Linux pstore 实现自动“抓捕”内核崩溃日志

作者简介

廖威雄，就职于珠海全志科技股份有限公司，负责Linux IO全栈研发、性能优化、开源社区开发交流、Linux 内核开源社区pstore/blk,mtdpstore模块的作者、大客户存储技术支持、全志首个UBI存储方案主导人、全志首个RTOS NFTL主导人

我设计的内核模块pstore/blk及其衍生的pstore/zone，mtdpstore终于在v5.8-rc1版本合入了torvalds/linux.git(见参考链接[1])，而且发现国内外对pstore的介绍都好少好少，干脆来一波科普。

简介

pstore文件系统（是的，这是个文件系统）是Persistent Storage的缩写，最早在2010年由 Tony Luck 设计并合入Linux主分支，设计的初衷是在内核Panic/Oops时能自动转存内核日志（log_buf），在Panic重启后，把转存的日志以文件形式呈现到用户空间以分析内核崩溃问题。

这对分析那种小概率且没办法抓到现场的问题非常实用，尤其是现在智能互联网的设备逐渐普及的时候，远端的设备可以自己捕抓崩溃日志再通过网络传输到服务器，维护人员就可以根据收集来的日志定位和解决问题，然后通过OTA让设备升级迭代。

根据网上搜寻的资料，在pstore文件系统之前其实有不少类似的实现。

• apanic
  Android最早的panic信息记录的方案。在linux 2.6的安卓的内核中找到，却没有提交到社区，后来被放弃维护了。网上找不到放弃的原因，我自己猜测是因为其只适用于mtd nand，然而现在的Android基本用的都是emmc。apanic应该是Android Panic的缩写吧，可以实现在内核崩溃时，把日志转存到mtd nand。

• ramoops
  这里指的是最早的ramoops实现，在最新代码已经整合入pstore中，以pstore/ram的后端形式存在。ramoops可以把日志转存到重启不掉电的ram中。这里对ram有一点要求，即使重启ram的数据也不能丢失。

• crashlog
  这是openwrt提供的内核patch，并没有提交到内核社区。它也是基于ram，只能转存Panic/Oops的日志。

• mtdoops
  MTD子系统支持的功能，与pstore非常相似，只支持转存Panic/Oops日志，不能以文件呈现，需要用户自行解析整个MTD分区。（因为功能的相似，我实现了mtdpstore用于替代mtdoops）

• kdump
  如果说pstore是个轻量级的内核崩溃日志转存的方案，kdump则是一个重量级的问题分析工具。在崩溃时，由kdump产生一个用于捕抓当前信息的内核，该内核会收集内存所有信息到dump core文件中。在重启后，捕抓到的信息保存在特定的文件中。类似的还有netdump和diskdump。kdump的方案适用于服务器这种有大量资源的设备，功能也非常强大，但对嵌入式设备非常不友好。

pstore经过长期迭代，除了转存Panic/Oops的日志之外（dmesg前端），还支持pmsg、console和ftrace的前端，除了pstore/ram的后端之外，还有我设计的pstore/blk后端，除了支持转存到ram之外，还有block device和mtd device。

pstore的前端，是指转存的日志类型，pstore的后端，是指转存到什么类型的设备。

目前支持以下几个前端：

• dmesg：主要是转存Panic/Oops时log_buf里面的内核日志

• pmsg：提供给用户空间存储日志的入口，在Android里有看到被用于存储系统的日志。

• console：终端日志

• ftrace：function trace的信息

目前支持以下几种后端：

• pstore/ram：Persistent Ram，重启不会丢数据的内存

• pstore/blk：（v5.8以后的版本）所有可写的块设备，例如磁盘、U盘、emmc、NFTL nand等

• mtd device：（v5.8以后的版本）mtd设备，例如 mtd nand。（mtd设备的支持依赖于 pstore/blk 后端，准确来说不是一种独立后端）

怎么用

就像把大象装入冰箱只需要打开冰箱，把大象放进去，关上冰箱门的3个步骤，使用pstore也只需要3个步骤：

1. 使能 pstore

2. 挂载 pstore文件系统

3. 读取 转存的日志文件

详细的说明可以看源码上的文档，本文只做基本功能的介绍。

• Documentation/admin-guide/ramoops.rst

• Documentation/admin-guide/pstore-blk.rst

使能

在menuconfig中选择内核pstore模块

$ make menuconfig
  |-> File systems
    |-> Miscellaneous filesystems
      |-> Persistent store support
        |-> Log kernel console messages    # console 前端
        |-> Log user space messages      # pmsg 前端
        |-> Persistent function tracer      # ftrace 前端
        |-> Log panic/oops to a RAM buffer     # pstore/ram 后端
        |-> Log panic/oops to a block device   # pstore/blk 后端

上述两个后端2选1即可，前端就根据自己的需求选择，至于dmesg前端，默认使能没得选。如果希望用在mtd设备上，还需要选择mtdpstore模块：

$ make menuconfig
  |-> Device Drivers
    |-> Memory Technology Device (MTD) support
      |-> Log panic/oops to an MTD buffer based on pstore

选上就可以用了？虽然我非常想说“是的”，但事实却有点“骨感”。即使所有前端都使用默认配置，pstore/ram至少也需要知道可用的内存范围吧？pstore/blk至少也需要知道使用哪个块设备吧？

pstore/ram支持 模块参数(cmdline)、设备树、和Platform Data的3种配置方式，从代码来看，优先级关系是：模块参数 > Platform Data > 设备树。

pstore/blk支持 Kconfig和 模块参数(cmdline)的两种配置方式，且模块参数比Kconfig有更高的优先级。

pstore/ram我接触也不多，直接介绍pstore/blk的使用方法。对新同学来说，请忽略一大堆乱七八糟的属性配置（使用默认值），只需要告诉pstore/blk后端使用哪个块设备即可。

在Kconfig中配置：

$ make menuconfig
  |-> File systems
    |-> Miscellaneous filesystems
      |-> Persistent store support
        |-> Log panic/oops to a block device   # pstore/blk 后端
          |-> () block device identifier      # 使用哪个块设备？

如果使用cmdline，可以这么写：

pstore_blk.blkdev=XXXX

或者以模块加载：

$ sudo insmod pstore_blk.ko blkdev=XXX

这里的块设备可以是代表整个磁盘的sda，也可以是代表某个分区的mmcblk0p4。虽然支持7种变体，但常用的还是两种：

• /dev/<disk_name>: 例如，使用U盘的第2个分区，则是/dev/sdb2

• <major>:<minor>：例如，mmc设备第6个分区，则是179:6

形式大概是这样：

$ sudo insmod pstore_blk.ko blkdev=/dev/sdb2

或者

$ cat /proc/cmdline
.... pstore_blk.blkdev=179:6 ...

如果是mtd设备，可以直接指定mtd分区名或者编号，例如：

pstore_blk.blkdev=pstore  # 假设存在名为pstore的MTD分区

OK，对新同学来说，到这里配置就够了。可以从我的github(见参考链接[2])上看到我之前是怎么测试的。如果需要知道每个配置项的作用，还是看内核文档吧（ramoops.rst 或 pstore_blk.rst），或者在Kconfig中按h显示相关配置项的说明。

挂载

在使能且正确配置设备后，启动的时候应该会有这样的日志：

pstore_zone: registered pstore_blk as backend for kmsg(Oops,panic_write)
pstore: Registered pstore_blk as persistent store backend

这代表pstore找到了设备且正常注册。接下来，我们还需要通过挂载的形式触发pstore从设备读取数据。常见的挂载是这样的：

mount -t pstore pstore /sys/fs/pstore

挂载后，通过mount能看到类似这样的信息：

# mount
...
pstore on /sys/fs/pstore type pstore (rw,relatime)
...

如果曾经触发过崩溃日志，在挂载点应该有类似这样的文件：

# ll /sys/fs/pstore
...
-r--r--r--    1 root     root         15521 Jan  1 00:06 dmesg-pstore_blk-0
...

如果需要验证，咱们可以这样主动触发内核崩溃：

# echo c > /proc/sysrq-trigger

我是在U盘、SD卡、mmc、nand上验证的，maintainer Kees Cook 提供了另外一种基于loop的验证方法，实现用文件模拟块设备。当然这方法不适用于转存Panic日志，只能用于Oops或者其他前端：

# insmod pstore.ko compress=off
# insmod pstore_zone.ko
# truncate pstore-blk.raw --size 100M
# losetup -f --show pstore-blk.raw
/dev/loop0
# insmod pstore_blk.ko blkdev=/dev/loop0 kmsg_size=16 console_size=64 best_effort=on

读取

经过上述的挂载后，可以在挂载点看到转存的日志文件。既然是文件，肯定支持文件的一系列操作，例如读取、删除。

root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# head -n 10 dmesg-pstore_blk-1
Oops: Total 2 times
Oops#1 Part1
<6>[    2.743794] Bluetooth: RFCOMM socket layer initialized
<6>[    2.743813] Bluetooth: RFCOMM ver 1.11
<6>[    2.743822] 8021q: 802.1Q VLAN Support v1.8
<3>[    2.751766] reg-virt-consumer reg-virt-consumer.1: Failed to obtain supply 'drivevbus': -517
<3>[    2.752330] reg-virt-consumer reg-virt-consumer.1: Failed to obtain supply 'drivevbus': -517
<5>[    2.752742] ubi0: attaching mtd4
<5>[    2.890302] random: crng init done
<5>[    2.965927] ubi0: scanning is finished

root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# ll
drwxr-x---    2 root     root             0 Jan  1 00:11 .
drwxr-xr-x    5 root     root             0 Jan  1 00:11 ..
-r--r--r--    1 root     root         15521 Jan  1 00:06 dmesg-pstore_blk-0
-r--r--r--    1 root     root         15128 Jan  1 00:11 dmesg-pstore_blk-1

root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# rm dmesg-pstore_blk-1

root@TinaLinux:/sys/fs/pstore# ll
drwxr-x---    2 root     root             0 Jan  1 00:13 .
drwxr-xr-x    5 root     root             0 Jan  1 00:11 ..
-r--r--r--    1 root     root         15521 Jan  1 00:06 dmesg-pstore_blk-0

对dmesg前端的Panic/Oops日志，pstore会自动添加两行统计信息。例如：

Oops: Total 2 times      # 表示触发了Oops，且是自系统安装后第一次启动以来第2次触发Oops。
Oops#1 Part1        # 表示这是上一次运行期间第1次触发Oops的日志。

可以发现，第一行是累计总的触发次数，第二行是上一次启动触发的次数。

每个文件名的格式都是<前端名>-<后端名>-<id>，例如dmesg-pstore_blk-1表示dmesg前端，pstore_blk后端以及是dmesg前端的第1个zone的日志。

当然，除了dmesg前端外，其他前端的名字大概是这样的：

# ll
-r--r--r-- 1 root root    31 1月  15 11:53 console-pstore-blk-0
-r--r--r-- 1 root root  3666 1月  15 11:53 demsg-pstore-blk-0
-r--r--r-- 1 root root 65524 1月  15 11:53 ftrace-pstore-blk-0
-r--r--r-- 1 root root     9 1月  15 11:53 pmsg-pstore-blk-0

除此之外，每个文件的时间戳表示 崩溃触发的时间。上例中，由于系统并没有实现同步更新系统时间，所以时间戳不合理。

展望未来

正如我前文说的，pstore在物联网设备逐渐普及的现在，能发挥很大的作用，例如智能音箱和扫地机已经用起来了。

全功能支持

到目前为止，不管是块设备还是mtd设备，社区的代码都没能做到pstore的全部前端的支持。

设备	dmesg(Oops)	dmesg(Panic)	pmsg	console	ftrace
块设备	Y	N	Y	Y	Y
MTD设备	Y	Y	N	N	N
ram设备	Y	Y	Y	Y	Y

块设备如果需要记录Panic日志，需要提供一个在Panic时写块设备的接口。我在全志的mmc和nand驱动中实现了这样的接口，却因为种种原因不适合提交到社区。社区块驱动的适配寄希望于更多同学的努力了。

MTD设备很早前就有了panic_write()的定义，因此可以支持Panic日志转存。不支持其他前端，则是因为其擦写的物理特性。对pmsg，console，ftrace等这些不能页对齐写入的前端，还需要更多的适配工作。

迁移pstore/ram

在当前pstore的目录结构是这样的：

$ tree fs/pstore
fs/pstore/
├── blk.c      # pstore/blk 后端的实现
├── ftrace.c    # ftrace 前端的实现
├── inode.c    # pstore 文件系统的注册与操作
├── internal.h
├── Kconfig
├── Makefile
├── platform.c    # pstore 前后端功能的核心
├── pmsg.c    # pmsg 前端的实现
├── ram.c      # pstore/ram 后端的实现
├── ram_core.c    # pstore/ram 后端的实现
└── zone.c      # pstore/zone 实现存储空间的分配和管理

在我的补丁之前，只支持转存日志到ram，因此如果研读代码，我们会发现ram.c和ram_core.c实现了两部分功能：

1. dram空间分配与管理

2. dram的读写操作

我实现的blk.c支持了转存到块设备。但是后来发现不管pstore/ram还是pstore/blk，他们对于存储空间的分配和管理极度相似，我就提炼出了pstore/zone。于是乎，期望的代码层次应该是这样的：

pstore/ram要整合入pstore/zone已经与maintainer达成共识，但还需要更多同学一同努力做更多兼容，例如ecc的支持。

参考

https://git.kernel.org/torvalds/c/829f3b9401fe7cc3c1f3642bb2520751a42a87df
https://github.com/gmpy/articles/blob/master/pstore/Test-Pstore-Block.md

(END)

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