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Linux看門(mén)狗是一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，主要用于監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并在系統(tǒng)遇到異常情況或死機(jī)時(shí)自動(dòng)重啟系統(tǒng)。該功能廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域，對(duì)于保障系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性有著重要作用。
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本文將以一個(gè)簡(jiǎn)單的看門(mén)狗代碼演示為例，介紹Linux看門(mén)狗的實(shí)現(xiàn)原理和使用方法。
1. 實(shí)現(xiàn)原理
Linux看門(mén)狗的實(shí)現(xiàn)原理非常簡(jiǎn)單，主要有以下幾個(gè)步驟：
1）設(shè)定看門(mén)狗定時(shí)器?？撮T(mén)狗定時(shí)器的作用是定時(shí)檢查系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如果系統(tǒng)正常運(yùn)行，則重置看門(mén)狗計(jì)時(shí)器；如果系統(tǒng)異?；蛩罊C(jī)，則看門(mén)狗計(jì)時(shí)器超時(shí)，觸發(fā)重啟系統(tǒng)的操作。
2）初始化看門(mén)狗設(shè)備。在Linux系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序初始化看門(mén)狗設(shè)備，并將看門(mén)狗定時(shí)器設(shè)置為一個(gè)合適的值，以便于檢測(cè)系統(tǒng)異常情況的發(fā)生。
3）啟動(dòng)看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程?？撮T(mén)狗守護(hù)進(jìn)程在后臺(tái)運(yùn)行，定期檢查系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)情況進(jìn)行系統(tǒng)重啟等操作。
2. 代碼演示
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的看門(mén)狗代碼演示，主要包括看門(mén)狗設(shè)備的初始化和看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)。
（1）看門(mén)狗設(shè)備的初始化
#include
#include
#include
#include
#include
int mn()
{
int fd;
// 打開(kāi)看門(mén)狗設(shè)備，獲取文件句柄
fd = open(“/dev/watchdog”, O_WRON);
if (fd
perror(“watchdog”);
return 1;
}
// 設(shè)置看門(mén)狗定時(shí)器為30s
ioctl(fd, WDIOC_SETTIMEOUT, 30);
// 關(guān)閉看門(mén)狗設(shè)備
close(fd);
return 0;
}
在上述代碼中，首先通過(guò)open()函數(shù)打開(kāi)/dev/watchdog設(shè)備文件，獲取到該文件的文件句柄。然后使用ioctl()函數(shù)設(shè)置看門(mén)狗定時(shí)器為30秒。最后使用close()函數(shù)關(guān)閉看門(mén)狗設(shè)備。
（2）看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)
#include
#include
#include
#include
#include
int mn()
{
int fd;
// 打開(kāi)看門(mén)狗設(shè)備，獲取文件句柄
fd = open(“/dev/watchdog”, O_WRON);
if (fd
perror(“watchdog”);
return 1;
}
while (1) {
// 寫(xiě)入看門(mén)狗喂狗指令
ioctl(fd, WDIOC_KEEPALIVE, 0);
// 等待一段時(shí)間，等待看門(mén)狗定時(shí)器的超時(shí)
sleep(1);
}
// 關(guān)閉看門(mén)狗設(shè)備
close(fd);
return 0;
}
在上述代碼中，首先通過(guò)open()函數(shù)打開(kāi)/dev/watchdog設(shè)備文件，獲取到該文件的文件句柄。然后在while循環(huán)中使用ioctl()函數(shù)寫(xiě)入喂狗指令，以保證看門(mén)狗定時(shí)器不會(huì)超時(shí)。最后使用close()函數(shù)關(guān)閉看門(mén)狗設(shè)備。
3. 使用方法
將上述兩個(gè)程序編譯成可執(zhí)行文件，然后在Linux系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程即可。例如，可以在/etc/rc.local文件中添加如下命令：
nohup /path/to/watchdog_daemon &
其中，/path/to/watchdog_daemon為看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程可執(zhí)行文件的路徑。
在運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)ps -ef | grep watchdog命令查看看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程的運(yùn)行情況。如果看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程正常運(yùn)行，說(shuō)明系統(tǒng)正常；如果看門(mén)狗守護(hù)進(jìn)程停止運(yùn)行，說(shuō)明系統(tǒng)遇到了異常情況，此時(shí)看門(mén)狗定時(shí)器將在一定時(shí)間內(nèi)超時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)系統(tǒng)重啟的操作。
4.
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Linux Kernel BUG:soft lockup CPU#1 stuck分析
1.線上內(nèi)核bug日志
kernel: Deltaway too big!ts=write stamp =377
kernel:
kernel:WARNING: at kernel/trace/ring_buffer.c:1988 rb_reserve_next_event+0x2ce/巖衫0x370()(Not tainted)
kernel:Hardware name: ProLiant DL360 G7
kernel:Modules linked in: fuse ipv6 power_meter bnx2 sg microcode serio_raw iTCO_wdtiTCO_vendor_support hpilo hpwdt i7core_edac edac_core shpchp ext4 mbcache jbd2sd_mod crc_t10dif hpsa radeon ttm drm_kms_helper drm i2c_algo_bit i2c_coredm_mirror dm_region_hash dm_log dm_mod
kernel: Pid:5483, comm: master Not tainted 2.6.32-220.el6.x86_64 #1
kernel: CallTrace:
kernel: ? warn_slowpath_common+0x87/0xc0
kernel: ? warn_slowpath_null+0x1a/0x20
kernel: ? rb_reserve_next_event+0x2ce/0x370
kernel: ? ring_buffer_lock_reserve+0xa2/0x160
kernel: ? trace_buffer_lock_reserve+0x2c/0x70
kernel: ? trace_current_buffer_lock_reserve+0x16/0x20
kernel: ? ftrace_raw_event_hrtimer_cancel+0x4e/廳棗局0xb0
kernel: ? hrtimer_try_to_cancel+0xba/0xd0
kernel: ? do_setitimer+0xd4/0x220
kernel: ? alarm_setitimer+0x3a/0x60
kernel: ? sys_alarm+0xe/0x20
kernel: ? tracesys+0xd9/0xde
kernel: ——
abrt-dump-oops: Reported 1 kernel oopses to Abrt
kernel: BUG: softlockup – CPU#11 stuck fors!
kernel:Modules linked in: fuse ipv6 power_meter bnx2 sg microcode serio_raw iTCO_wdtiTCO_vendor_support hpilo hpwdt i7core_edac edac_core shpchp ext4 mbcache jbd2sd_mod crc_t10dif hpsa radeon ttm drm_kms_helper drm i2c_algo_bit i2c_coredm_mirror dm_region_hash dm_log dm_mod
kernel: CPU 11
kernel:Modules linked in: fuse ipv6 power_meter bnx2 sg microcode serio_raw iTCO_wdtiTCO_vendor_support hpilo hpwdt i7core_edac edac_core shpchp ext4 mbcache jbd2sd_mod crc_t10dif hpsa radeon ttm drm_kms_helper drm i2c_algo_bit i2c_coredm_mirror dm_region_hash dm_log dm_mod
kernel:
kernel: Pid:5492, comm: qmgr Tainted: G W— 2.6.32-220.el6.x86_64 #1 HPProLiant DL360 G7
kernel: RIP:0010: do_setitimer+0x1d0/0x220
kernel: RSP:0018:ffff88080a661ef8 EFLAGS:
kernel: RAX:ffff88080b175a08 RBX: ffff88080a661f18 RCX:000
kernel: RDX:00 RSI:082 RDI: ffff88080c8c4c40
kernel: RBP:ffffffff8100bc0e R08:000 R09: 0099d7270e01c3f1
kernel: R10:00 R11:246 R12: ffffffff810ef9a3
kernel: R13:ffff88080a661e88 R14:000 R15: ffff88080a65a544
kernel: FS:00007f10b245f7c0(0000) GS:ffff88083c4a0000(0000) knlGS:00
kernel: CS:0010 DS: 0000 ES: 0000 CR0:03b
kernel: CR2:00007ffCR3:a80b000 CR4:6e0
kernel: DR0:00 DR1:000 DR2:000
kernel: DR3:00 DR6:ffff0ff0 DR7:400
kernel:Process qmgr (pid: 5492, threadinfo ffff88080a660000, task ffff)
kernel: Stack:
kernel:00007f10b323deff10b248eadf10b26d0ff10b248ede0
kernel: ffff88080a661f68 ffffffff8106f88a000000
kernel:14cf423d000000
kernel: CallTrace:
kernel: ? alarm_setitimer+0x3a/0x60
kernel: ? sys_alarm+0xe/0x20
kernel: ? tracesys+0xd9/0xde
kernel: Code:89 ef e83 3db49 8bfffb 66 0f 1fc0 e9 64 fe ff ff49 8bc7 80 d
kernel: CallTrace:
kernel: ? do_setitimer+0x209/0x220
kernel: ? alarm_setitimer+0x3a/0x60
kernel: ? sys_alarm+0xe/0x20
kernel: ? tracesys+0xd9/0xde
abrt-dump-oops: Reported 1 kernel oopses to Abrt
2.內(nèi)核軟死鎖（soft lockup）bug原因分析
Soft lockup名稱(chēng)解釋?zhuān)核^，soft lockup就是說(shuō)，這個(gè)bug沒(méi)有讓系統(tǒng)徹底死機(jī)，但是若干個(gè)進(jìn)程（或者kernel thread）被鎖死在了某個(gè)狀態(tài)（一般在內(nèi)核區(qū)域），很多情況下這個(gè)是由于內(nèi)核鎖的使用的問(wèn)題。
Linux內(nèi)核對(duì)于每一個(gè)cpu都有一個(gè)監(jiān)控進(jìn)程，在技術(shù)界這個(gè)叫做watchdog（看門(mén)狗）。通過(guò)ps –ef | grep watchdog能夠看見(jiàn)，進(jìn)程名稱(chēng)大概是watchdog/X（數(shù)字：cpu邏輯編號(hào)1/2/3/4之類(lèi)的）。這個(gè)進(jìn)程或者線程每一秒鐘運(yùn)行一次，否則會(huì)睡眠和待機(jī)。這個(gè)進(jìn)程運(yùn)行會(huì)收集每一個(gè)cpu運(yùn)行時(shí)使用數(shù)據(jù)的時(shí)間并且存放到屬于每個(gè)cpu自己的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在內(nèi)核中有很多特定的中斷函數(shù)。這些中斷函數(shù)會(huì)調(diào)用soft lockup計(jì)數(shù)，他會(huì)使用當(dāng)前的時(shí)間戳與特定（對(duì)應(yīng)的）cpu的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存的時(shí)間對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的時(shí)間戳比對(duì)應(yīng)cpu保存的時(shí)間大于設(shè)定的閥值，他就假設(shè)監(jiān)測(cè)進(jìn)程或看門(mén)狗線程在一個(gè)相當(dāng)可觀的時(shí)間還沒(méi)有執(zhí)。Cpu軟鎖為什么會(huì)產(chǎn)生，是怎么產(chǎn)生的？如果linux內(nèi)核是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)安排的CPU調(diào)度訪問(wèn)，那么怎么會(huì)產(chǎn)生cpu軟死鎖？那么只能說(shuō)由于用戶(hù)開(kāi)發(fā)的或者第三方軟件引入，看我們服務(wù)器內(nèi)核panic的原因就是qmgr進(jìn)程引起。因?yàn)槊恳粋€(gè)無(wú)限的循環(huán)都會(huì)一直有一個(gè)cpu的執(zhí)行流程（qmgr進(jìn)程示一個(gè)后臺(tái)郵件的消息隊(duì)列服務(wù)進(jìn)程），并且擁有一定的優(yōu)先級(jí)。Cpu調(diào)度器調(diào)度一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序來(lái)運(yùn)行，如果這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序有問(wèn)題并且沒(méi)有被檢測(cè)到，那么這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序?qū)?huì)暫用cpu的很長(zhǎng)時(shí)間。根據(jù)前面的描述，看門(mén)狗進(jìn)程會(huì)抓?。╟atch）這一點(diǎn)并且拋出一個(gè)軟死鎖（soft lockup）錯(cuò)誤。軟死鎖會(huì)掛起cpu使你的系統(tǒng)不可用。
如果是用戶(hù)空間的進(jìn)程或線程引起的問(wèn)題backtrace是不會(huì)有內(nèi)容的，如果內(nèi)核線程那么在soft lockup消息中會(huì)顯示出backtrace信息。
3.根據(jù)linux內(nèi)核源碼分析錯(cuò)誤
根據(jù)我們之一部分內(nèi)核拋出的錯(cuò)誤信息和call trace（linux內(nèi)核的跟蹤子系統(tǒng)）來(lái)分析產(chǎn)生的具體原因。
首先根據(jù)我們的centos版本安裝相應(yīng)的linux內(nèi)核源碼，具體步驟如下：
（1）下載源碼的rpm包kernel-2.6.32-220.17.1.el6.src.rpm
（2）安裝相應(yīng)的依賴(lài)庫(kù)，命令：yuminstall rpm-build redhat-rpm-config asciidoc newt-devel
（3）安裝源碼包：rpm -ikernel-2.6.32-220.17.1.el6.src.rpm
（4）進(jìn)入建立源碼的目錄：cd~/rpmbuild/SPECS
（5）建立生成源碼目錄：rpmbuild-bp –target=`uname -m` kernel.spec
下面開(kāi)始真正的根據(jù)內(nèi)核bug日志分析源碼：
（1）之一階段內(nèi)核錯(cuò)誤日志分析（時(shí)間在Dec 4 14:03:34這個(gè)階段的日志輸出代碼分析，其實(shí)這部分代碼不會(huì)導(dǎo)致cpu軟死鎖，主要是第二階段錯(cuò)誤日志顯示導(dǎo)致cpu軟死鎖）
我們首先通過(guò)日志定位到相關(guān)源代碼：看下面日志：Dec 4 14:03:34 BP-YZH-1-xxxx kernel: WARNING: atkernel/trace/ring_buffer.c:1988 rb_reserve_next_event+0x2ce/0x370() (Not tainted)
根據(jù)日志內(nèi)容我們可以很容易的定位到kernel/trace/ring_buffer.c這個(gè)文件的1988行代碼如下：WARN_ON(1)。
先簡(jiǎn)單解釋一下WARN_ON的作用：WARN_ON只是打印出當(dāng)前棧信息，不會(huì)panic。所以會(huì)看到后面有一大堆的棧信息。這個(gè)宏定義如下：
#ifndef WARN_ON
#defineWARN_ON(condition) ({ \
int __ret_warn_on = !!(condition); \
if (unlikely(__ret_warn_on))\
__WARN();\
unlikely(__ret_warn_on); \
})
#endif
這個(gè)宏很簡(jiǎn)單保證傳遞進(jìn)來(lái)的條件值為0或者1（兩次邏輯非操作的結(jié)果），然后使用分支預(yù)測(cè)技術(shù)（保證執(zhí)行概率大的分支緊鄰上面的指令）判斷是否需要調(diào)用__WARN()宏定義。如果滿足條件執(zhí)行了__WARN()宏定義也接著執(zhí)行一條空指令;。上面調(diào)用WARN_ON宏是傳遞的1，所以會(huì)執(zhí)行__WARN()。下面繼續(xù)看一下__WARN()宏定義如下：
#define __WARN()warn_slowpath_null(__FILE__,__LINE__)
從接下來(lái)的call trace信息中我們也確實(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)用了warn_slowpath_null這個(gè)函數(shù)。通過(guò)在linux內(nèi)核源代碼中搜索這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在panic.c（內(nèi)核恐慌時(shí)的相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)）中實(shí)現(xiàn)如下：
voidwarn_slowpath_null(const char *file, int line)
{
warn_slowpath_common(file, line,__builtin_return_address(0),
TAINT_WARN, NULL);
}
EXPORT_SYMBOL(warn_slowpath_null);//都出這個(gè)符號(hào)，讓其他模塊可以使用這個(gè)函數(shù)
同樣的我們看到了warn_slowpath_common這個(gè)函數(shù)，而在call trace當(dāng)中這個(gè)函數(shù)在warn_slowpath_null函數(shù)之前打印出來(lái)，再次印證了這個(gè)流程是正確的。同樣在panic.c這個(gè)文件中我發(fā)現(xiàn)了warn_slowpath_common這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：
static voidwarn_slowpath_common(const char *file, int line, void *caller,
unsigned taint, struct slowpath_args *args)
{
const char *board;
printk(KERN_WARNING “\n”);
printk(KERN_WARNING “WARNING: at %s:%d %pS()(%s)\n”,
file, line, caller, print_tainted());
board = dmi_get_system_info(DMI_PRODUCT_NAME);//得到dmi系統(tǒng)信息
if (board)
printk(KERN_WARNING “Hardware name:%s\n”, board);//通過(guò)我們的日志信息可以發(fā)現(xiàn)我們硬件名稱(chēng)是ProLiant DL360 G7
if (args)
vprintk(args->fmt, args->args);
print_modules();//打印系統(tǒng)模塊信息
dump_stack();//dump信息輸出（call trace開(kāi)始）
print_oops_end_marker();//打印oops結(jié)束
add_taint(taint);
}
分析這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)我們的很多日志信息從這里開(kāi)始輸出，包括打印一些系統(tǒng)信息，就不繼續(xù)深入分析了（請(qǐng)看代碼注釋?zhuān)锩嬲{(diào)用相關(guān)函數(shù)打印對(duì)應(yīng)信息，通過(guò)我分析這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)和我們的日志信息完全能夠?qū)?yīng)，其中dump_stack是與cpu體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的，我們的服務(wù)器應(yīng)該是屬于x86體系）。這里在繼續(xù)分析一下dump_stack函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@個(gè)是與cpu體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的，而且這個(gè)函數(shù)直接反應(yīng)出導(dǎo)致內(nèi)核panic的相關(guān)進(jìn)程。這個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：
/*
* The architecture-independent dump_stackgenerator
*/
void dump_stack(void)
{
unsigned long stack;
printk(“Pid: %d, comm: %.20s %s %s %.*s\n”,
current->pid, current->comm,print_tainted(),
init_utsname()->release,
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