Linux pstore實現(xiàn)自動“抓捕”內(nèi)核崩潰日志

作者簡介

廖威雄，就職于珠海全志科技股份有限公司，負(fù)責(zé)Linux IO全棧研發(fā)、性能優(yōu)化、開源社區(qū)開發(fā)交流、Linux 內(nèi)核開源社區(qū)pstore/blk,mtdpstore模塊的作者、大客戶存儲技術(shù)支持、全志首個UBI存儲方案主導(dǎo)人、全志首個RTOS NFTL主導(dǎo)人

我設(shè)計的內(nèi)核模塊pstore/blk及其衍生的pstore/zone，mtdpstore終于在v5.8-rc1版本合入了torvalds/linux.git(見參考鏈接[1])，而且發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外對pstore的介紹都好少好少，干脆來一波科普。

簡介

pstore文件系統(tǒng)（是的，這是個文件系統(tǒng)）是Persistent Storage的縮寫，最早在2010年由 Tony Luck 設(shè)計并合入Linux主分支，設(shè)計的初衷是在內(nèi)核Panic/Oops時能自動轉(zhuǎn)存內(nèi)核日志（log_buf），在Panic重啟后，把轉(zhuǎn)存的日志以文件形式呈現(xiàn)到用戶空間以分析內(nèi)核崩潰問題。

這對分析那種小概率且沒辦法抓到現(xiàn)場的問題非常實用，尤其是現(xiàn)在智能互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備逐漸普及的時候，遠(yuǎn)端的設(shè)備可以自己捕抓崩潰日志再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器，維護(hù)人員就可以根據(jù)收集來的日志定位和解決問題，然后通過OTA讓設(shè)備升級迭代。

根據(jù)網(wǎng)上搜尋的資料，在pstore文件系統(tǒng)之前其實有不少類似的實現(xiàn)。

apanic
Android最早的panic信息記錄的方案。在linux 2.6的安卓的內(nèi)核中找到，卻沒有提交到社區(qū)，后來被放棄維護(hù)了。網(wǎng)上找不到放棄的原因，我自己猜測是因為其只適用于mtd nand，然而現(xiàn)在的Android基本用的都是emmc。apanic應(yīng)該是Android Panic的縮寫吧，可以實現(xiàn)在內(nèi)核崩潰時，把日志轉(zhuǎn)存到mtd nand。

ramoops
這里指的是最早的ramoops實現(xiàn)，在最新代碼已經(jīng)整合入pstore中，以pstore/ram的后端形式存在。ramoops可以把日志轉(zhuǎn)存到重啟不掉電的ram中。這里對ram有一點要求，即使重啟ram的數(shù)據(jù)也不能丟失。

crashlog
這是openwrt提供的內(nèi)核patch，并沒有提交到內(nèi)核社區(qū)。它也是基于ram，只能轉(zhuǎn)存Panic/Oops的日志。

mtdoops
MTD子系統(tǒng)支持的功能，與pstore非常相似，只支持轉(zhuǎn)存Panic/Oops日志，不能以文件呈現(xiàn)，需要用戶自行解析整個MTD分區(qū)。（因為功能的相似，我實現(xiàn)了mtdpstore用于替代mtdoops）

kdump
如果說pstore是個輕量級的內(nèi)核崩潰日志轉(zhuǎn)存的方案，kdump則是一個重量級的問題分析工具。在崩潰時，由kdump產(chǎn)生一個用于捕抓當(dāng)前信息的內(nèi)核，該內(nèi)核會收集內(nèi)存所有信息到dump core文件中。在重啟后，捕抓到的信息保存在特定的文件中。類似的還有netdump和diskdump。kdump的方案適用于服務(wù)器這種有大量資源的設(shè)備，功能也非常強(qiáng)大，但對嵌入式設(shè)備非常不友好。

pstore經(jīng)過長期迭代，除了轉(zhuǎn)存Panic/Oops的日志之外（dmesg前端），還支持pmsg、console和ftrace的前端，除了pstore/ram的后端之外，還有我設(shè)計的pstore/blk后端，除了支持轉(zhuǎn)存到ram之外，還有block device和mtd device。

pstore的前端，是指轉(zhuǎn)存的日志類型，pstore的后端，是指轉(zhuǎn)存到什么類型的設(shè)備。

目前支持以下幾個前端：

dmesg：主要是轉(zhuǎn)存Panic/Oops時log_buf里面的內(nèi)核日志

pmsg：提供給用戶空間存儲日志的入口，在Android里有看到被用于存儲系統(tǒng)的日志。

console：終端日志

ftrace：function trace的信息

目前支持以下幾種后端：

pstore/ram：Persistent Ram，重啟不會丟數(shù)據(jù)的內(nèi)存

pstore/blk：（v5.8以后的版本）所有可寫的塊設(shè)備，例如磁盤、U盤、emmc、NFTL nand等

mtd device：（v5.8以后的版本）mtd設(shè)備，例如 mtd nand。（mtd設(shè)備的支持依賴于 pstore/blk 后端，準(zhǔn)確來說不是一種獨立后端）

怎么用

就像把大象裝入冰箱只需要打開冰箱，把大象放進(jìn)去，關(guān)上冰箱門的3個步驟，使用pstore也只需要3個步驟：

使能pstore

掛載pstore文件系統(tǒng)

讀取轉(zhuǎn)存的日志文件

詳細(xì)的說明可以看源碼上的文檔，本文只做基本功能的介紹。

Documentation/admin-guide/ramoops.rst

Documentation/admin-guide/pstore-blk.rst

使能

在menuconfig中選擇內(nèi)核pstore模塊

$ make menuconfig |-> File systems |-> Miscellaneous filesystems |-> Persistent store support |-> Log kernel console messages # console 前端 |-> Log user space messages # pmsg 前端 |-> Persistent function tracer # ftrace 前端 |-> Log panic/oops to a RAM buffer # pstore/ram 后端 |-> Log panic/oops to a block device # pstore/blk 后端

上述兩個后端2選1即可，前端就根據(jù)自己的需求選擇，至于dmesg前端，默認(rèn)使能沒得選。如果希望用在mtd設(shè)備上，還需要選擇mtdpstore模塊：

$ make menuconfig |-> Device Drivers |-> Memory Technology Device (MTD) support |-> Log panic/oops to an MTD buffer based on pstore

選上就可以用了？雖然我非常想說“是的”，但事實卻有點“骨感”。即使所有前端都使用默認(rèn)配置，pstore/ram至少也需要知道可用的內(nèi)存范圍吧？pstore/blk至少也需要知道使用哪個塊設(shè)備吧？

pstore/ram支持 模塊參數(shù)(cmdline)、設(shè)備樹、和Platform Data的3種配置方式，從代碼來看，優(yōu)先級關(guān)系是：模塊參數(shù) > Platform Data > 設(shè)備樹。

pstore/blk支持Kconfig和 模塊參數(shù)(cmdline)的兩種配置方式，且模塊參數(shù)比Kconfig有更高的優(yōu)先級。

pstore/ram我接觸也不多，直接介紹pstore/blk的使用方法。對新同學(xué)來說，請忽略一大堆亂七八糟的屬性配置（使用默認(rèn)值），只需要告訴pstore/blk后端使用哪個塊設(shè)備即可。

在Kconfig中配置：

$ make menuconfig |-> File systems |-> Miscellaneous filesystems |-> Persistent store support |-> Log panic/oops to a block device # pstore/blk 后端|->() block device identifier #使用哪個塊設(shè)備？

如果使用cmdline，可以這么寫：

pstore_blk.blkdev=XXXX或者以模塊加載：

$sudoinsmodpstore_blk.koblkdev=XXX

這里的塊設(shè)備可以是代表整個磁盤的sda，也可以是代表某個分區(qū)的mmcblk0p4。雖然支持7種變體，但常用的還是兩種：

/dev/: 例如，使用U盤的第2個分區(qū)，則是/dev/sdb2

:：例如，mmc設(shè)備第6個分區(qū)，則是179:6

形式大概是這樣：

$sudoinsmodpstore_blk.koblkdev=/dev/sdb2或者

$ cat /proc/cmdline.... pstore_blk.blkdev=179:6 ...

如果是mtd設(shè)備，可以直接指定mtd分區(qū)名或者編號，例如：

pstore_blk.blkdev=pstore#假設(shè)存在名為pstore的MTD分區(qū)

OK，對新同學(xué)來說，到這里配置就夠了?？梢詮奈业膅ithub(見參考鏈接[2])上看到我之前是怎么測試的。如果需要知道每個配置項的作用，還是看內(nèi)核文檔吧（ramoops.rst 或 pstore_blk.rst），或者在Kconfig中按h顯示相關(guān)配置項的說明。

掛載

在使能且正確配置設(shè)備后，啟動的時候應(yīng)該會有這樣的日志：

pstore_zone: registered pstore_blk as backend for kmsg(Oops,panic_write)pstore: Registered pstore_blk as persistent store backend

這代表pstore找到了設(shè)備且正常注冊。接下來，我們還需要通過掛載的形式觸發(fā)pstore從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)。常見的掛載是這樣的：

mount-tpstorepstore/sys/fs/pstore掛載后，通過mount能看到類似這樣的信息：

# mount...pstore on /sys/fs/pstore type pstore (rw,relatime)...

如果曾經(jīng)觸發(fā)過崩潰日志，在掛載點應(yīng)該有類似這樣的文件：

# ll /sys/fs/pstore...-r--r--r-- 1 root root 15521 Jan 1 00:06 dmesg-pstore_blk-0...

如果需要驗證，咱們可以這樣主動觸發(fā)內(nèi)核崩潰：

#echoc>/proc/sysrq-trigger

我是在U盤、SD卡、mmc、nand上驗證的，maintainer Kees Cook 提供了另外一種基于loop的驗證方法，實現(xiàn)用文件模擬塊設(shè)備。當(dāng)然這方法不適用于轉(zhuǎn)存Panic日志，只能用于Oops或者其他前端：

# insmod pstore.ko compress=off# insmod pstore_zone.ko# truncate pstore-blk.raw --size 100M# losetup -f --show pstore-blk.raw/dev/loop0# insmod pstore_blk.ko blkdev=/dev/loop0 kmsg_size=16 console_size=64 best_effort=on

讀取

經(jīng)過上述的掛載后，可以在掛載點看到轉(zhuǎn)存的日志文件。既然是文件，肯定支持文件的一系列操作，例如讀取、刪除。

root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# head -n 10 dmesg-pstore_blk-1Oops: Total 2 timesOops#1 Part1<6>[ 2.743794] Bluetooth: RFCOMM socket layer initialized<6>[ 2.743813] Bluetooth: RFCOMM ver 1.11<6>[ 2.743822] 8021q: 802.1Q VLAN Support v1.8<3>[ 2.751766] reg-virt-consumer reg-virt-consumer.1: Failed to obtain supply 'drivevbus': -517<3>[ 2.752330] reg-virt-consumer reg-virt-consumer.1: Failed to obtain supply 'drivevbus': -517<5>[ 2.752742] ubi0: attaching mtd4<5>[ 2.890302] random: crng init done<5>[ 2.965927] ubi0: scanning is finished root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# lldrwxr-x--- 2 root root 0 Jan 1 00:11 .drwxr-xr-x 5 root root 0 Jan 1 00:11 ..-r--r--r-- 1 root root 15521 Jan 1 00:06 dmesg-pstore_blk-0-r--r--r-- 1 root root 15128 Jan 1 00:11 dmesg-pstore_blk-1 root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# rm dmesg-pstore_blk-1 root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# lldrwxr-x--- 2 root root 0 Jan 1 00:13 .drwxr-xr-x 5 root root 0 Jan 1 00:11 ..-r--r--r-- 1 root root 15521 Jan 1 00:06 dmesg-pstore_blk-0

對dmesg前端的Panic/Oops日志，pstore會自動添加兩行統(tǒng)計信息。例如：

Oops: Total 2 times # 表示觸發(fā)了Oops，且是自系統(tǒng)安裝后第一次啟動以來第2次觸發(fā)Oops。Oops#1 Part1 # 表示這是上一次運行期間第1次觸發(fā)Oops的日志。

可以發(fā)現(xiàn)，第一行是累計總的觸發(fā)次數(shù)，第二行是上一次啟動觸發(fā)的次數(shù)。

每個文件名的格式都是<前端名>-<后端名>-，例如dmesg-pstore_blk-1表示dmesg前端，pstore_blk后端以及是dmesg前端的第1個zone的日志。

當(dāng)然，除了dmesg前端外，其他前端的名字大概是這樣的：

# ll-r--r--r-- 1 root root 31 1月 15 11:53 console-pstore-blk-0-r--r--r-- 1 root root 3666 1月 15 11:53 demsg-pstore-blk-0-r--r--r-- 1 root root 65524 1月 15 11:53 ftrace-pstore-blk-0-r--r--r-- 1 root root 9 1月 15 11:53 pmsg-pstore-blk-0

除此之外，每個文件的時間戳表示崩潰觸發(fā)的時間。上例中，由于系統(tǒng)并沒有實現(xiàn)同步更新系統(tǒng)時間，所以時間戳不合理。

展望未來

正如我前文說的，pstore在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備逐漸普及的現(xiàn)在，能發(fā)揮很大的作用，例如智能音箱和掃地機(jī)已經(jīng)用起來了。

全功能支持

到目前為止，不管是塊設(shè)備還是mtd設(shè)備，社區(qū)的代碼都沒能做到pstore的全部前端的支持。

塊設(shè)備如果需要記錄Panic日志，需要提供一個在Panic時寫塊設(shè)備的接口。我在全志的mmc和nand驅(qū)動中實現(xiàn)了這樣的接口，卻因為種種原因不適合提交到社區(qū)。社區(qū)塊驅(qū)動的適配寄希望于更多同學(xué)的努力了。

MTD設(shè)備很早前就有了panic_write()的定義，因此可以支持Panic日志轉(zhuǎn)存。不支持其他前端，則是因為其擦寫的物理特性。對pmsg，console，ftrace等這些不能頁對齊寫入的前端，還需要更多的適配工作。

遷移pstore/ram

在當(dāng)前pstore的目錄結(jié)構(gòu)是這樣的：

$ tree fs/pstorefs/pstore/├── blk.c # pstore/blk 后端的實現(xiàn)├── ftrace.c # ftrace 前端的實現(xiàn)├── inode.c # pstore 文件系統(tǒng)的注冊與操作├── internal.h├── Kconfig├── Makefile├── platform.c # pstore 前后端功能的核心├── pmsg.c # pmsg 前端的實現(xiàn)├── ram.c # pstore/ram 后端的實現(xiàn)├── ram_core.c # pstore/ram 后端的實現(xiàn)└── zone.c # pstore/zone 實現(xiàn)存儲空間的分配和管理

在我的補(bǔ)丁之前，只支持轉(zhuǎn)存日志到ram，因此如果研讀代碼，我們會發(fā)現(xiàn)ram.c和ram_core.c實現(xiàn)了兩部分功能：

dram空間分配與管理

dram的讀寫操作

我實現(xiàn)的blk.c支持了轉(zhuǎn)存到塊設(shè)備。但是后來發(fā)現(xiàn)不管pstore/ram還是pstore/blk，他們對于存儲空間的分配和管理極度相似，我就提煉出了pstore/zone。于是乎，期望的代碼層次應(yīng)該是這樣的：

pstore/ram要整合入pstore/zone已經(jīng)與maintainer達(dá)成共識，但還需要更多同學(xué)一同努力做更多兼容，例如ecc的支持。