TranslateProject/translated/tech/20170621 Using Kdump for examining Linux Kernel crashes.md

使用 Kdump 检查 Linux 内核崩溃
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### 我们先看一下 kdump 使用的基础知识，和 kdump/kexec 内核实现的内部结构。

![Using Kdump for examining Linux Kernel crashes](https://opensource.com/sites/default/files/styles/image-full-size/public/images/life/linux_boot.png?itok=pSGmf8Ca "Using Kdump for examining Linux Kernel crashes")

Image by : [Penguin][13], [Boot][14]. Modified by Opensource.com. [CC BY-SA 4.0][15].

[Kdump][16] 是获取崩溃的 Linux 内核转储的一种方法，但是想找到解释其使用和内部结构的文档可能有点困难。在本文中，我将研究 kdump 使用的基础知识，并查看 kdump/kexec 内核实现的内部结构。

[Kexec][17] 是一个 Linux 内核到内核的引导加载程序，可以帮助从第一个内核的上下文引导到第二个内核。Kexec 关闭第一个内核，绕过 BIOS 或固件阶段，并跳转到第二个内核。因此，在没有 BIOS 阶段的情况下，重新启动变得更快。

Kdump 可以与 kexec 应用程序一起使用 - 例如，当第一个内核崩溃时第二个内核启动，第二个内核用于复制第一个内核的内存转储，可以使用 gdb 和 crash 等工具分析崩溃的原因。（在本文中，我将使用术语 _first kernel_ 作为当前运行的内核，_second kernel_ 作为使用 kexec 运行的内核，_capture kernel_ 表示在当前内核崩溃时运行内核。）

更多 Linux 资料：

*   [What is Linux?][1]

*   [What are Linux containers?][2]

*   [Download Now: Linux commands cheat sheet][3]

*   [Advanced Linux commands cheat sheet][4]

*   [Our latest Linux articles][5]

kexec 机制在内核以及用户空间中都有组件。内核提供了几个用于 kexec 重启功能的系统调用。名为 kexec-tools 的用户空间工具使用这些调用，并提供可执行文件来加载和引导第二个内核。有的发行版还会在 kexec-tools 上添加包装器，这有助于捕获并保存各种转储目标配置的转储。在本文中，我将使用名为 distro-kexec-tools 的工具来避免上游 kexec 工具和特定于发行版的 kexec-tools 代码之间的混淆。我的例子将使用 Fedora Linux 发行版。

### Fedora kexec-tools 工具

使用 **dnf install kexec-tools** 命令在 Fedora 机器上安装 fedora-kexec-tools。在按章 fedora-kexec-tools 后可以执行 **systemctl start kdump** 命令来启动 kdump 服务。当此服务启动时，它将创建一个根文件系统（initramfs），其中包含了装载目标的资源，用于保存 vmcore，以及复制和转储 vmcore 的命令。然后，该服务将内核和 initramfs 加载到崩溃内核区域内的合适位置，以便在内核崩溃时可以执行它们。

Fedora 包装器提供了两个用户配置文件：

1.  **/etc/kdump.conf** 指定修改后需要重建 initramfs 的配置参数。例如，如果将转储目标从本地磁盘更改为 NFS 装载的磁盘，则需要使用与 NFS 相关的内核模块才能由捕获内核加载。

2.  **/etc/sysconfig/kdump** 指定修改后不需要重新构建 initramfs 的配置参数。例如，如果只需修改传递给捕获内核的命令行参数，则不需要重新构建 initramfs。

如果内核在 kdump 服务启动之后出现故障，那么捕获内核被执行，进一步会执行 initramfs 中的 vmcore 保存过程，然后重新启动到稳定的内核。

### kexec-tools 工具

编译 kexec-tools 的源代码得到了一个名为 **kexec** 的可执行文件。相同的可执行文件可用于加载和执行第二个内核或加载捕获内核，可以在内核崩溃时执行。

加载第二个内核的命令：

```
# kexec -l kernel.img --initrd=initramfs-image.img –reuse-cmdline
```

**--reuse-command** 参数表示使用与第一个内核相同的命令行。使用 **--initrd** 传递 initramfs。 **-l** 表示正在加载第二个内核，可以由 kexec 应用程序本身执行（**kexec -e**）。使用 **-l** 加载的内核不能在内核崩溃时执行。为了加载可以在内核崩溃时执行的捕获内核，必须传递参数 **-l**。

加载捕获内核的命令：

```
# kexec -p kernel.img --initrd=initramfs-image.img –reuse-cmdline
```

**echo c > /pros/sysrq-trigger** 可用于使内核崩溃以进行测试。有关 kexec-tools 提供的选项的详细信息，请参阅 **man kexec**。在转到下一个部分之前，请看这个 kexec_dump 的演示：

[kexec_dump_demo (YouTube)](https://www.youtube.com/embed/iOq_rJhrKhA?rel=0&origin=https://opensource.com&enablejsapi=1)

### Kdump: 端到端流

图 1 展示了流程图。必须在引导第一个内核期间为捕获内核保留 Crashkernel 的内存。您可以在内核命令行中传递 **crashkernel=Y@X**，其中 **@X** 是可选的。**crashkernel=256M** 适用于大多数 x86_64 系统;然而，为崩溃内核选择适当的内存取决于许多因素，如内核大小和 initramfs，以及 initramfs 中包含的模块和应用程序运行时的内存需求。有关传递崩溃内核参数的更多方法，请参阅 [kernel-parameters documentation][18] 文档。

![pratyush_f1.png](https://opensource.com/sites/default/files/images/life/pratyush_f1.png)

您可以将内核和 initramfs 镜像传递给 **kexec** 可执行文件，如（**kexec-tools**）部分的命令所示。捕获内核可以与第一个内核相同，也可以不同。通常，保持不变。Initramfs 是可选的;例如，当内核使用 **CONFIG_INITRAMFS_SOURCE** 编译时，您不需要它。通常，从第一个 initramfs 中保存一个不一样的捕获 initramfs，因为在捕获 initramfs 中自动执行 vmcore 的副本能获得更好的效果。当执行 **kexec** 时，它还加载了 **elfcorehdr** 数据和 purgatory 可执行文件。 **elfcorehdr** 具有关于系统内存组织的信息，purgatory 可以在捕获内核执行之前执行并验证第二级二进制或数据是否具有正确的 SHA。Purgatory 也是可选的。

当第一个内核崩溃时，它执行必要的退出过程并切换到 purgatory（如果存在）。Purgatory 验证加载二进制文件的 SHA256，如果是正确的，则将控制权传递给捕获内核。捕获内核根据从 **elfcorehdr** 接收到的系统内存信息创建 vmcore。因此，捕获内核启动后，您将看到 /proc/vmcore 中第一个内核的转储。根据您使用的 initramfs，您现在可以分析转储，将其复制到任何磁盘，也可以是自动复制的，然后重新启动到稳定的内核。

### 内核系统调用

内核提供了两个系统调用：**kexec_load()** 和 **kexec_file_load()**，可以用于在执行 **kexec -l** 时加载第二个内核。它还为 **reboot()** 系统调用提供了一个额外的标志，可用于使用 **kexec -e** 引导到第二个内核。

**kexec_load()**：**kexec_load()** 系统调用加载一个可以在之后通过 **reboot()** 执行的新的内核。其原型定义如下：

```
long kexec_load(unsigned long entry, unsigned long nr_segments,
struct kexec_segment *segments, unsigned long flags);
```

用户空间需要为不同的组件传递不同的段，如内核，initramfs 等。因此，**kexec** 可执行文件有助于准备这些段。**kexec_segment** 的结构如下所示：

```
struct kexec_segment {
	void *buf;
	/* 用户空间缓冲区 */
	size_t bufsz;
	/* 用户空间中的缓冲区长度 */
	void *mem;
	/* 内核的物理地址 */
	size_t memsz;
	/* 物理地址长度 */
};
```

当使用 **LINUX_REBOOT_CMD_KEXEC** 调用 **reboot()** 时，它会引导进入由 **kexec_load** 加载的内核。如果标志 **KEXEC_ON_CRASH** 被传递给 **kexec_load()**，则加载的内核将不会使用 **reboot(LINUX_REBOOT_CMD_KEXEC)** 来启动;相反，这将在内核崩溃中执行。必须定义 **CONFIG_KEXEC** 才能使用 **kexec**，并且为 kdump 定义 **CONFIG_CRASH_DUMP**。

**kexec_file_load()**：作为用户，你只需传递两个参数（即 kernel 和 initramfs）到 **kexec** 可执行文件。然后，**kexec** 从 sysfs 或其他内核信息源中读取数据，并创建所有段。所以使用 **kexec_file_load()** 可以简化用户空间，只传递内核和 initramfs 的文件描述符。其余部分由内核本身完成。使用此系统调用时应该启用 **CONFIG_KEXEC_FILE**。它的原型如下：

```
long kexec_file_load(int kernel_fd, int initrd_fd, unsigned long
cmdline_len, const char __user * cmdline_ptr, unsigned long
flags);
```

请注意，**kexec_file_load** 也可以接受命令行，而 **kexec_load()** 不行。内核根据不同的系统架构来接受和执行命令行。因此，在 **kexec_load()** 的情况下，**kexec-tools** 将通过其中一个段（如在 **dtb** 或 **ELF** 引导注释等）中传递命令行。

目前，**kexec_file_load()** 仅支持 x86 和 PowerPC。

### 当内核崩溃时会发生什么

当第一个内核崩溃时，在控制权传递给 purgatory 或捕获内核之前，会执行以下操作：

*   准备 CPU 寄存器（参见内核代码中的 **crash_setup_regs()**）;

*   更新 vmcoreinfo 备注（请参阅 **crash_save_vmcoreinfo()**）;

*   关闭非崩溃的 CPU 并保存准备好的寄存器（请参阅 **machine_crash_shutdown()** 和 **crash_save_cpu()**）;

*   您可能需要在此处禁用中断控制器;

*   最后，它执行 kexec 重新启动（请参阅 **machine_kexec()**），它将加载或刷新 kexec 段到内存，并将控制权传递给进入段的执行文件。输入段可以是下一个内核的 purgatory 或开始地址。

### ELF 程序头

kdump中涉及的大多数转储核心都是 ELF 格式。因此，理解 ELF 程序头部很重要，特别是当您想要找到 vmcore 准备的问题。每个 ELF 文件都有一个程序头：

*   由系统加载器读取，

*   描述如何将程序加载到内存中，

*   可以使用 **Objdump -p elf_file** 来查看程序头。

vmcore 的 ELF 程序头的示例如下：

```
# objdump -p vmcore
vmcore:
file format elf64-littleaarch64
Program Header:
NOTE off 0x0000000000010000 vaddr 0x0000000000000000 paddr 0x0000000000000000 align 2**0 filesz
0x00000000000013e8 memsz 0x00000000000013e8 flags ---
LOAD off 0x0000000000020000 vaddr 0xffff000008080000 paddr 0x0000004000280000 align 2**0 filesz
0x0000000001460000 memsz 0x0000000001460000 flags rwx
LOAD off 0x0000000001480000 vaddr 0xffff800000200000 paddr 0x0000004000200000 align 2**0 filesz
0x000000007fc00000 memsz 0x000000007fc00000 flags rwx
LOAD off 0x0000000081080000 vaddr 0xffff8000ffe00000 paddr 0x00000040ffe00000 align 2**0 filesz
0x00000002fa7a0000 memsz 0x00000002fa7a0000 flags rwx
LOAD off 0x000000037b820000 vaddr 0xffff8003fa9e0000 paddr 0x00000043fa9e0000 align 2**0 filesz
0x0000000004fc0000 memsz 0x0000000004fc0000 flags rwx
LOAD off 0x00000003807e0000 vaddr 0xffff8003ff9b0000 paddr 0x00000043ff9b0000 align 2**0 filesz
0x0000000000010000 memsz 0x0000000000010000 flags rwx
LOAD off 0x00000003807f0000 vaddr 0xffff8003ff9f0000 paddr 0x00000043ff9f0000 align 2**0 filesz
0x0000000000610000 memsz 0x0000000000610000 flags rwx
```

在这个例子中，有一个 note 段，其余的是 load 段。note 段提供了有关 CPU 信息，load 段提供了关于复制的系统内存组件的信息。

Vmcore 从 **elfcorehdr** 开始，它具有与 ELF 程序头相同的结构。参见图 2 中 **elfcorehdr** 的表示：

![pratyush_f2.png](https://opensource.com/sites/default/files/images/life/pratyush_f2.png)

**kexec-tools** 读取 /sys/devices/system/cpu/cpu%d/crash_notes 并准备 **CPU PT_NOTE** 的头文件。同样，它读取 **/sys/kernel/vmcoreinfo** 并准备 **vmcoreinfo PT_NOTE** 的头文件，从 **/proc/iomem** 读取系统内存并准备存储器 **PT_LOAD** 标头。当捕获内核接收到 **elfcorehdr** 时，它从头文件中提到的地址中读取数据，并准备 vmcore。

### Crash notes

Crash notes 是每个 CPU 中用于在系统崩溃的情况下存储 CPU 状态的区域; 它有关于当前 PID 和 CPU 寄存器的信息。

### vmcoreinfo

该 note 段具有各种内核调试信息，如结构体大小、符号值、页面大小等。这些值由捕获内核解析并嵌入到 **/proc/vmcore** 中。 vmcoreinfo 主要由 **makedumpfile** 应用程序使用。在 Linux 内核，**include/linux/kexec.h** 宏定义了一个新的 **vmcoreinfo**。 一些示例宏如下所示：

*   **VMCOREINFO_PAGESIZE()**

*   **VMCOREINFO_SYMBOL()**

*   **VMCOREINFO_SIZE()**

*   **VMCOREINFO_STRUCT_SIZE()**

### makedumpfile

vmcore 中的许多信息（如可用页面）都没有用处。Makedumpfile 是一个用于排除不必要的页面的应用程序，如：

*   填满零的页面，

*    没有私有标志的缓存页面（非专用缓存）;

*   具有私有标志的缓存页面（专用缓存）;

*   用户进程数据页;

*   可用页面。

此外，makedumpfile 在复制时压缩 **/proc/vmcore** 的数据。它也可以从转储中删除敏感的符号信息; 然而，为了做到这一点，它首先需要内核的调试信息。该调试信息来自 **VMLINUX** 或 **vmcoreinfo**，其输出可以是 ELF 格式或 kdump 压缩格式。

典型用法：

```
# makedumpfile -l --message-level 1 -d 31 /proc/vmcore makedumpfilecore
```

详细信息请参阅 **man makedumpfile**。

### kdump 调试

新手在使用 kdump 时可能会遇到的问题：

###  _Kexec -p kernel_image_  没有成功

*   检查是否分配了崩溃内存。

*   **cat /sys/kernel/kexec_crash_size** 不应该有零值。

*   **cat /proc/iomem | grep "Crash kernel"** 应该有一个分配的范围。

*   如果未分配，则在命令行中传递正确的　**crashkernel=**　参数。

*   如果没有显示，则在 **kexec** 命令中传递参数 **-d**，并使用 kexec-tools 邮件列表共享调试输出。

### 在第一个内核的最后一个消息之后，在控制台上看不到任何东西（比如“bye”）

*   检查 **kexec -e** 之后的 **kexec -l kernel_image** 命令是否工作。

*   可能缺少支持的体系结构或特定机器的选项。

*   可能是 purgatory 的 SHA 验证失败。如果您的体系结构不支持 purgatory 中的控制台，则很难进行调试。

*   可能是第二个内核早已崩溃。

*   将您的系统的 **earlycon** 或 **earlyprintk** 选项传递给第二个内核的命令行。

*   使用 kexec-tools 邮件列表共享第一个内核和捕获内核的 **dmesg** 日志。

### 资源

#### fedora-kexec-tools

*   存储库: **git://pkgs.fedoraproject.org/kexec-tools**

*   邮件列表：[kexec@lists.fedoraproject.org][7]

*   说明：规定的文件和脚本提供了用户友好的命令和服务，以便 **kexec-tools** 可以在不同的用户场景下实现自动化。

#### kexec-tools

*   存储库: git://git.kernel.org/pub/scm/utils/kernel/kexec/kexec-tools.git

*   邮件列表：[kexec@lists.infradead.org][8]

*   说明：使用内核系统调用并提供用户命令 **kexec**。

#### Linux kernel

*   存储库: **git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git**

*   邮件列表：[kexec@lists.infradead.org][9]

*   说明：实现了 **kexec_load()**、**kexec_file_load()**、**reboot()** 系统调用和特定体系结构的代码，例如 **machine_kexec()** 和 **machine_crash_shutdown()**。

#### Makedumpfile

*   存储库: **git://git.code.sf.net/p/makedumpfile/code**

*   邮件列表：[kexec@lists.infradead.org][10]

*   说明：从转储文件中压缩和过滤不必要的组件。

 _Learn more in Pratyush Anand's [KDUMP: Usage and Internals][11] talk at LinuxCon ContainerCon CloudOpen China on June 20, 2017._

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作者简介：

Pratyush Anand - Pratyush 正在与 Red Hat 合作，作为 Linux 内核通才。他主要负责 Red Hat 产品和上游所面临的几个 kexec/kdump 问题。他还处理 Red Hat 支持的 ARM64 平台周围的其他内核调试、跟踪和性能问题。除了 Linux 内核，他还在上游的 kexec-tools 和 makedumpfile 项目中做出了贡献。他是一名开源爱好者，并在教育机构举办志愿者讲座，促进了 FOSS。
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via: https://opensource.com/article/17/6/kdump-usage-and-internals

作者：[Pratyush Anand  ][a]
译者：[firmianay](https://github.com/firmianay)
校对：[校对者ID](https://github.com/校对者ID)

本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译，[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出

[a]:https://opensource.com/users/pratyushanand
[1]:https://opensource.com/resources/what-is-linux?src=linux_resource_menu
[2]:https://opensource.com/resources/what-are-linux-containers?src=linux_resource_menu
[3]:https://developers.redhat.com/promotions/linux-cheatsheet/?intcmp=7016000000127cYAAQ
[4]:https://developers.redhat.com/cheat-sheet/advanced-linux-commands-cheatsheet?src=linux_resource_menu&intcmp=7016000000127cYAAQ
[5]:https://opensource.com/tags/linux?src=linux_resource_menu
[6]:https://opensource.com/article/17/6/kdump-usage-and-internals?rate=7i_-TnAGi8Q9GR7fhULKlQUNJw8KWgzadgMY9TDuiAY
[7]:mailto:kexec@lists.fedoraproject.org
[8]:mailto:kexec@lists.infradead.org
[9]:mailto:kexec@lists.infradead.org
[10]:mailto:kexec@lists.infradead.org
[11]:http://sched.co/AVB4
[12]:https://opensource.com/user/143191/feed
[13]:https://pixabay.com/en/penguins-emperor-antarctic-life-429136/
[14]:https://pixabay.com/en/shoe-boots-home-boots-house-1519804/
[15]:https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
[16]:https://www.kernel.org/doc/Documentation/kdump/kdump.txt
[17]:https://linux.die.net/man/8/kexec
[18]:https://github.com/torvalds/linux/blob/master/Documentation/admin-guide/kernel-parameters.txt
[19]:https://opensource.com/users/pratyushanand