258)
这并不是说发生错误的是这个进程,而是表示发生错误时,当前进程是它。错误可能发
生在内核代码、驱动程序,也可能就是这个进程的错误。
7 栈信息。
8 栈回溯信息,可以从中看出函数调用关系,形式如下:
Backtrace:
[] (s3c2410fb_probe+0x0/0x560) from [] (platform_drv_
probe+0x20/0x24)
...
9 出错指令附近的指令的机器码,比如(出错指令在小括号里)
:
Code: e24cb004 e24dd010 e59f34e0 e3a07000 (e5873000)

配置内核使 Oops 信息的栈回溯信息更直观
Linux 2.6.22 自身具备的调试功能,可以使得打印出的 Oops 信息更直观。通过 Oops 信
息中 PC 寄存器的值可以知道出错指令的地址,通过栈回溯信息可以知道出错时的函数调用
关系,根据这两点可以很快定位错误。
要让内核出错时能够打印栈回溯信息,编译内核时要增加“-fno-omit-frame-pointer”选
项,这可以通过配置 CONFIG_FRAME_POINTER 来实现。查看内核目录下的配置文件.config,
确保 CONFIG_FRAME_POINTER 已经被定义,如果没有,执行“make menuconfig”命令重
新配置内核。CONFIG_FRAME_POINTER 有可能被其他配置项自动选上。
18.3.3
使用 Oops 信息调试内核的实例
1.获得 Oops 信息
本小节故意修改 LCD 驱动程序 drivers/video/s3c2410fb.c,加入错误代码:在 s3c2410fb_
probe 函数的开头增加下面两条代码:
int *ptest = NULL;
*ptest = 0x1234;
重新编译内核,启动后会出错并打印出如下 Oops 信息:
Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000
pgd = c0004000
[00000000] *pgd=00000000
Internal error: Oops: 805 [#1]
Modules linked in:
CPU: 0
Not tainted (2.6.22.6 #36)
PC is at s3c2410fb_probe+0x18/0x560
LR is at platform_drv_probe+0x20/0x24
pc : []
lr : []
psr: a0000013
sp : c0481e64 ip : c0481ea0 fp : c0481e9c
r10: 00000000 r9 : c0024864 r8 : c03c420c
r7 : 00000000 r6 : c0389a3c r5 : 00000000 r4 : c036256c
r3 : 00001234 r2 : 00000001 r1 : c04c0fc4 r0 : c0362564
Flags: NzCv IRQs on FIQs on Mode SVC_32 Segment kernel
Control: c000717f Table: 30004000 DAC: 00000017
Process swapper (pid: 1, stack limit = 0xc0480258)
Stack: (0xc0481e64 to 0xc0482000)
1e60:c02b1f70 00000020 c03625d4 c036256c c036256c 00000000 c0389a3c
1e80: c0389a3c c03c420c c0024864 00000000 c0481eac c0481ea0 c01bf4e8 c001a704
1ea0: c0481ed0 c0481eb0 c01bd5a8 c01bf4d8 c0362644 c036256c c01bd708 c0389a3c
1ec0: 00000000 c0481ee8 c0481ed4 c01bd788 c01bd4d0 00000000 c0481eec c0481f14
1ee0: c0481eec c01bc5a8 c01bd718 c038dac8 c038dac8 c03625b4 00000000 c0389a3c
1f00: c0389a44 c038d9dc c0481f24 c0481f18 c01bd808 c01bc568 c0481f4c c0481f28
1f20: c01bcd78 c01bd7f8 c0389a3c 00000000 00000000 c0480000 c0023ac8 00000000
1f40: c0481f60 c0481f50 c01bdc84 c01bcd0c 00000000 c0481f70 c0481f64 c01bf5fc
1f60: c01bdc14 c0481f80 c0481f74 c019479c c01bf5a0 c0481ff4 c0481f84 c0008c14
1f80: c0194798 e3c338ff e0222423 00000000 00000001 e2844004 00000000 00000000
1fa0: 00000000 c0481fb0 c002bf24 c0041328 00000000 00000000 c0008b40 c00476ec
1fc0: 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
1fe0: 00000000 00000000 00000000 c0481ff8 c00476ec c0008b50 c03cdf50 c0344178
Backtrace:
[] (s3c2410fb_probe+0x0/0x560) from [] (platform_drv_
probe+0x20/0x24)
[] (platform_drv_probe+0x0/0x24) from [] (driver_probe_
device+0xe8/0x18c)
[] (driver_probe_device+0x0/0x18c) from [] (__driver_
attach+0x80/0xe0)
r8:00000000 r7:c0389a3c r6:c01bd708 r5:c036256c r4:c0362644
[] (_ _driver_attach+0x0/0xe0) from [] (bus_for_each_
dev+0x50/0x84)
r5:c0481eec r4:00000000
[] (bus_for_each_dev+0x0/0x84) from [] (driver_attach+
0x20/0x28)
r7:c038d9dc r6:c0389a44 r5:c0389a3c r4:00000000
[] (driver_attach+0x0/0x28) from [] (bus_add_driver+
0x7c/0x1b4)
[] (bus_add_driver+0x0/0x1b4) from [] (driver_register+
0x80/0x88)
[] (driver_register+0x0/0x88) from [] (platform_driver_
register+0x6c/0x88)
r4:00000000
[] (platform_driver_register+0x0/0x88) from [] (s3c2410fb_
init+0x14/0x1c)
[] (s3c2410fb_init+0x0/0x1c) from [] (kernel_init+0xd4/
0x28c)
[] (kernel_init+0x0/0x28c) from [] (do_exit+0x0/0x760)
Code: e24cb004 e24dd010 e59f34e0 e3a07000 (e5873000)
Kernel panic - not syncing: Attempted to kill init!
分析 Oops 信息
(1)明确出错原因。
由出错信息“Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000”
可知内核是因为非法地址访问出错,使用了空指针。
(2)根据栈回溯信息找出函数调用关系。
内核崩溃时,可以从 pc 寄存器得知崩溃发生时的函数、出错指令。但是很多情况下,错
误有可能是它的调用者引入的,所以找出函数的调用关系也很重要。
部分栈回溯信息如下:
[] (s3c2410fb_probe+0x0/0x560) from [] (platform_drv_
probe+0x20/0x24)
这行信息分为两部分,
表示后面的 platform_drv_probe 函数调用了前面的 s3c2410fb_probe
函数。
前半部含义为:
“c001a6f4”是 s3c2410fb_probe 函数首地址偏移 0 的地址,这个函数大
小为 0x560。
后半部含义为:
“c01bf4e8”是 platform_drv_probe 函数首地址偏移 0x20 的地址,这个函
数大小为 0x24。
另外,后半部的“[]”表示 s3c2410fb_probe 执行后的返回地址。
对于类似下面的栈回溯信息,其中是 r8~r4 表示 driver_probe_device 函数刚被调用时这
些寄存器的值。
[] (driver_probe_device+0x0/0x18c) from [] (__driver_
attach+0x80/0xe0)
r8:00000000 r7:c0389a3c r6:c01bd708 r5:c036256c r4:c0362644
从上面的栈回溯信息可以知道内核出错时的函数调用关系如下,
最后在 s3c2410fb_probe
函数内部崩溃。
do_exit ->
kernel_init ->
s3c2410fb_init ->
platform_driver_register ->
driver_register ->
bus_add_driver ->
driver_attach ->
bus_for_each_dev ->
__driver_attach ->
driver_probe_device ->
platform_drv_probe ->
s3c2410fb_probe
(3)根据 pc 寄存器的值确定出错位置。
上述 Oops 信息中出错时的寄存器值如下:
PC is at s3c2410fb_probe+0x18/0x560
LR is at platform_drv_probe+0x20/0x24
pc : []
lr : []
psr: a0000013
...
“PC is at s3c2410fb_probe+0x18/0x560”表示出错指令为 s3c2410fb_probe 函数中偏移为
0x18 的指令。
“pc : []”表示出错指令的地址为 c001a70c(十六进制)。
(4)结合内核源代码和反汇编代码定位问题。
先生成内核的反汇编代码 vmlinux.dis,执行以下命令:
$ cd /work/system/linux-2.6.22.6
$ arm-linux-objdump -D vmlinux > vmlinux.dis
出错地址 c001a70c 附近的部分汇编代码如下:
c001a6f4 :
c001a6f4: e1a0c00d mov ip, sp
c001a6f8: e92ddff0 stmdb
c001a6fc: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4
c001a700: e24dd010 sub sp, sp, #16 ; 0x10
c001a704: e59f34e0 ldr r3, [pc, #1248] ; c001abec <.init+0x1284c>
c001a708: e3a07000 mov r7, #0
c001a70c: e5873000 str r3, [r7]
c001a710: e59030fc ldr r3, [r0, #252]
sp!, {r4, r5, r6, r7, r8, r9, sl, fp, ip, lr, pc}
; 0x0
< ===========出错指令
出错指令为“str r3, [r7]”
,它把 r3 寄存器的值放到内存中,内存地址为 r7 寄存器的值。
根据 Oops 信息中的寄存器值可知:r3 为 0x00001234,r7 为 0。0 地址不可访问,所以出错。
s3c2410fb_probe 函数的部分 C 代码如下:
static int __init s3c2410fb_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct s3c2410fb_info *info;
struct fb_info
*fbinfo;
struct s3c2410fb_hw *mregs;
int ret;
int irq;
int i;
u32 lcdcon1;
int *ptest = NULL;
*ptest = 0x1234;
mach_info = pdev->dev.platform_data;
结合反汇编代码,很容易知道是“*ptest = 0x1234;”导致错误,其中的 ptest 为空。
对于大多数情况,从反汇编代码定位到 C 代码并不会如此容易,这需要较强的阅读汇编
程序的能力。通过栈回溯信息知道函数的调用关系,这已经可以帮助定位很多问题了。

使用 Oops 的栈信息手工进行栈回溯
前面说过,从 Oops 信息的 pc 寄存器值可知得知崩溃发生时的函数、出错指令。但是错
误有可能是它的调用者引入的,所以还要找出函数的调用关系。
由于内核配置了 CONFIG_FRAME_POINTER,当出现 Oops 信息时,会打印栈回溯信息。如
果内核没有配置 CONFIG_FRAME_POINTER,这时可以自己分析栈信息,找到函数的调用关系。
1.栈的作用
一个程序包含代码段、数据段、BSS 段、堆、栈;其中数据段用来中存储初始值不为 0
的全局数据,BSS 段用来存储初始值为 0 的全局数据,堆用于动态内存分配,栈用于实现函
数调用、存储局部变量。
被调用函数在执行之前,它会将一些寄存器的值保存在栈中,其中包括返回地址寄存器
lr。如果知道了所保存的 lr 寄存的值,那么就可以知道它的调用者是谁。在栈信息中,一个
函数一个函数地往上找出所有保存的 lr 值,
就可以知道各个调用函数,
这就是栈回溯的原理。
2.栈回溯实例分析
仍以前面的 LCD 驱动程序为例,
使用上面的 Oops 信息的栈信息进行分析,
栈信息如下:
Stack: (0xc0481e64 to 0xc0482000)
1e60:c02b1f70 00000020 c03625d4 c036256c c036256c 00000000 c0389a3c
1e80: c0389a3c c03c420c c0024864 00000000 c0481eac c0481ea0 c01bf4e8 c001a704
1ea0: c0481ed0 c0481eb0 c01bd5a8 c01bf4d8 c0362644 c036256c c01bd708 c0389a3c
1ec0: 00000000 c0481ee8 c0481ed4 c01bd788 c01bd4d0 00000000 c0481eec c0481f14
1ee0: c0481eec c01bc5a8 c01bd718 c038dac8 c038dac8 c03625b4 00000000 c0389a3c
...
1 根据 pc 寄存器值找到第一个函数,确定它的栈大小,确定调用函数。
从 Oops 信息可知 pc 值为 c001a70c,
使用它在内核反汇编程序 vmlinux.dis 中可以知道它
位于 s3c2410fb_probe 函数内。
根据这个函数开始部分的汇编代码可以知道栈的大小、lr 返回值在栈中保存的位置,代
码如下:
c001a6f4 :
c001a6f4:
e1a0c00d
mov ip, sp
c001a6f8: e92ddff0 stmdb
c001a6fc: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4
sp!, {r4, r5, r6, r7, r8, r9, sl, fp, ip, lr, pc}
c001a700: e24dd010 sub sp, sp, #16 ; 0x10
e5873000 str r3, [r7]
...
c001a70c:
// pc 值 c001a70c 对应的指令
...
{r4, r5, r6, r7, r8, r9, sl, fp, ip, lr, pc}这 11 个寄存器都保存在栈中,指令“sub sp, sp, #16”
又使得栈向下扩展了 16 字节,所以本函数的栈大小为(11 × 4+16)字节,即 15 个双字。
栈信息开始部分的 15 个数据就是本函数的栈内容,下面列出了它们所保存的寄存器。
1e60:
c02b1f70 00000020 c03625d4 c036256c c036256c 00000000 c0389a3c
r4
r5
r6
1e80: c0389a3c c03c420c c0024864 00000000 c0481eac c0481ea0 c01bf4e8 c001a704
r7
r8
r9
sl
fp
ip
lr
pc
其中 lr 值为 c01bf4e8,表示函数 s3c2410fb_probe 执行完后的返回地址,它是调用函数
中的地址。下面使用 lr 值再次重复本步骤的回溯过程。
2 根据 lr 寄存器值找到调用函数,确定它的栈大小,确定上一级调用函数。
根据上步得到的 lr 值(c01bf4e8)在内核反汇编程序 vmlinux.dis 中可以知道它位于
platform_drv_probe 函数内。
根据这个函数开始部分的反汇编代码可以知道栈的大小、lr 返回值在栈中保存的位置。
代码如下:
c01bf4c8 :
c01bf4c8: e1a0c00d mov ip, sp
c01bf4cc: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc}
e89da800 ldmia sp, {fp, sp, pc}
...
c01bf4e8:
// lr 值(c01bf4e8)对应的指令
{fp, ip, lr, pc}这 4 寄存器都保存在栈中,本函数的栈大小为 4 个双字。Oops 栈信息中,
前一个函数 s3c2410fb_probe 的栈下面的 4 个数据就是函数 platform_drv_probe 的栈内容,如
下所示:
1ea0: c0481ed0 c0481eb0 c01bd5a8 c01bf4d8
fp
ip
lr
pc
其中 lr 值为 c01bd5a8,表示函数 platform_drv_probe 执行完后的返回地址,它是上一级
调用函数中的地址。使用 lr 值,重复本步骤的查找过程,直到栈信息分析完毕或者再也无法
分析,这样就可以找出所有的函数调用关系。
有些函数很简单,没有使用栈(sp 值在这个函数中没有变化)
,或者没有在栈中保存 lr
值。这些情况需要读者灵活处理,较强的汇编程序阅读能力是关键。