让我们先看看kdump的基本用法以及kdump/kexec在内核中是如何实现的。kdump是获取崩溃的Linux内核转储的一种方法，但要找到解释其使用和内部结构的文档可能有点困难。在本文中，我将研究kdump的基本用法以及kdump/kexec在内核中是如何实现的。kexec是一个Linux内核到内核引导加载程序，可帮助从第一个内核的上下文引导到第二个内核。kexec关闭第一个内核，绕过BIOS或固件阶段，跳转到第二个内核。因此，在没有BIOS阶段的情况下重新启动变得更快。kdump可以与kexec应用程序一起使用-例如当第一个内核崩溃时启动第二个内核，第二个内核用于复制第一个内核的内存转储，可以使用gdb和crash等工具分析崩溃的原因。（在本文中，我将使用术语“***内核”来表示当前正在运行的内核，使用“辅助内核”来表示使用kexec运行的内核，使用“捕捉内核”来表示当前内核崩溃时运行的内核。）kexec机制内核和用户空间都有组件。内核为kexec的重启功能提供了多个系统调用。称为kexec-tools的用户空间工具使用这些调用并提供可执行文件来加载和引导“第二个内核”。一些发行版还在kexec-tools上添加了包装器，以帮助捕获和保存各种转储目标配置的转储。在本文中，我将使用一个名为distro-kexec-tools的工具来避免上游kexec工具和特定于发行版的kexec-tools代码之间的混淆。我的示例将使用FedoraLinux发行版。Fedorakexec-tools工具使用dnfinstallkexec-tools命令在Fedora机器上安装fedora-kexec-tools。安装fedora-kexec-tools后，可以执行systemctlstartkdump命令启动kdump服务。当此服务启动时，它会创建一个根文件系统(initramfs)，其中包含要挂载到目标位置以保存vmcore的资源，以及将vmcore复制和转储到目标位置的命令。该服务然后将内核和initramfs加载到崩溃内核区域内的适当位置，以便它们可以在内核崩溃时执行。Fedorawrapper提供了两个用户配置文件：/etc/kdump.conf指定修改后需要重新构建的配置参数。例如，如果将转储目标从本地磁盘更改为挂载NFS的磁盘，则需要“捕获内核”加载NFS相关的内核模块。/etc/sysconfig/kdump指定修改后不需要重建initramfs的配置参数。例如，如果您只需要修改传递给“捕获内核”的命令行参数，则不需要重建initramfs。如果kdump服务启动后内核出现故障，则执行“捕获内核”，进一步执行initramfs中的vmcore保存过程，然后重启进入稳定内核。kexec-tools工具对kexec-tools的源代码进行编译，得到一个名为kexec.c的可执行文件。这个同名的可执行文件可用于加载和执行“辅助内核”，或加载可在内核崩溃时执行的“捕获内核”。加载“二级内核”的命令：#kexec-lkernel.img--initrd=initramfs-image.img-reuse-cmdline--reuse-command该参数表示使用与“***内核”相同的命令行”。使用--initrd传递initramfs。-l表示您正在加载一个“辅助内核”，它可以由kexec应用程序本身执行(kexec-e)。无法在内核崩溃时执行使用-l加载的内核。为了加载可以在内核崩溃时执行的“捕获内核”，必须传递参数-p而不是-l。加载捕获的内核的命令：#kexec-pkernel.img--initrd=initramfs-image.img--reuse-cmdlineechoc>/pros/sysrq-trigger可用于使内核崩溃以进行测试。有关kexec-tools提供的选项的详细信息，请参见mankexec。在进入下一节之前，先看看这个kexec_dump的演示：kdump：端到端流程下图显示了流程图。crashkernel的内存必须在启动“***kernel”期间为捕获内核保留。您可以在内核命令行上传递crashkernel=Y@X，其中@X是可选的。crashkernel=256M适用于大部分x86_64系统；然而，为崩溃内核选择合适的内存取决于许多因素，例如内核和initramfs的大小，以及initramfs中包含的模块和应用程序运行时的内存要求。有关传递崩溃内核参数的更多方法，请参阅内核参数文档。pratyush_f1.png您可以将内核和initramfs映像传递给kexec可执行文件，如(kexec-tools)部分中的命令所示。“捕获内核”可以与“***内核”相同，也可以不同。通常，同样会这样做。initramfs是可选的；例如，当使用CONFIG_INITRAMFS_SOURCE编译内核时，您不需要它。通常，保存一个与第一个initramfs不同的captureinitramfs，因为最好自动执行captureinitramfs中的vmcore副本。kexec执行的时候，同时加载了elfcorehdr数据和purgatory可执行文件（LCTT译注：purgatory是一个bootloader，为kdump定制的，起这么个奇怪的名字“purgatory”应该只是一种调侃）.elfcorehdr有关于系统内存组织的信息，而purgatory可以在“捕获内核”执行之前执行并验证第二阶段二进制文件或数据是否具有正确的SHA。炼狱也是可选的。当“***内核”崩溃时，它会执行必要的退出程序并切换到炼狱（如果存在）。炼狱验证加载的二进制文件的SHA256，如果正确，则将控制权传递给“捕获内核”。“捕获内核”根据从elfcorehdr接收到的系统内存信息创建一个vmcore。所以在“捕获内核”启动后，您会在/proc/vmcore中看到“***内核”的转储。根据您使用的initramfs，您现在可以分析转储，将其复制到任何磁盘，或自动复制，然后重新启动到稳定的内核。内核系统调用内核提供了两个系统调用：kexec_load()和kexec_file_load()，可用于在执行kexec-l时加载“第二个内核”。它还为reboot()系统调用提供了一个附加标志，可用于使用kexec-e启动到“第二个内核”。kexec_load()：kexec_load()系统调用加载一个新内核，然后可以通过reboot()执行。其原型定义如下：longkexec_load(unsignedlongentry,unsignedlongnr_segments,structkexec_segment*segments,unsignedlongflags);用户空间需要为不同的组件传递不同的段，比如kernel、initramfs等，因此kexec可执行文件帮助准备了这些段。kexec_segment的结构如下：structkexec_segment{void*buf;/*用户空间缓冲区*/size_tbufsz;/*用户空间缓冲区长度*/void*mem;/*内核物理地址*/size_tmemsz;/*物理地址长度*/;当使用LINUX_REBOOT_CMD_KEXEC调用reboot()时，它会引导至由kexec_load加载的内核。如果将标志KEXEC_ON_CRASH传递给kexec_load()，则加载的内核将不会通过reboot(LINUX_REBOOT_CMD_KEXEC)进行引导；相反，这将在内核恐慌时执行。必须定义CONFIG_KEXEC才能使用kexec，必须定义CONFIG_CRASH_DUMP才能使用kdump。kexec_file_load()：作为用户，您只需要将两个参数（即kernel和initramfs）传递给kexec可执行文件。然后，kexec从sysfs或其他内核信息源读取数据并创建所有段。所以使用kexec_file_load()可以简化用户空间，只传递内核和initramfs的文件描述符。剩下的由内核自己完成。使用此系统调用时应启用CONFIG_KEXEC_FILE。其原型如下：请注意，kexec_file_load也可以接受命令行，但kexec_load()不能。内核根据不同的系统架构接受和执行命令行。因此，在kexec_load()的情况下，kexec-tools将通过其中一个段传递命令行（如在dtb或ELF引导注释等中）。目前，kexec_file_load()仅支持x86和PowerPC。当内核崩溃时会发生什么当第一个内核崩溃时，在控制权被传递给炼狱或“捕获内核”之前，执行以下操作：准备CPU寄存器（参见内核代码中的crash_setup_regs()）；vmcoreinfo更新备注（见crash_save_vmcoreinfo()）；关闭未崩溃的CPU并保存准备好的寄存器（参见machine_crash_shutdown()和crash_save_cpu()）；您可能需要在此处禁用中断控制器；***，它执行kexec在重新启动时（参见machine_kexec()），它会将kexec段加载或刷新到内存中，并将控制权传递给进入该段的可执行文件。输入部分可以是下一个内核的炼狱或起始地址。ELF程序头kdump中引用的大部分转储核心都是ELF格式。因此，了解ELF程序头非常重要，尤其是当您想要查找vmcore就绪问题时。每个ELF文件都有一个程序头：由系统加载器读取，描述如何将程序加载到内存中，可以使用Objdump-pelf_file查看程序头。vmcore的ELF程序头的示例如下：#objdump-pvmcorevmcore:fileformatelf64-littleaarch64ProgramHeader:NOTEoff0x0000000000010000vaddr0x0000000000000000paddr0x0000000000000000align2**0filesz0x00000000000013e8memsz0x00000000000013e8flags---LOADoff0x0000000000020000vaddr0xffff000008080000paddr0x0000004000280000align2**0filesz0x0000000001460000memsz0x0000000001460000flagsrwxLOADoff0x0000000001480000vaddr0xffff800000200000paddr0x0000004000200000align2**0filesz0x000000007fc00000memsz0x000000007fc00000flagsrwxLOADoff0x0000000081080000vaddr0xffff8000ffe00000paddr0x00000040ffe00000align2**0filesz0x00000002fa7a0000memsz0x00000002fa7a0000flagsrwxLOADoff0x000000037b820000vaddr0xffff8003fa9e0000paddr0x00000043fa9e0000align2**0filesz0x0000000004fc0000memsz0x0000000004fc0000flagsrwxLOADoff0x00000003807e0000vaddr0xffff8003ff9b0000paddr0x00000043ff9b0000align2**0filesz0x0000000000010000memsz0x0000000000010000flagsrwxLOADoff0x00000003807f0000vaddr0xffff8003ff9f0000paddr0x00000043ff9f0000align2**0filesz0x0000000000610000memsz0x0000000000610000flagsrwx本例中有一个note段，其余为load段。note段提供有关CPU的信息，load段提供有关复制的系统内存组件的信息。vmcore以elfcorehdr开头，它与ELF程序头具有相同的结构。请参见下图中elfcorehdr的表示：pratyush_f2.pngkexec-tools读取/sys/devices/system/cpu/cpu%d/crash_notes并为CPUPT_NOTE准备标头。同样，它读取/sys/kernel/vmcoreinfo并准备vmcoreinfoPT_NOTE标头，从/proc/iomem读取系统内存并准备内存PT_LOAD标头。当“捕获核心”收到elfcorehdr时，它从标头中提到的地址读取并准备vmcore。CrashnoteCrashnotes是每个CPU中的一个区域，用于在系统崩溃时存储CPU状态；它有关于当前PID和CPU寄存器的信息。vmcoreinfo注释部分有各种内核调试信息，比如结构体大小、符号值、页面大小等，这些值由捕获内核解析并嵌入到/proc/vmcore中。vmcoreinfo主要由makedumpfile应用程序使用。在Linux内核中，include/linux/kexec.h宏定义了一个新的vmcoreinfo。一些示例宏如下：VMCOREINFO_PAGESIZE()VMCOREINFO_SYMBOL()VMCOREINFO_SIZE()VMCOREINFO_STRUCT_SIZE()makedumpfilevmcore中的许多信息（例如可用页面）都没有用。makedumpfile是一个排除不必要页面的应用程序，例如：充满零的页面；没有私有标志的缓存页面（非私有缓存）；带有私有标志的缓存页面（私有缓存）；用户进程数据页；可用页面。另外，makedumpfile在拷贝的时候会压缩/proc/vmcore的数据。它还可以从转储中删除敏感的符号信息；然而，为了做到这一点，它首先需要内核的调试信息。此调试信息来自VMLINUX或vmcoreinfo，其输出可以是ELF格式或kdump压缩格式。典型用法：#makedumpfile-l--message-level1-d31/proc/vmcoremakedumpfilecore详情参见manmakedumpfile。kdump调试新手在使用kdump时可能会遇到问题：kexec-pkernel_image不成功查看是否分配了崩溃内存。cat/sys/kernel/kexec_crash_size不应为零值。猫/proc/iomem|grep“崩溃内核”应该有一个指定的范围。如果未分配，请在命令行上传递正确的crashkernel=参数。如果没有，将-d参数传递给kexec命令并将输出发送到kexec-tools邮件列表。在“***kernel”的最后一条消息之后，控制台上看不到任何内容（如“bye”）检查kexec-e之后的kexec-lkernel_image命令是否有效。可能缺少支持的体系结构或特定机器的选项。可能炼狱的SHA验证失败。如果您的体系结构不支持炼狱中的控制台，则很难调试。可能是“第二核”早就坠毁了。将系统的earlycon或earlyprintk选项传递给“辅助内核”命令行。使用kexec-tools邮件列表共享第一个内核和捕获内核的dmesg日志。资源fedora-kexec-toolsGitHub存储库：git://pkgs.fedoraproject.org/kexec-tools邮件列表：kexec@lists.fedoraproject.org描述：specs文件和脚本为kexec-Tools提供用户友好的命令和服务在不同的用户场景中实现自动化。kexec-toolsGitHub存储库：git://git.kernel.org/pub/scm/utils/kernel/kexec/kexec-tools.git邮件列表：kexec@lists.infradead.org描述：使用内核系统调用并提供用户命令kexec。Linux内核GitHub存储库：git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git邮件列表：kexec@lists.infradead.org描述：已实现kexec_load()、kexec_file_load()、reboot()系统调用和特定于体系结构的代码，例如machine_kexec()和machine_crash_shutdown()。MakedumpfileGitHub存储库：git://git.code.sf.net/p/makedumpfile/code邮件列表：kexec@lists.infradead.org描述：从转储文件中压缩和过滤不需要的组件。（标题图片：Penguin，Boot，修改：Opensource.com。CCBY-SA4.0）
