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[人工智能]kernel hung_task死锁检测机制原理实现

1、实现原理分析

Linux的进程存在多种状态,可在include/linux/sched.h中查看。

/* Used in tsk->state: */
#define TASK_RUNNING			0x0000
#define TASK_INTERRUPTIBLE		0x0001
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE		0x0002
#define __TASK_STOPPED			0x0004
#define __TASK_TRACED			0x0008
/* Used in tsk->exit_state: */
#define EXIT_DEAD			0x0010
#define EXIT_ZOMBIE			0x0020
#define EXIT_TRACE			(EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD)
/* Used in tsk->state again: */
#define TASK_PARKED			0x0040
#define TASK_DEAD			0x0080
#define TASK_WAKEKILL			0x0100
#define TASK_WAKING			0x0200
#define TASK_NOLOAD			0x0400
#define TASK_NEW			0x0800
#define TASK_STATE_MAX			0x1000

/* Convenience macros for the sake of set_current_state: */
#define TASK_KILLABLE			(TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE)
#define TASK_STOPPED			(TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED)
#define TASK_TRACED			(TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED)

#define TASK_IDLE			(TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_NOLOAD)

/* Convenience macros for the sake of wake_up(): */
#define TASK_NORMAL			(TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE)

/* get_task_state(): */
#define TASK_REPORT			(TASK_RUNNING | TASK_INTERRUPTIBLE | \
					 TASK_UNINTERRUPTIBLE | __TASK_STOPPED | \
					 __TASK_TRACED | EXIT_DEAD | EXIT_ZOMBIE | \
					 TASK_PARKED)

其中有一种状态等待为TASK_UNINTERRUPTIBLE,称为D状态,处于该种状态下进程不接收信号,只能通过wake_up唤醒。处于这种状态的情况有很多,例如mutex锁就可能会设置进程于该状态,down信号量也有可能使进程处于该状态

static noinline void __sched
__mutex_lock_slowpath(struct mutex *lock)
{
	__mutex_lock(lock, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, NULL, _RET_IP_);
}
static noinline void __sched __down(struct semaphore *sem)
{
	__down_common(sem, TASK_UNINTERRUPTIBLE, MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
}

有时候进程在等待某种IO资源就绪时(wait_event机制)会设置进程进入该状态。一般情况下,进程处于该状态的时间不会太久,但若IO设备出现故障或者出现进程死锁等情况,进程就可能长期处于该状态而无法再返回到TASK_RUNNING态。因此,内核为了便于发现这类情况设计出了hung task机制专门用于检测长期处于D状态的进程并发出告警。本文分析内核hung task机制的源码并给出改进建议。

本文基于linux kernel 5.13.6版本源码为例进行分析,源代码位于kernel/hung_task.c。监控时间间隔通常为120s,在defconfig中进行定义CONFIG_DEFAULT_HUNG_TASK_TIMEOUT

2、代码解析

实现并不是很复杂,接下来我们对关键代码进行走读。

hung_task_call_panic用来控制是否触发panic复位,该配置默认为true。

3、总结

D状态死锁一般在底层驱动开发的过程中比较常见,如果代码规模比较庞大的话对于开发人员来讲不太容易定位,linux内核提供的这种hung task机制,开发人员只需要根据这些输出的定位信息就可以快速的进行定位。

不足:原生的hung_task也有自己的不足之处,因为在实际的应用中,我们对于不能kill掉的守护进程还是有需求的,比如通信相关进程、维测相关进程等,因此要想兼容此场景,就需要对原生hung_task机制进行改造,有两种方式:在检测时可以对指定的进程进行检查,或者对指定的进程不做检查。

附:

常见的进程状态有哪些?

R 是 Running 或 Runnable 的缩写,表示进程在 CPU 的就绪队列中,正在运行或者正在等待运行。

D 是 Disk Sleep 的缩写,也就是不可中断状态睡眠(Uninterruptible Sleep),一般表示进程正在跟硬件交互,并且交互过程不允许被其他进程或中断打断。

Z 是 Zombie 的缩写,它表示僵尸进程,也就是进程实际上已经结束了,但是父进程还没有回收它的资源(比如进程的描述符、PID 等)。

S 是 Interruptible Sleep 的缩写,也就是可中断状态睡眠,表示进程因为等待某个事件而被系统挂起。当进程等待的事件发生时,它会被唤醒并进入 R 状态。

I 是 Idle 的缩写,也就是空闲状态,用在不可中断睡眠的内核线程上。前面说了,硬件交互导致的不可中断进程用 D 表示,但对某些内核线程来说,它们有可能实际上并没有任何负载,用 Idle 正是为了区分这种情况。要注意,D 状态的进程会导致平均负载升高, I 状态的进程却不会。

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加:2021-10-24 14:56:26  更:2021-10-24 14:58:49 
 
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