跳到主要內容

Why can you not use blocked functions in HW ISR?

撰寫過 Linux driver 的程式設計師基本上都知道在實作一個硬體的 interrupt service routine (HW ISR) 時,有數個要遵守的規則,其中最重要的一點就是:不可在 HW ISR 中呼叫任何可能引起阻擋的function。

但是為什麼有這條規則呢?原因很簡單,因為 HW interrupt 何時觸發的時間點是未定的,當觸發時會在當前的 kernel stack 上執行函式,所以當 context switch 發生時,就有可能造成回不去了的悲劇,如下圖所示:


如果要從在 task Y 時發生的 ISR j 回去 ISR i ,勢必得獲得 task X 的 kernel stack ,但除非在 IRQ j 發生時額外紀錄是從哪個 task 過來的才行,也就是說得在執行 iret 的同時完成一次 context switch,這件事即使可能在硬體平台上以奇技淫巧作到,也是有問題的。因為 CPU 賦與 HW ISR 隨時可岔斷其他控制路徑的權利,其實也同時希望 HW ISR 盡可能地能夠快速返回以免耽誤原本的執行,所以若允許在 nested IRQ 發生時還進行 context switch ,那麼 HW IRQ 幾乎不可能即時完成任何任務並返回最原先的工作。

但是為何一樣是觸發 ISR,page fault 與 software interrupt 就允許可被 context switch呢?因為觸發這兩件事的時機點非常明確:只會在特定的 task 執行時發生,並且在利用到該 task 的 kernel stack 時,絕不會再次發生(若再次發生,要麼是 kernel 有 bug ,不然就是 user 傳遞了有問題的參數所引起的,後者可以修正,請參考 Understanding the Linux Kernel 的 10.4.3)。所以就可以在回復 task context 後,循著同一個 stack 的路徑返回 user mode。

結論就是,千萬不要在 HW ISR 中呼叫任何可能造成阻擋的function。 :-)

留言

  1. 同理,在所有的interrupt context(tasklet, softirq...),其實都有這項限制,理由也都與此篇文章一樣。

    回覆刪除

張貼留言

這個網誌中的熱門文章

誰在呼叫我?不同的backtrace實作說明好文章

今天下班前一個同事問到:如何在Linux kernel的function中主動印出backtrace以方便除錯? 寫過kernel module的人都知道,基本上就是用dump_stack()之類的function就可以作到了。但是dump_stack()的功能是如何作到的呢?概念上其實並不難,慣用手法就是先觀察stack在function call時的變化(一般OS或計組教科書都有很好的說明,如果不想翻書,可以參考 這篇 ),然後將對應的return address一層一層找出來後,再將對應的function名稱印出即可(透過執行檔中的section去讀取函式名稱即可,所以要將KALLSYM選項打開)。在userspace的實作可參考Jserv介紹過的 whocallme 或對岸好手實作過的 backtrace() ,都是針對x86架構的很好說明文章。 不過從前面兩篇文章可以知道,只要知道編譯器的calling convention,就可以實作出backtrace,所以是否GCC有提供現成的機制呢?Yes, that is what __builtin_return_address() for!! 可以參考這篇 文章 。該篇文章還提到了其他可以拿來實作功能更齊全的backtrace的 程式庫 ,在了解了運作原理後,用那些東西還蠻方便的。 OK,那Linux kernel是怎麼做的呢?就是用頭兩篇文章的方式啦~ 每個不同的CPU架構各自手工實作一份dump_stack()。 為啥不用GCC的機制?畢竟...嗯,我猜想,除了backtrace以外,開發者還會想看其他register的值,還有一些有的沒的,所以光是GCC提供的介面是很難印出全部所要的資訊,與其用半套GCC的機制,不如全都自己來~ arm的實作 大致上長這樣,可以看到基本上就只是透過迭代fp, lr, pc來完成: 352 void unwind_backtrace (struct pt_regs * regs , struct task_struct *tsk) 353 { 354 struct stackframe frame ; 355 register unsigned long current_sp asm ( "

淺讀Linux root file system初始化流程

在Unix的世界中,file system佔據一個極重要的抽象化地位。其中,/ 所代表的rootfs更是所有後續新增file system所必須依賴前提條件。以Linux為例,黑客 Jserv 就曾經詳細說明過 initramfs的背後設計考量 。本篇文章不再重複背景知識,主要將追蹤rootfs初始化的流程作點整理,免得自己日後忘記。 :-) file system與特定CPU架構無關,所以我觀察的起點從init/main.c的start_kernel()開始,這是Linux作完基本CPU初始化後首先跳進的C function(我閱讀的版本為 3.12 )。跟root file system有關的流程羅列如下: start_kernel()         -> vfs_caches_init_early()         -> vfs_caches_init()                 -> mnt_init()                         -> init_rootfs()                         -> init_mount_tree()         -> rest_init()                 -> kernel_thread(kernel_init,...) 其中比較重要的是mnt_int()中的init_rootfs()與init_mout_tree()。init_rootfs()實作如下: int __init init_rootfs(void) {         int err = register_filesystem(&rootfs_fs_type);         if (err)                 return err;         if (IS_ENABLED(CONFIG_TMPFS) && !saved_root_name[0] &&                 (!root_fs_names || strstr(root_fs_names, "tmpfs"))) {          

kernel panic之後怎麼辦?

今天同事在處理一個陌生的模組時遇到kernel panic,Linux印出了backtrace,同事大致上可以知道是在哪個function中,但該function的長度頗長,短時間無法定位在哪個位置,在這種情況下,要如何收斂除錯範圍呢?更糟的是,由於加入printk會改變模組行為,所以printk基本上無法拿來檢查參數的值是否正常。 一般這樣的問題會backtrace的資訊來著手。從這個資訊我們可以知道在function中的多少offset發生錯誤,以x86為例(從 LDD3 借來的例子): Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000 printing eip: d083a064 Oops: 0002 [#1] SMP CPU:    0 EIP:    0060:[<d083a064>]    Not tainted EFLAGS: 00010246   (2.6.6) EIP is at faulty_write+0x4/0x10 [faulty] eax: 00000000   ebx: 00000000   ecx: 00000000   edx: 00000000 esi: cf8b2460   edi: cf8b2480   ebp: 00000005   esp: c31c5f74 ds: 007b   es: 007b   ss: 0068 Process bash (pid: 2086, threadinfo=c31c4000 task=cfa0a6c0) Stack: c0150558 cf8b2460 080e9408 00000005 cf8b2480 00000000 cf8b2460 cf8b2460        fffffff7 080e9408 c31c4000 c0150682 cf8b2460 080e9408 00000005 cf8b2480        00000000 00000001 00000005 c0103f8f 00000001 080e9408 00000005 00000005 Call Trace:  [<c0150558>] vfs