Разработка ядра Linux

Сообщения oops — обычный для ядра способ сообщить пользователю, что произошло что-то нехорошее. Так как ядро управляет всей системой, то оно не может само себя исправить, или завершить, как это возможно для программ пространства пользователя, когда они делают что-то не так. Вместо этого, ядро выводит сообщение oops. Такое сообщение включает вывод информации об ошибке на консоль, вывод дампа содержимого всех регистров и вывод обратной трассировки вызовов функций (back trace). Сбои в работе ядра трудно обработать, поэтому ядро должно "пролезть'' через многие дыры, чтобы вывести сообщение oops и выполнить за собой все необходимые действия по очистке. Часто после выдачи сообщения oops ядро находится в несогласованном состоянии. Например, в момент возникновения ситуации, в которой выдается сообщение oops, ядро может находится в процессе обработки важных данных. В этот момент может удерживаться блокировка, или выполняться сеанс взаимодействия с оборудованием. Ядро должно аккуратно отойти от текущего состояния и попытаться восстановить контроль над системой. Во многих случаях это невозможно. Если ситуация, в которой выдается сообщение oops, возникает в контексте прерывания, то ядро не может продолжать работу и переходит в состояние паники. Состояние паники проявляется в полной остановке системы. Если oops возникает в холостой задаче (idle task, идентификатор pid равен нулю), или при выполнении процесса init (идентификатор pid равен единице), то ядро также переходит в состояние паники, потому что ядро не может продолжать выполнение без этих важных процессов. Однако, если oops возникает при выполнении любого другого процесса, то ядро завершает этот процесс и продолжает работу.

Сообщение oops может выдаваться по многим причинам, включая недопустимый доступ к памяти (memory access violation) и выполнение недопустимой машинной команды. Как разработчику ядра, вам придется иметь дело с сообщениями oops и далее, несомненно, быть причиной их появления.

Ниже показано сообщение oops для машины аппаратной платформы PPC, которое возникло и обработчике таймера для сетевого интерфейсного адаптера tulip.

Oops: Exception in kernel mode, sig: 4

Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000001

NIP: C013A7F0 LR: C013A7F0 SP:C0685E00 REGS: c0905d10 TRAP: 0700

Not tainted

MSR: 00089037 EE: 1 PR: 0 FP: 0 ME: 1 IR/DR: 11

TASK=c0712530[0] swapper Last syscall: 120

GPR00: C013A7C0 C0295E00 C0231530 0000002F 00000001 C0380CB8 C0291B80 C02D0000

GPR08: 000012AD 00000000 00000000 C0292AA0 4020A088 00000000 00000000 00000000

GPR16: 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000

GPR24: 00000000 00000005 00000000 00001032 C3F7C000 00000032 FFFFFFFF C3F7C1C0

Call trace:

[c013ab30] tulip_timer+0x128/0x1c4

[c0020744] run_timer_softirq+0x10c/0x164

[c001b864] do_softirq+0x88/0x104

[c0007e80] timer_interrupt+0x284/0x298

[c00033c4] ret_from_except+0x0/0x34

[c0007b84] default_idle+0x20/0x60

[c0007bf8] cpu_idle+0x34/0x38

[c0003ae8] rest_init+0x24/0x34

У пользователей ПК может вызвать удивление количество регистров процессора (32 — огромное число!). Сообщение oops для аппаратной платформы x86, которые возможно вам более знакомы, имеют несколько более простой вид. Тем не менее, важная информация идентична для всех аппаратных платформ: содержимое всех регистров и обратная трассировка.

Обратная трассировка показывает точную последовательность вызовов функций, которая привела к проблеме. В данном случае можно точно определить, что случилось: машина выполняла холостое задание — холостой цикл: вызов функции cpu_idle, из которой циклически вызывается функция default_idle. Поступило прерывание от системного таймера, в котором вызываются обработчики таймеров ядра. Среди них вызывается обработчик таймера — функция tulip_timer, в которой выполнено разыменование указателя со значением NULL. Можно даже воспользоваться значением смещения (числа вроде 0х128/0х1с4, которые указаны справа от имени функции) для точного нахождения команды, в которой возникла ошибка.