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kernel panic 调试方法（3）-Backtrace

来源：互联网 发布：c语言获取系统时间 编辑：程序博客网 时间：2024/05/17 01:21

MIPS：

MIPS结构的堆栈回溯过程。

1)找特征指令，找到函数压栈的地方。
mips函数入口先做一个动作，将函数返回地址压栈。
指令二进制代码    伪指令
27bdff78                 addiu    sp,sp,-136
afbf0084                 sw    ra,132(sp)    
通过第二条指令得出函数返回地址，通过第一条指令得到调用者的堆栈指针。

2)获取当前的堆栈指针和ra(有的叫PC指针)
MIPS约定$29寄存器用作SP，可以这样获得SP寄存器的值。
__asm__ volatile ("move %0, $29" : "=r"(reg))

MIPS没有记录当前PC地址的寄存器，就是说不能像ARM那样读PC寄存器。
MIPS使用ra保存函数返回地址，利用这个特性可以获取到当前的PC。
比如：

unsigned int *__getpc(void)
{
    unsigned int *rtaddr;
    
    __asm__ volatile ("move %0, $31" : "=r"(rtaddr));
    
    return rtaddr;
}

int func(void)
{
    unsigned int pcounter;
    
    pcounter = __getpc();    /* 获取当前PC */
    
    ...
}

3)利用符号表，找到当前PC指针对应的函数名。
gcc编译的时候将函数起始地址和函数名生成一个叫.symbal的段。使用当前PC值作关键字，用二分法在.symbal段中查找就可以找到当前PC对应函数的起始地址和函数名了。

ARM：

 arm的堆栈回朔函数为：arch/arm/kernel/traps.c

[cpp] view plaincopy
  1. static void dump_backtrace(struct pt_regs *regs, struct task_struct *tsk)  
  2. {  
  3.     unsigned int fp, mode;  
  4.     int ok = 1;  
  5.   
  6.     printk("Backtrace: ");  
  7.   
  8.     if (!tsk)  
  9.         tsk = current;  
  10.     if (regs) {  
  11.         fp = regs->ARM_fp;  
  12.         mode = processor_mode(regs);//获取处理器的模式  
  13.     } else if (tsk != current) {  
  14.         fp = thread_saved_fp(tsk);//如果不是当前任务，  
  15.         mode = 0x10;  
  16.     } else {  
  17.         asm("mov %0, fp" : "=r" (fp) : : "cc");//linuxc语言中内嵌汇编  
  18.         mode = 0x10;//用户模式  
  19.     }  
  20.   
  21.     if (!fp) {  
  22.         printk("no frame pointer");  
  23.         ok = 0;  
  24.     } else if (verify_stack(fp)) {  
  25.         printk("invalid frame pointer 0x%08x", fp);  
  26.         ok = 0;  
  27.     } else if (fp < (unsigned long)end_of_stack(tsk))  
  28.         printk("frame pointer underflow");  
  29.     printk("\n");  
  30.   
  31.     if (ok)  
  32.         c_backtrace(fp, mode);//r0对应的栈帧指针，r1对应处理器模式  
  33. }  
c_backtrace函数在如下文件中：arch/arm/lib/backtrace.S

在详细讲述该函数之前，我需要介绍下，栈帧的组织格式或构成：


如上所述，r0-r3都是可选的，是用于传递函数前面四个参数。

r4-r10也是可选的，是编译器根据具体情况（使用局部变量的数目），来决定使用那个寄存器，就保存那些寄存器的。

上图对应如下的stack frame layout：

/*
 * Stack frame layout:（地址从低到高）
 *             optionally saved caller registers (r4 - r10)
 *             saved fp
 *             saved sp
 *             saved lr
 *    frame => saved pc
 *             optionally saved arguments (r0 - r3)
 * saved sp => <next word>
 */

所以为了都遵循以上的栈帧结构，每个函数的反汇编代码，都是以如下的样子展开的：
 * Functions start with the following code sequence:
 *                  mov   ip, sp
 *                  stmfd sp!, {r0 - r3} (optional)
 * corrected pc =>  stmfd sp!, {..., fp, ip, lr, pc}
 */
下面摘一个实际的反汇编的子程序的列子如下（如下高亮部分就是保存栈帧结构，本列中，被未保存r0-r3）：


现在开始对c_backtrace函数展开详细的说明

[cpp] view plaincopy
  1. @ fp is 0 or stack frame  
  2.   
  3. #define frame   r4  
  4. #define sv_fp   r5  
  5. #define sv_pc   r6  
  6. #define mask    r7  
  7. #define offset  r8  
  8.   
  9. ENTRY(c_backtrace)  
  10.   
  11. #if !defined(CONFIG_FRAME_POINTER) || !defined(CONFIG_PRINTK)  
  12.         mov pc, lr  
  13. ENDPROC(c_backtrace)  
  14. #else  
  15.         stmfd   sp!, {r4 - r8, lr}  @ Save an extra register so we have a location...  
  16.         movs    frame, r0       @ if frame pointer is zero，将异常产生函数的fp寄存器值赋值给frame  
  17.         beq no_frame        @ we have no stack frames  
  18.   
  19.         tst r1, #0x10       @ 26 or 32-bit mode?  
  20.  ARM(       moveq   mask, #0xfc000003   )  
  21.  THUMB(     moveq   mask, #0xfc000000   )  
  22.  THUMB(     orreq   mask, #0x03     )  
  23.         movne   mask, #0        @ mask for 32-bit//mask一般都为0x00  
  24.   
  25. 1:      stmfd   sp!, {pc}       @ calculate offset of PC stored  
  26.         ldr r0, [sp], #4        @ by stmfd for this CPU  
  27.         adr r1, 1b  
  28.         sub offset, r0, r1         //该段代码就是计算stm/str指令在装载pc值时，pc跟当前实际执行指令的偏移量。可能值为：8，12等  
  29.                            //除了stm和str指令外，所有其他指令在装载pc值时，pc跟当前实际执行指令的偏移量都固定为8的。  
  30. /* 
  31.  * Stack frame layout: 
  32.  *             optionally saved caller registers (r4 - r10) 
  33.  *             saved fp 
  34.  *             saved sp 
  35.  *             saved lr 
  36.  *    frame => saved pc 
  37.  *             optionally saved arguments (r0 - r3) 
  38.  * saved sp => <next word> 
  39.  * 
  40.  * Functions start with the following code sequence: 
  41.  *                  mov   ip, sp 
  42.  *                  stmfd sp!, {r0 - r3} (optional) 
  43.  * corrected pc =>  stmfd sp!, {..., fp, ip, lr, pc} 
  44.  */  
  45. for_each_frame: tst frame, mask     @ Check for address exceptions  
  46.         bne no_frame  
  47.   
  48. 1001:       ldr sv_pc, [frame, #0]  @ get saved pc  
  49. 1002:       ldr sv_fp, [frame, #-12]    @ get saved fp  该fp值是异常产生时函数的上一级函数（即调用者）的栈帧寄存器。  
  50.   
  51.         sub sv_pc, sv_pc, offset    @ Correct PC for prefetching  
  52.         bic sv_pc, sv_pc, mask  @ mask PC/LR for the mode//修改保存的pc值，使其指向被装载时的指令的地址，如上面注释中的corrected pc  
  53.   
  54. 1003:       ldr r2, [sv_pc, #-4]    @ if stmfd sp!, {args} exists,//该段语句判断函数的反汇编中，是否存在stmfd sp!, {r0 - r3} (optional)指令  
  55.         ldr r3, .Ldsi+4     @ adjust saved 'pc' back one  
  56.         teq r3, r2, lsr #10     @ instruction  
  57.         subne   r0, sv_pc, #4       @ allow for mov  //如果不存在可选指令：stmfd sp!, {r0 - r3}，则为了将sv_pc值回退指向本函数的第一条指令，则需要减1*4=4  
  58.         subeq   r0, sv_pc, #8       @ allow for mov + stmia//如果存在可选指令： stmfd sp!, {r0 - r3}，则如果要将sv_pc值回退指向本函数的第一条指令，则需要减2*4=8  
  59.         //至此r0指向了本函数的第一条指令，即函数的最开头，即为该函数指针的值  
  60.         ldr r1, [frame, #-4]    @ get saved lr  
  61.         mov r2, frame  
  62.         bic r1, r1, mask        @ mask PC/LR for the mode  
  63.         @void dump_backtrace_entry(unsigned long where, unsigned long from, unsigned long frame)  
  64.         @                       (             sv_pc, sv_lr                     , frame                    )  
  65.         @至此，r1指向本函数的返回地址，即该函数在调用者中的偏移量，r2执行本函数的栈帧  
  66.         bl  dump_backtrace_entry //打印本函数的名字，在上级函数中的偏移量等内容  
  67.         ldr r1, [sv_pc, #-4]    @ if stmfd sp!, {args} exists,  
  68.         ldr r3, .Ldsi+4     //该段代码，判断如果 可选指令：stmfd sp!, {r0 - r3}存在，则将r0 - r3打印出来{..., fp, ip, lr, pc}    
  69.         teq r3, r1, lsr #10  
  70.         ldreq   r0, [frame, #-8]    @ get sp  
  71.         subeq   r0, r0, #4      @ point at the last arg  
  72.         bleq    .Ldumpstm       @ dump saved registers //打印{..., fp, ip, lr, pc}的内容  
  73.   
  74. 1004:       ldr r1, [sv_pc, #0]     @ if stmfd sp!, {..., fp, ip, lr, pc}  
  75.         ldr r3, .Ldsi       @ instruction exists,  
  76.         teq r3, r1, lsr #10  
  77.         subeq   r0, frame, #16  
  78.         bleq    .Ldumpstm       @ dump saved registers  
  79.   
  80.         teq sv_fp, #0       @ zero saved fp means ，由于fp已经为0，不能再继续回朔  
  81.         beq no_frame        @ no further frames  
  82.   
  83.         cmp sv_fp, frame        @ next frame must be 取上一级函数的栈帧值，做如上的相同处理。  
  84.         mov frame, sv_fp        @ above the current frame  
  85.         bhi for_each_frame  
  86.   
  87. 1006:       adr r0, .Lbad  
  88.         mov r1, frame  
  89.         bl  printk  
  90. no_frame:   ldmfd   sp!, {r4 - r8, pc}  
  91. ENDPROC(c_backtrace)  

以上的dump_backtrace_entry函数定义在文件中：arch/arm/kernel/traps.c

参数where即为当前函数的函数指针值，from即为该函数在调用者中的返回值，frame为当前函数的栈帧值

[cpp] view plaincopy
  1. void dump_backtrace_entry(unsigned long where, unsigned long from, unsigned long frame)  
  2. {  
  3. #ifdef CONFIG_KALLSYMS  
  4.     printk("[<%08lx>] (%pS) from [<%08lx>] (%pS)\n", where, (void *)where, from, (void *)from);  
  5. #else  
  6.     printk("Function entered at [<%08lx>] from [<%08lx>]\n", where, from);  
  7. #endif  
  8.   
  9.     if (in_exception_text(where))  
  10.         dump_mem("", "Exception stack", frame + 4, frame + 4 + sizeof(struct pt_regs));  
  11. }  

以上函数会打印出类似如下信息：

[ 4175.704664] Backtrace: 
0mS[ 4175.707415] [<bf14d314>] (MlmeSetTxRate+0x0/0x3b0 [mt7601Usta]) from [<bf14e3b8>] (MlmeNewTxRate+0x9c/0xb0 [mt7601Usta])
[ 4175.718186]  r6:000ab6d8 r5:db2ff000 r4:db45de78
cre[ 4175.723087] [<bf14e31c>] (MlmeNewTxRate+0x0/0xb0 [mt7601Usta]) from [<bf14ffd8>] (MlmeDynamicTxRateSwitching+0x81c/0x106c [mt7601Usta])
[ 4175.735172]  r7:db45de78 r6:db2ff000 r5:00000001 r4:db45e488
enO[ 4175.741092] [<bf14f7bc>] (MlmeDynamicTxRateSwitching+0x0/0x106c [mt7601Usta]) from [<bf10e244>] (MlmePeriodicExec+0x42c/0x8a0 [mt7601Usta])
n:f[ 4175.753828] [<bf10de18>] (MlmePeriodicExec+0x0/0x8a0 [mt7601Usta]) from [<bf139e1c>] (RtmpTimerQThread+0x168/0x1dc [mt7601Usta])
[ 4175.765332]  r8:db2ff2e8 r7:001803a9 r6:db2ff2e0 r5:db3bafcc r4:db2ff000
al[ 4175.772171] [<bf139cb4>] (RtmpTimerQThread+0x0/0x1dc [mt7601Usta]) from [<c0044e3c>] (kthread+0x98/0x9c)
[ 4175.781641] [<c0044da4>] (kthread+0x0/0x9c) from [<c002be38>] (do_exit+0x0/0x804)
[ 4175.789078]  r6:c002be38 r5:c0044da4 r4:ca0f3c60
[ 4175.793676] Code: e1a0c00d e92dd870 e24cb004 e24dd00c (e5d23001) 



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