内核中 dump_stack 函数的使用

最新推荐文章于 2024-11-15 22:40:53 发布

longyu_wlz

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分类专栏： Linux 文章标签：内核中 dump_stack 函数的使用内核中 dump_stack 函数原理

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内核中提供 dump_stack 函数，能够用来回溯打印调用栈信息。oops 时打印的栈回溯调用信息也是通过调用此函数来完成的。

dump_stack 函数如何使用？

使用 dump_stack 函数时不需要添加头文件，直接调用即可。下面我通过修改一个 proc 文件的内核模块 demo 来演示。

我在自己实现的 proc 文件的写函数中添加了一行对 dump_stack 函数的调用。这个函数会在我向 proc 文件写入数据时被调用。

相关的代码如下：

static ssize_t my_proc_write(struct file *filp, const char __user *buffer, size_t count, loff_t *pos)
{
  int i;
  char *data = PDE_DATA(file_inode(filp));
  
  dump_stack();
  if (count > DATA_SIZE) {
    return -EFAULT;
  }
  ...
}

static struct file_operations proc_fops = {
    .read = my_proc_read,
    .write = my_proc_write,
};

向 proc 文件中写入数据后，dmesg 查看，发现有如下内容：

[25109.178081] Call Trace:
[25109.178096]  dump_stack+0x5c/0x80
[25109.178104]  my_proc_write+0x27/0x44 [example_of_proc]
[25109.178110]  proc_reg_write+0x39/0x60
[25109.178115]  vfs_write+0xa5/0x1a0
[25109.178117]  ksys_write+0x57/0xd0
[25109.178123]  do_syscall_64+0x53/0x110
[25109.178132]  entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x44/0xa9
[25109.178134] RIP: 0033:0x7f454f355504
[25109.178137] Code: 00 f7 d8 64 89 02 48 c7 c0 ff ff ff ff eb b3 0f 1f 80 00 00 00 00 48 8d 05 f9 61 0d 00 8b 00 85 c0 75 13 b8 01 00 00 00 0f 05 <48> 3d 00 f0 ff ff 77 54 c3 0f 1f 00 41 54 49 89 d4 55 48 89 f5 53
[25109.178138] RSP: 002b:00007ffe650d2418 EFLAGS: 00000246 ORIG_RAX: 0000000000000001
[25109.178140] RAX: ffffffffffffffda RBX: 000000000000000a RCX: 00007f454f355504
[25109.178141] RDX: 000000000000000a RSI: 0000563e11c7dac0 RDI: 0000000000000001
[25109.178142] RBP: 0000563e11c7dac0 R08: 000000000000000a R09: 00007f454f3e5e80
[25109.178143] R10: 000000000000000a R11: 0000000000000246 R12: 00007f454f427760
[25109.178144] R13: 000000000000000a R14: 00007f454f422760 R15: 000000000000000a

上面的信息就是 dump_stack 打印的栈回溯信息。我们可以看到调用从顶端一直调到 my_proc_write 函数，最终调用到的函数就是 dump_stack 函数。

dump_stack 函数的原理浅析

函数调用依赖栈来完成。栈被用于函数调用中参数的传递、创建局部变量、返回信息的保存。函数的执行过程中栈帧会动态的增减，这不需要额外的工作，只需要拨动栈顶指针即可。

我用下面的图示为例，讲讲 dump_stack 函数回溯栈帧的原理。
此图来自深入理解计算机系统
首先注明上图来源于《深入理解计算机系统》一书的第三章。

上图中我们能看到主要的两个栈帧，Caller’s frame 是调用者函数的栈帧，Current frame 是被调用者函数的栈帧。

在 ia32 架构中 ebp 指向当前栈帧的起始位置，这个位置保存着旧的 ebp 的值。我们可以看到在旧的 ebp 保存的位置上方保存着返回地址。这个返回地址是调用者函数中 call 指令的下一条指令的地址，子函数执行完成后会返回，旧的 ebp 首先出栈并赋值给 ebp 寄存器，同时返回地址也要出栈并赋值给 pc。

上面的过程可以递归的用于多层函数调用上。

我们可以将 dump_stack 函数的栈帧看做 Current frame，当前 pc 的值保存的是 dump_stack 中的某条指令的地址，内核先根据这个地址查询 map 获取到 dump_stack 函数的名称与当前指令县相对于 dump_stack 函数起始位置的偏移量，然后通过访问 ebp 寄存器指向的旧 ebp 的值来获取到调用 dump_stack 函数的栈帧指针的值，有了这个值就可以不断的回溯上方的栈帧，一个栈帧就是一个调用层次。

同时返回地址的位置就在旧的 ebp 存储位置的上方，根据这样的特点 dump_stack 也就能回溯不同调用层次中返回地址的值。根据返回地址就可以获取到返回地址的上一条调用语句的地址，对该地址进行寻址，获取到指令的编码，就能够获取到调用函数的入口地址。这里可以使用如下公式：