Linux内核的栈回溯与妙用

原理是，当一个内核线程卡死时，首先考虑在某个函数陷入死循环，系统定时钟中断是不断产生的，此时current线程很大概率就是卡死线程(要考虑内核抢占，内核支持抢占时，内核某处陷入死循环照样可以调度出去)，然后使用struct pt_regs *regs = get_irq_regs()方法，就能获取中断前线程的pc、sp、fp等寄存器值，有了这些值，就能按照内核线程崩溃栈回溯原理，对卡死线程函数调用过程栈回溯，找到卡死函数。mips架构栈回溯的核心函数show_backtrace()定义如下，只要传入内核线程的struct task_struct和structpt_regs结构，就能对内核线程当时指令的执行进行栈回溯。

static void show_backtrace(struct task_struct *task, const struct pt_regs *regs) 

4.4 应用程序锁死时对所有应用线程的栈回溯

以arm架构为例。当应用锁死，尤其是偶现的锁死卡死问题，可以使用栈回溯的思路解决。以单核CPU为例，应用程序的所有线程，正常情况，两种状态:正在运行和其他状态(大部分情况是休眠)。

休眠的应用线程，一般要先进入内核空间，将应用层运行时的pc、lr、fp等寄存器存入内核栈，执行schdule函数让出CPU使用权，最后线程休眠。此时可以通过tesk_pt_regs函数从线程内核栈中获取线程进入内核空间前的pc、lr、fp等寄存器的数据。正在运行的应用线程，系统定时钟中断产生后，系统要执行硬件定时器中断，此时可以通过get_irq_regs函数获取中断前的pc、lr、fp等寄存器的值。

不管应用线程是否正在运行，都可以获取线程当时用户空间运行指令的pc、lr、fp等寄存器数据。当应用某个线程，不管是使用锁异常而长时间休眠，还是陷入死循环，从内核的进程运行队列中，依次获取到所有应用线程的pc、lr、fp等寄存器的数据后(可以考虑在account_process_tick函数实现)，就可以按照前文思路对应用线程栈回溯，找出怀疑点。

实际使用时，要防止内核线程的干扰，task->mm可以用来判断，内核线程为NULL。当然也可以通过线程名字加限制，对疑似的几个线程栈回溯。应用线程正在内核空间运行时，这种情况用这个方法就有问题，这时需加限制，比如通过get_irq_regs函数获取到 pc值后，判断是在内核空间还是用户空间。读者实现该功能时，有不少其他细节要注意，这里不再一一列出。

5 应用程序栈回溯的展望

关于应用程序的栈回溯，笔者正在考虑一个方法，使应用程序的栈回溯能真正像内核一样打印出函数的符号及偏移，比如

现有的方法只能实现如下效果：

之后还得对应用程序反汇编才能找到崩溃的函数。

笔者的分析是，理论上是可以实现的，只要仿照内核的kallsyms方法，按照顺序记录每个应用函数的函数首地址和函数名字到一个文件中，当应用程序崩溃时，内核中读取这个文件，根据崩溃的指令地址在这个文件中搜索，就能找到该指令处于哪个函数中，本质还是实现了与内核kallsyms类似的方法。有了这个功能，不仅应用程序栈回溯能打印函数的名称与偏移，还能让mips架构应用程序崩溃的栈回溯按照内核崩溃栈回溯的原理来实现，不会再出现函数误报现象，不知读者是否理解我的思路?后续有机会，会尝试开发这个功能并分享出来。

6总结

实际项目调试时，发现栈回溯的应用价值非常大，掌握栈回溯的原理，不仅对内核调试有很大帮助，对加深内核的理解也是有不少益处。

这是本人第一次投稿，经验不足，文章可能也有失误的地方，请读者及时提出，但是笔者保证，文章讲解的内容都是经过理论和实际验证的，不会有原理性偏差。有问题请发往笔者邮箱。后续有机会，笔者会将内存管理、文件系统方面的总结分享出来。

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（编辑：核心网）

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