Linux: 深入探讨KDUMP，内核崩溃调试利器

2024-06-26 09:10:17 浏览数 (1)

KDUMP是Linux内核中的一项关键功能，用于在系统崩溃时生成内存转储（core dump）。这对于系统管理员和开发人员来说，分析和调试系统崩溃问题至关重要。本文将详细介绍KDUMP的工作原理、配置方法以及在实际操作中的应用。

一、KDUMP的工作原理

KDUMP利用了kexec机制，它允许在内核崩溃后直接加载并运行一个新的内核，而无需通过BIOS或固件重新引导系统。KDUMP的主要步骤如下：

  1. 预配置崩溃内核（crash kernel）：在系统正常运行时，预先分配一部分内存用于崩溃内核。
  2. 系统崩溃时切换内核：当主内核发生崩溃时，通过kexec机制加载并启动预先配置的崩溃内核。
  3. 生成内存转储：崩溃内核启动后，使用kdump工具生成内存转储文件，将其保存到预先配置的位置（如本地磁盘、NFS共享或远程服务器）。

二、KDUMP的配置

配置KDUMP主要包括以下几个步骤：

1. 安装KDUMP工具

在大多数Linux发行版中，KDUMP工具可以通过包管理器安装，例如在CentOS或RHEL中：

代码语言：javascript复制

bash
sudo yum install kexec-tools
2. 配置内核参数

编辑GRUB配置文件，添加crashkernel参数以预留内存。例如，在/etc/default/grub文件中：

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bash
GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=128M"

更新GRUB配置：

代码语言：javascript复制

bash
sudo grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
3. 配置KDUMP服务

编辑KDUMP配置文件/etc/kdump.conf，指定内存转储文件的保存位置：

代码语言：javascript复制

bash
path /var/crash

启动并启用KDUMP服务：

代码语言：javascript复制

bash
sudo systemctl start kdump
sudo systemctl enable kdump

三、验证KDUMP配置

为了验证KDUMP是否正确配置，可以手动触发系统崩溃：

代码语言：javascript复制

bash
echo c > /proc/sysrq-trigger

系统将会崩溃并重启，KDUMP服务会生成内存转储文件，可以在配置的保存位置查看生成的转储文件。

四、分析内存转储文件

生成的内存转储文件可以使用crash工具进行分析。crash工具提供了一个交互式的命令行界面，用于查看内核数据结构、栈跟踪等信息。

安装crash工具：

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bash
sudo yum install crash

使用crash工具加载内存转储文件和调试符号文件：

代码语言：javascript复制

bash
sudo crash /usr/lib/debug/lib/modules/$(uname -r)/vmlinux /var/crash/2023-06-24-10:00/vmcore

在crash工具中，可以使用各种命令查看内存转储文件的详细信息。

log和bt命令是两个非常重要的命令。log命令用于查看内核日志，而bt命令用于查看崩溃时的栈跟踪信息。以下是这两个命令的详细介绍及示例。

4.1 log命令

log命令用于显示内核的日志信息，这些日志记录了系统运行过程中发生的各种事件，包括错误、警告和信息性消息。查看内核日志可以帮助我们了解系统崩溃前发生了哪些重要事件。

4.1.1 示例：

假设我们在crash工具中输入log命令，输出可能如下：

代码语言：javascript复制

bash
crash> log
[   0.000000] Initializing cgroup subsys cpuset
[   0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
[   0.000000] Initializing cgroup subsys cpuacct
[   0.000000] Linux version 3.10.0-957.21.3.el7.x86_64 (mockbuild@kbuilder.bsys.centos.org) (gcc version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-36) (GCC) ) #1 SMP Tue May 14 21:24:45 UTC 2019
...
[  15.625908] SELinux:  Disabled at runtime.
[  15.625914] SELinux:  Unregistering netfilter hooks
[  15.631763] type=1404 audit(1621513042.185:2): selinux=0 auid=4294967295 ses=4294967295
[  15.632076] systemd[1]: Successfully loaded SELinux policy in 13.217130ms.
...
[ 1183.443830] BUG: unable to handle kernel NULL pointer dereference at 0000000000000010
[ 1183.444069] IP: [<ffffffff810dffef>] __wake_up_common 0x2f/0x80
[ 1183.444332] PGD 0 
[ 1183.444404] Oops: 0002 [#1] SMP 
[ 1183.444529] Modules linked in: ip_tables xfs libcrc32c sd_mod crc_t10dif crct10dif_generic sr_mod cdrom crct10dif_pclmul crct10dif_common crc32_pclmul ghash_clmulni_intel aesni_intel glue_helper lrw gf128mul ablk_helper cryptd serio_raw ahci libahci libata tg3 libphy dm_mirror dm_region_hash dm_log dm_mod
...
[ 1183.447114] RIP  [<ffffffff810dffef>] __wake_up_common 0x2f/0x80
[ 1183.447369] RSP <ffff8801184c3a68>
[ 1183.447463] CR2: 0000000000000010
[ 1183.447560] ---[ end trace 19da2b7b7a6f3c54 ]---
4.1.2 讲解：
  • 内核日志初始化：日志开头部分记录了内核子系统的初始化过程。
  • SELinux信息：中间部分记录了SELinux的状态变更及相关的系统消息。
  • 错误信息：日志的关键部分在最后几行，记录了系统发生BUG的详细信息，包括无法处理的空指针引用错误（unable to handle kernel NULL pointer dereference）、相关的IP地址、模块信息等。
  • 内核调用栈：日志中还包含了错误发生时的内核调用栈信息（RIP、RSP等），这些信息对于定位错误源非常有用。
4.2 bt命令

bt命令用于显示崩溃时的栈跟踪（Backtrace）信息，通过栈跟踪可以了解程序在崩溃时的调用链，从而帮助定位问题的根源。

4.2.1 示例：

假设我们在crash工具中输入bt命令，输出可能如下：

代码语言：javascript复制

bash
crash> bt
PID: 1234   TASK: ffff8801184c0000  CPU: 1   COMMAND: "echo"
 #0 [ffff8801184c3a68] __wake_up_common at ffffffff810dffef
 #1 [ffff8801184c3a98] __wake_up at ffffffff810e0038
 #2 [ffff8801184c3ab8] complete at ffffffff810e3f20
 #3 [ffff8801184c3ad8] i915_gem_object_set_to_gtt_domain at ffffffffa00c872f [i915]
 #4 [ffff8801184c3b08] i915_gem_object_pin_to_display_plane at ffffffffa00c905e [i915]
 #5 [ffff8801184c3b48] intel_prepare_plane_fb at ffffffffa00fa98b [i915]
 #6 [ffff8801184c3b78] drm_atomic_helper_prepare_planes at ffffffffa003eabc [drm_kms_helper]
 #7 [ffff8801184c3ba8] drm_atomic_helper_commit_planes at ffffffffa003eb0f [drm_kms_helper]
 #8 [ffff8801184c3bc8] drm_atomic_commit_tail at ffffffffa004049f [drm_kms_helper]
 #9 [ffff8801184c3c08] commit_tail at ffffffffa00a4f13 [i915]
#10 [ffff8801184c3c38] intel_atomic_commit at ffffffffa00a5df3 [i915]
#11 [ffff8801184c3c68] drm_atomic_commit at ffffffffa003f0b0 [drm_kms_helper]
#12 [ffff8801184c3c98] drm_atomic_connector_commit_dpms at ffffffffa003c8ec [drm_kms_helper]
#13 [ffff8801184c3cc8] drm_mode_obj_set_property_ioctl at ffffffffa002c518 [drm]
#14 [ffff8801184c3d08] drm_ioctl at ffffffffa00207b0 [drm]
#15 [ffff8801184c3d48] do_vfs_ioctl at ffffffff8121f4a8
#16 [ffff8801184c3db8] sys_ioctl at ffffffff8121f822
#17 [ffff8801184c3e18] system_call_fastpath at ffffffff8168ec19
    RIP: 00007f7b59140f07  RSP: 00007ffd4a2e2c38  RFLAGS: 00000246
    RAX: 0000000000000010  RBX: 0000000000000000  RCX: ffffffffffffffff
    RDX: 00007ffd4a2e2c60  RSI: 00000000400464ab  RDI: 0000000000000009
    RBP: 00007ffd4a2e2c60   R8: 0000000000000000   R9: 0000000000000000
    R10: 0000000000000000  R11: 0000000000000246  R12: 0000000000000000
    R13: 0000000000000000  R14: 0000000000000000  R15: 0000000000000000
    ORIG_RAX: 0000000000000010  CS: 0033  SS: 002b
4.2.2 讲解：
  • 任务信息：显示了进程ID（PID）、任务结构地址（TASK）、CPU编号及进程名称（COMMAND）。
  • 调用栈信息：每一行代表一次函数调用，从底部到顶部依次是从当前函数到最初函数的调用顺序。比如：
    • #0：当前函数__wake_up_common在地址ffffffff810dffef。
    • #1：调用了__wake_up函数。
    • #2：然后调用了complete函数，以此类推。
  • 寄存器信息：底部显示了系统调用的快速路径信息，包括各个寄存器的值（如RIP、RSP、RAX等），这些信息对于调试非常重要。

五、KDUMP的实际应用

KDUMP在生产环境中应用广泛，尤其是在需要高可用性和快速故障排除的系统中。以下是一些实际应用场景：

  1. 服务器集群：在服务器集群中，KDUMP可以帮助快速定位和解决内核崩溃问题，减少系统停机时间。
  2. 嵌入式系统：在嵌入式设备中，KDUMP可以用于捕获和分析偶发的内核崩溃，帮助提高系统稳定性。
  3. 开发测试环境：在开发和测试环境中，KDUMP可以帮助开发人员调试内核模块和驱动程序，快速发现和修复问题。

六、结论

KDUMP是Linux系统中一个强大而实用的工具，对于提高系统稳定性和故障排除能力具有重要意义。通过正确配置和使用KDUMP，系统管理员和开发人员可以有效地捕获和分析内核崩溃信息，从而快速解决系统问题，确保系统的高可用性和可靠性。

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