[笔记分享] [Exception] 内核空间异常之流程小结

平台： MSM8260
OS: Android 2.3.4

Overview

本文主要描述下kernel exception(这里以oops为主线)的flow以及如何对oops进行分析作一个讲解。

Exception flow

1.1 介绍

android系统上的exception的大致流程：

从arm_notify_die开始，左边是Kernel exception flow， 右边为user space exception flow，也就是说当exception处于user space时，kernel会发送信号给user space, 而不会像kernel exception一样会down机。

另外，我们发现，各种excetpion type和arm的exception基本上是对应的。如data abort, prefetch abort。

从图上看到，不管是哪种异常都会进入arm_notify_die，然后再die。其实经常碰到的exception不会经过arm_notify_die， 而是直接调用了do_page_fault就返回，不过没关系，do_page_fault最终也会调用die或者是force_sig_info。一会我们从代码中就可以看到了。

1.2Recieve

那么系统是如何知道一个exception发生的呢。拿kernel data abort为例(后面都是)，当我们在kernel中对一个虚拟地址进行访问的时候，如0x12345678，但在系统初始化的时候，该地址所对应的权限是禁止访问，MMU捕捉到访问0x0的action之后，但是发现初始化时是设置禁止访问的，然后它就设置相关registers,产生一个exception。

1.3 Handler

1.3.1 汇编部分

Ok， exception 产生了， 到了区分是哪种exception的时候。 每种体系结构的exception都不尽相同，
我们是arm平台，所以对应的文件为[e-mail]:\1090\android\kernel\arch\arm\kernel。

Exception时，首先进入异常向量表：

这里暂不讨论vector table放在高端时是如何跳转，毕竟exception为theme嘛，有兴趣的童鞋可参考http://blog.csdn.net/hongtao_liu/article/details/4263176 。所以这里不讨论直接进入vector_dabt + stubs_offset所对应地址：

虽然arm有好多种工作模式，但是在linux上只有两种，user和svc mode。这也使得linux在x86上的处理简单很多，题外话….

Vector_stub为一个宏：

Asm相对c看起来比较吃力(自己不熟悉也是原因咯–!)，熬一熬就出头了。大概的意思就是保存当前当前信息(lr, cpsr, r0)， 准备进入SVC mode前一些工作(不管是user还是kernel exception时都会进入svc mode)， 然后判断产生exception的Mode, 最后跳转到相应handler。

那么我们这里就是进入了__dabt_svc了：

可以看到，不管是user还是kernel exception, 最终都会调用do_DataAbort， 只是kernel exception就reboot了。这里我们要关注的是r0保存了exception的address， r1保存了fault status。至于其他信息，如各种register, 是通过stack传参给do_DataAbort了。

顺便说下，arm中asm到c的传参是通过r0-r3， 当参数多个4个之后，就可以使用stack传递，当然你也可以都用stack传递，没人会说你违法的….

1.3.2 C语言部分

终于熬出头进入了c语言部分，稍稍有点激动，稳住，看[e-mail]:\1090\android\kernel\arch\arm\mm。你会发现里面有do_PrefetchAbort, do_ DataAbort。还有其他一些函数后面会提到。这里以do_ DataAbort举例：

先看其参数，addr就是r0， fsr是r1， 而且pregs就是通过stack传过来的。先执行inf->fn， inf是什么 ?看const struct fsr_info *inf = fsr_info + fsr_fs(fsr);， 你会发现它发现根据fualt status value(fsr变量)去相应的inf，每个fsr_info都有自己的fn，然后通过inf->fn调用。

很多fn都是do_bad，其实它只是个空函数，

这样它就可以执行inf->fn后面的语句也就是arm_notify_die了。

不过从测试当中发现，不管是data abort还是prefect abort，执行的基本上是fsr_info中的do_page_fault函数，因为一般的错误基本上是引用控制值，或者访问了没有访问权限的地址之类。

因此，我们转去看do_page_fault。

其实这个函数主要是处理缺页申请的。它是为虚拟内存管理所服务的。过程为这样子：当取的虚拟地址有效，但是其所对应的也不在当前物理内存，系统必须要从磁盘或者交换文件中装入内存。

对于缺页申请，这里就不描述了。当是use mode的exception时, __do_user_fault会call到force_sig_info发送信号给用户空间，让用户空间处理exception, 然后返回到之前说的汇编部分继续执行被exception打断前的事，当然并不一定是之前的process咯，因为return时会发生schedule嘛!

忘了一件重要事情：oops的log信息是怎么样的我们到现在还没看过呢！内容有点多，sorry，我也不想…

1>[   24.566404] Unable to handle kernel paging request at virtual address 1234
5678
<1>[   24.566432] pgd = dbe50000
<1>[   24.575600] [12345678] *pgd=00000000
<0>[   24.578896] Internal error: Oops: 805 [#1] PREEMPT SMP
<0>[   24.584132] last sysfs file: /sys/lcd/lcd_display
<4>[   24.588558] Modules linked in:
<4>[   24.591862] CPU: 1    Not tainted  (2.6.35.7+ #47)
<4>[   24.596647] PC is at lcd_display_show+0x20/0x40
<4>[   24.601064] LR is at kobj_attr_show+0x18/0x1c
<4>[   24.605228] pc : [<c02dad2c>]    lr : [<c0292754>]    psr: a0000013
<4>[   24.605234] sp : dbe43f10  ip : 00000002  fp : bedffd9a
<4>[   24.616771] r10: 00000fff  r9 : 00001000  r8 : c062598c
<4>[   24.622068] r7 : dbe43f80  r6 : df025c40  r5 : dfa199f0  r4 : dbe1b000
<4>[   24.628664] r3 : 12345000  r2 : 00000031  r1 : c072bbc6  r0 : dbe1b000
<4>[   24.635176] Flags: NzCv  IRQs on  FIQs on  Mode SVC_32  ISA ARM  Segment u
ser
<4>[   24.642033] Control: 10c57c7d  Table: 5c05006a  DAC: 00000015
<4>[   24.647761]
<4>[   24.647763] PC: 0xc02dacac:
<4>[   24.652187] acac  e3530031 1a000010 e59f0048 eb0c7969 e3a00000 e5c5400c eb
ff8b40 ea00000a
<4>[   24.660434] accc  e3540031 1a000008 e59f5024 e5d5300c e3530030 1a000004 e5
9f001c eb0c795d
<4>[   24.668594] acec  e3a00000 e5c5400c ebff8b55 e3a00000 e8bd8070 c0868fc8 c0
75ba4f c075ba6c
<4>[   24.676753] ad0c  e59f302c e1a00002 e92d4010 e1a04002 e5d3200c e3a0c002 e5
9f3018 e59f1018
<4>[   24.684913] ad2c  e583c678 ebfefbb1 e1a00004 e8bd4010 eafef2cf c0868fc8 12
345000 c072bbc6
<4>[   24.693072] ad4c  e59f3020 e1a00002 e92d4010 e59f1018 e1a04002 e5932000 eb
fefba4 e1a00004
<4>[   24.701231] ad6c  e8bd4010 eafef2c2 c094fb30 c07263ea e59f3020 e1a00002 e9
2d4010 e59f1018
<4>[   24.709392] ad8c  e1a04002 e5932004 ebfefb98 e1a00004 e8bd4010 eafef2b6 c0
94fb30 c07263ea
<4>[   24.717552]
<4>[   24.717555] LR: 0xc02926d4:
<4>[   24.721717] 26d4  e1a00006 e1a01005 e8bd47f0 eafffc50 e1a01007 e59f0004 e8
bd47f0 ea0d9adb
<4>[   24.729965] 26f4  c07516e5 e3a03101 ea000000 e1a03123 e1530000 8afffffc e1
a02000 e3a00000
<4>[   24.738124] 2714  ea000004 e1520001 20800083 20612002 e1a03123 e1a000a0 e3
530000 e0831000
<4>[   24.746284] 2734  1afffff7 e12fff1e e92d4010 e591300c e3530000 03e00004 08
bd8010 e12fff33
<4>[   24.754443] 2754  e8bd8010 e92d4010 e591c010 e35c0000 03e00004 08bd8010 e1
2fff3c e8bd8010
<4>[   24.762603] 2774  e2503000 e92d4010 0a000005 e5933014 e593300c e3530000 0a
000001 e12fff33
<4>[   24.770762] 2794  e8bd8010 e3a00000 e8bd8010 e590000c eafffff2 eafc18d2 e9
2d4010 e1a0200d
<4>[   24.778922] 27b4  e3c23d7f e3c3303f e5932004 e2822001 e5832004 e59f308c e3
a02001 e1931f9f
<4>[   24.787084]
<4>[   24.787086] SP: 0xdbe43e90:
<4>[   24.791250] 3e90  00000000 c01175cc 00000000 00000041 c0892c80 00000000 00
000000 1dfb443b
<4>[   24.799496] 3eb0  00000000 ffffffff dbe43efc df025c40 dbe43f80 c003fd2c db
e1b000 c072bbc6
<4>[   24.807656] 3ed0  00000031 12345000 dbe1b000 dfa199f0 df025c40 dbe43f80 c0
62598c 00001000
<4>[   24.815815] 3ef0  00000fff bedffd9a 00000002 dbe43f10 c0292754 c02dad2c a0
000013 ffffffff
<4>[   24.823974] 3f10  df025c58 c0292754 df025c58 c0196774 0003c000 0000003c db
e1e17c 00000002
<4>[   24.832134] 3f30  dbe1e180 0003c008 0003e000 00001000 df0b0780 0003c008 db
e43f80 00001000
<4>[   24.840295] 3f50  dbe42000 00000000 bedffd9a c0144e34 df0b0780 0003c008 df
0b0780 0003c008
<4>[   24.848454] 3f70  00000000 00000000 00001000 c0144f88 00000000 00000000 00
001000 00000000
<4>[   24.856614]
<4>[   24.856617] R0: 0xdbe1af80:
<4>[   24.860780] af80  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.869028] afa0  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.877186] afc0  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.885347] afe0  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.893507] b000  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.901666] b020  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.909826] b040  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.917986] b060  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   24.926146]
<4>[   24.926148] R1: 0xc072bb46:
<4>[   24.930312] bb44  676e6972 656f6420 74276e73 74696620 206e6920 63207525 73
726168 3c000a2e
<4>[   24.938558] bb64  73253e33 7865203a 74636570 72612073 656d7567 0a73746e 3e
333c00 203a7325
<4>[   24.946718] bb84  206e6163 796c6e6f 6b617420 69252065 67726120 6e656d75 00
0a7374 333c002c
<4>[   24.954878] bba4  3a73253e 65656e20 61207364 656c2074 20747361 61206925 6d
756772 73746e65
<4>[   24.963037] bbc4  6325000a 756c2500 696c2500 00692500 00756825 00696825 25
3e333c 73203a73
<4>[   24.971197] bbe4  6e697274 61702067 656d6172 20726574 65707865 64657463 33
3c000a 3a73253e
<4>[   24.979357] bc04  72747320 20676e69 61726170 6574656d 6f742072 6f6c206f 00
0a676e 703e343c
<4>[   24.987517] bc24  65737261 6772615f 3a292873 74706f20 206e6f69 27732527 61
6e6520 64656c62
<4>[   24.995677] bc44  71726920 0a217327 3e333c00 203a7325 6e6b6e55 206e776f 61
726170 6574656d
<4>[   25.003836]
<4>[   25.003839] R4: 0xdbe1af80:
<4>[   25.008003] af80  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.016249] afa0  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.024410] afc0  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.032568] afe0  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.040729] b000  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.048888] b020  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.057049] b040  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.065208] b060  00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.073367]
<4>[   25.073370] R5: 0xdfa19970:
<4>[   25.077534] 9970  dfa00a00 00000000 dfa017c0 dfa19990 00000001 000041ed 00
000034 00000000
<4>[   25.085781] 9990  00000001 00000000 dfa19960 dfa199c0 c075ba88 00000000 c0
868fe8 00000000
<4>[   25.093941] 99b0  00000002 000081a4 00000035 00000000 00000001 00000000 df
a19960 dfa199f0
<4>[   25.102100] 99d0  c075ba96 00000000 c0868ffc 00000000 00000002 000081a4 00
000036 00000000
<4>[   25.110259] 99f0  00000003 00000001 dfa19960 00000000 c075baa3 00000000 c0
869010 de6f8180
<4>[   25.118419] 9a10  00000002 000081a4 00000037 00000000 00000081 00000000 df
a19120 dfa863c0
<4>[   25.126579] 9a30  dfa00a40 00000000 dfa02e4c dfa871e0 00000001 000041ed 00
000038 00000000
<4>[   25.134739] 9a50  00000003 00000000 dfa193c0 dfa19a80 dfa00aa0 00000000 df
a01800 00000000
<4>[   25.142899]
<4>[   25.142902] R6: 0xdf025bc0:
<4>[   25.147066] 5bc0  df454800 00000000 dfb3e5f0 df0472a0 ffff8e8a 0000000c 00
0000f5 00000000
<4>[   25.155312] 5be0  def1f760 df025b60 00000000 df0472c4 c028a954 c028a848 00
000000 00000000
<4>[   25.163472] 5c00  df025080 e033f000 00000006 df025c0d 00000000 dfd842cc df
44b3d8 00200200
<4>[   25.171631] 5c20  df025ae0 def1fea0 de6f8300 df025aec c0132180 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.179792] 5c40  00000000 00000000 00000000 00000000 dbe1b000 c062598c 00
000000 00000000
<4>[   25.187950] 5c60  df025c60 df025c60 dbe42000 00000001 00000001 de6f8194 de
6f8194 00000000
<4>[   25.196111] 5c80  00000000 00000001 00000000 00000000 00000000 00000000 df
025c98 df025c98
<4>[   25.204270] 5ca0  c0831e10 c0831e10 3a303065 64323861 34323634 00000000 00
000000 00000000
<4>[   25.212431]
<4>[   25.212434] R7: 0xdbe43f00:
<4>[   25.216597] 3f00  c0292754 c02dad2c a0000013 ffffffff df025c58 c0292754 df
025c58 c0196774
<4>[   25.224843] 3f20  0003c000 0000003c dbe1e17c 00000002 dbe1e180 0003c008 00
03e000 00001000
<4>[   25.233003] 3f40  df0b0780 0003c008 dbe43f80 00001000 dbe42000 00000000 be
dffd9a c0144e34
<4>[   25.241162] 3f60  df0b0780 0003c008 df0b0780 0003c008 00000000 00000000 00
001000 c0144f88
<4>[   25.249322] 3f80  00000000 00000000 00001000 00000000 0002f920 0002dcbc 00
02f920 00000003
<4>[   25.257481] 3fa0  c0040428 c0040280 0002f920 0002dcbc 00000003 0003c008 00
001000 0002f920
<4>[   25.265642] 3fc0  0002f920 0002dcbc 0002f920 00000003 0002f920 00000001 00
000003 bedffd9a
<4>[   25.273802] 3fe0  00000000 bedffb00 0000c33d 000081bc 60000010 00000003 68
809800 d0012804
<4>[   25.281962]
<4>[   25.281964] R8: 0xc062590c:
<4>[   25.286128] 590c  00000000 00000000 7465736b 6c65725f 65736165 00000000 61
6e7964 5f63696d
<4>[   25.294374] 592c  6a626f6b 6c65725f 65736165 00000000 6a626f6b 5f746365 61
656c63 0070756e
<4>[   25.302534] 594c  6a626f6b 5f746365 5f646461 65746e69 6c616e72 00000000 6a
626f6b 5f746365
<4>[   25.310694] 596c  61657263 615f6574 615f646e 00006464 6c6c6966 626f6b5f 61
705f6a 00006874
<4>[   25.318853] 598c  c029273c c0292758 c0751f10 c0751f14 c0751f1b c0751f22 c0
751f27 c0751f2e
<4>[   25.327013] 59ac  6a626f6b 5f746365 65766575 655f746e 0000766e 33323130 37
363534 42413938
<4>[   25.335174] 59cc  46454443 00000003 00000000 00000000 00000000 00000003 ff
ffffff 00000001
<4>[   25.343333] 59ec  00000001 00000001 ffffffff 00010203 06070405 0b0a0908 0f
0e0d0c 03020100
<0>[   25.351495] Process cat (pid: 243, stack limit = 0xdbe422f0)
<0>[   25.356963] Stack: (0xdbe43f10 to 0xdbe44000)
<0>[   25.361219] 3f00:                                     df025c58 c0292754 df
025c58 c0196774
<0>[   25.369380] 3f20: 0003c000 0000003c dbe1e17c 00000002 dbe1e180 0003c008 00
03e000 00001000
<0>[   25.377540] 3f40: df0b0780 0003c008 dbe43f80 00001000 dbe42000 00000000 be
dffd9a c0144e34
<0>[   25.385699] 3f60: df0b0780 0003c008 df0b0780 0003c008 00000000 00000000 00
001000 c0144f88
<0>[   25.393860] 3f80: 00000000 00000000 00001000 00000000 0002f920 0002dcbc 00
02f920 00000003
<0>[   25.402019] 3fa0: c0040428 c0040280 0002f920 0002dcbc 00000003 0003c008 00
001000 0002f920
<0>[   25.410178] 3fc0: 0002f920 0002dcbc 0002f920 00000003 0002f920 00000001 00
000003 bedffd9a
<0>[   25.418339] 3fe0: 00000000 bedffb00 0000c33d 000081bc 60000010 00000003 68
809800 d0012804
<4>[   25.426507] [<c02dad2c>] (lcd_display_show+0x20/0x40) from [<c0292754>] (k
obj_attr_show+0x18/0x1c)
<4>[   25.435705] [<c0292754>] (kobj_attr_show+0x18/0x1c) from [<c0196774>] (sys
fs_read_file+0xb8/0x1a8)
<4>[   25.444646] [<c0196774>] (sysfs_read_file+0xb8/0x1a8) from [<c0144e34>] (v
fs_read+0xa8/0x150)
<4>[   25.452889] [<c0144e34>] (vfs_read+0xa8/0x150) from [<c0144f88>] (sys_read
+0x3c/0x68)
<4>[   25.460705] [<c0144f88>] (sys_read+0x3c/0x68) from [<c0040280>] (ret_fast_
syscall+0x0/0x30)
<0>[   25.469208] Code: e5d3200c e3a0c002 e59f3018 e59f1018 (e583c678)
<4>[   25.478113] ---[ end trace 60d10fac127ddd04 ]---
<0>[   25.488152] Kernel panic - not syncing: Fatal exception

mm参数为当前task的内存信息，其他参数不变。当addr比PAGE_SIZE小时，就被认为是NULL pointer, 例子是0x12345678.

#define PAGE_SHIFT      12
#define PAGE_SIZE       (_AC(1,UL) << PAGE_SHIFT)

然后打印mm相关信息，包括pgd, pte,不知我们平台上是否有使用pmd，有哪个大虾知道看本平台是几级页表请告知我一声。

Mm打印的信息似乎对分析oops没什么用，可能是我水准还不够。接着就die了，名字取得真形象….
还记得图上执行arm_notify_die里有什么语句吗？对，也有个die，所以接着他们的操作都是一样的了~~~

printk(KERN_EMERG “Internal error: %s: %x [#%d]” S_PREEMPT S_SMP “\n”,str, err, ++die_counter) 指出当前kernel是否是可抢占，是否是多处理器， 以及exception的count数。

print_modules()指出当前关联的模块，如果没有那就不打咯~

__show_regs()显示当前register信息。

show_extra_register_data()会打印各种registers最近的256bytes的信息，其中一个SP在手动分析的时候就派上用场了。在解oops时我们再分析。

接着这里写图片描述

printk(KERN_EMERG "Process %.*s (pid: %d, stack limit = 0x%p)\n",
        TASK_COMM_LEN, tsk->comm, task_pid_nr(tsk), thread + 1);

会从tsk中得的当前exception的名字，pid号以及stack的limit。这个limit不是size,而是它的栈顶address。

dump_mem()会将stack信息给打印出来，这里也有sp的一些信息供我们分析。

dump_backtrace()这里不跟了，代码较多，它主要是利用当前sp中的lr信息，然后从/proc/kallsyms里查找对应的函数，然后将function call stack个打印出来，看到了函数名，我们就容易懂多了….

可见__die()函数是核心部分，后面就是一些收尾了。像panic中会在等待5秒之后重启系统。