一文详解Linux内核的栈回溯与妙用
linux内核堆栈解析方法
在 Linux 系统中，内核堆栈（kernel stack）用于执行内核代码。
当发生操作系统内核崩溃、内核出现异常或需要调试时，理解和分析内核堆栈十分重要。
以下是分析 Linux 内核堆栈的常用方法：使用dmesg：当内核发生故障时，错误信息和堆栈追踪通常会输出到内核日志。
你可以使用 dmesg 命令查看内核日志中的堆栈追踪。
dmesg | grep -i stack操作系统崩溃时的系统日志：有时通过分析内核崩溃时的系统日志（如/var/log/syslog 或/var/log/messages、/var/log/kern.log）也可以找到有关堆栈信息。
使用 dump_stack() 函数：在内核代码中，你可以使用 dump_stack() 函数打印当前线程的堆栈信息。
这在调试内核代码时非常有用。
系统核心转储（Core Dump）：内核崩溃时，操作系统有时会生成系统核心转储文件。
你可以使用 GNU Debugger（GDB）来分析内核转储文件。
首先，安装 Linux 的调试符号表（debugging symbols），然后使用 gdb 命令加载符号表和内核转储文件，最后使用 bt（backtrace）命令查看堆栈追踪。
gdb path/to/vmlinux path/to/core_dump(gdb) bt请注意，要使内核生成核心转储文件，需要正确配置内核。
具体配置方法取决于你所使用的 Linux 发行版。
内核调试器（如 KGDB 和 KDB）：如果你正在研究内核问题，可以使用内核调试器 KGDB 或 KDB。
KGDB 是基于 GDB 的内核调试器，可以在源代码级别进行调试。
KDB 则是一个基于文本的内核调试器。
使用这些工具，你可以从内核级别设置断点、单步执行代码、检查内存内容和调用堆栈等。
通过以上方法可以帮助你分析 Linux 内核堆栈。
如何选择最佳方法取决于你的具体需求和问题。
在进行内核调试之前，请确保熟悉 Linux 操作系统和内核开发的基本知识。
Linux操作系统内核原理与优化
Linux操作系统内核原理与优化Linux操作系统作为一种自由软件，已经成为了世界上最受欢迎的操作系统之一。
从最初的开发者Linus Torvalds的手中诞生至今，Linux内核已经迭代了几十年，拥有了成千上万的贡献者和使用者。
本文将从Linux操作系统内核的原理和优化两个角度探讨这个优秀的操作系统。
Linux操作系统内核原理在介绍内核原理之前，我们需要了解一些Linux操作系统的核心概念：1. Linux内核Linux内核是Linux操作系统的灵魂，它是操作系统最底层的部分，负责与计算机硬件进行交互，并管理系统中的各种资源。
内核本身包含了两大部分：系统调用接口和设备驱动程序，它们负责管理进程、内存、I/O等系统资源。
2. 进程Linux中的"进程"是指一个正在运行中的程序的实例。
它包含了该程序的执行状态、环境变量、输入输出等信息。
在Linux中，一个进程可以被其他进程调用或者创建，还可以被操作系统调度。
3. 线程线程是进程内的执行实例，一个进程中可以包含多个线程。
线程共享进程的地址空间和资源，但拥有自己的栈和寄存器等。
一个进程中的线程可以并发执行，提高系统的处理能力。
有了这些基础知识，我们来看看Linux内核的一些核心原理：1. 程序调用系统调用接口在Linux系统中，用户空间程序可以通过系统调用接口来请求内核提供系统资源。
用户程序调用系统调用时，会以中断方式触发内核的相应操作。
由于系统调用通常涉及到I/O操作，会降低系统的效率，因此程序应尽量减少对系统调用的使用。
2. 进程、线程和调度器Linux内核通过调度器来管理进程和线程。
操作系统的维护线程在不同的状态之间转换，比如正在运行、等待、就绪等状态，调度程序分配CPU时间来调度各种进程和线程。
使用优化的调度算法可以提高系统的效率。
3. 内存管理Linux内核通过内存管理器来分配和检索内存。
内存管理器通过对虚拟地址到物理地址的映射，提供不同的内存访问权限，防止进程之间的内存读取和写入互相干扰。
linux协议栈
linux协议栈Linux协议栈是Linux操作系统中网络通信的核心组件，也是实现网络通信的关键。
它基于TCP/IP协议栈，提供了一系列的网络协议和接口，负责数据在网络中的传输和接收。
Linux协议栈由多层协议组成，每层都有不同的功能和责任。
从底层到高层依次是链路层（Ethernet）、网络层（IP）、传输层（TCP/UDP）和应用层（HTTP/FTP等）。
每一层都有专门的协议来处理各自的任务，并通过各层之间的接口来传递数据。
在链路层，Linux协议栈使用网络接口卡（NIC）来将数据从计算机发送到网络，并从网络接收数据。
它负责将数据以数据帧的形式封装成网络包，并通过以太网协议（Ethernet）发送出去。
同时，它还负责接收数据帧，并将其解析成网络包交给上层协议处理。
在网络层，Linux协议栈使用IP协议来实现网络寻址和路由功能。
它负责将数据包从源地址发送到目标地址，同时还提供了一些其他的功能，如分片、重组和数据包的生存周期控制等等。
IP协议是整个互联网通信的基石，可以实现跨网络的通信。
在传输层，Linux协议栈提供了TCP和UDP两种协议来实现可靠传输和无连接传输。
TCP协议提供了可靠的、面向连接的数据传输，它通过采用滑动窗口、序号和确认机制来保证数据的可靠性。
而UDP协议则是一种无连接的传输协议，它只提供了数据传输的基本功能，不保证可靠性。
在应用层，Linux协议栈支持各种应用层协议，如HTTP、FTP、SMTP等，以满足不同的应用需求。
这些协议定义了应用程序与网络之间的通信规则和数据格式，让应用程序能够进行网络通信。
除了以上的四层协议，Linux协议栈还包括了其他的功能模块，如网络设备驱动、socket接口和网络管理等，它们共同协同工作，完成网络通信的任务。
总之，Linux协议栈是Linux操作系统中网络通信的核心组件，它提供了一系列的网络协议和接口，负责数据在网络中的传输和接收。
它基于TCP/IP协议栈，包括链路层、网络层、传输层和应用层等多层协议，以及其他的功能模块。
stack栈的用法 -回复
stack栈的用法-回复在计算机科学中，栈是一种数据结构，它遵循先进后出（LIFO）的原则。
栈的操作仅限于两个末端：栈顶和栈底。
栈顶是最后一个被插入的元素，而栈底则是最先插入的元素。
根据这种结构，栈可以看作是一种线性表，它只能在栈顶进行插入和删除操作。
栈的特点和用途1. 方便而高效的插入和删除操作：由于栈的特殊结构，插入和删除操作均在栈顶进行，所以执行这些操作的时间复杂度较低。
2. 后进先出的特性：栈的LIFO原则使得最后插入的元素首先被删除，这在某些问题求解中具有重要意义，特别是与递归算法相关的问题。
3. 逻辑上的嵌套顺序：栈可以用来解决某些需要按照特定顺序执行的问题，例如函数调用和表达式求值。
4. 存储一段临时性数据：由于栈的高效插入和删除操作，它常常被用来存储临时性数据，例如函数调用中的局部变量。
栈的基本操作栈主要有以下几个基本操作：1. Push：将元素压入栈顶。
在插入元素时，栈的大小会增加，并且新增加的元素成为栈顶。
2. Pop：从栈中弹出栈顶元素。
在删除元素时，栈的大小会减小，并且栈顶会变成之前的第二个元素。
3. Top：返回栈顶元素的值，而不对栈进行修改。
4. IsEmpty：检查栈是否为空。
如果栈的大小为0，则表示栈为空。
栈的实现方式栈可以用不同的数据结构实现，最常见的有数组和链表。
1. 数组实现：使用数组实现栈时，需要创建一个固定大小的数组，并使用一个变量（通常称为top或者index）来记录栈顶的位置。
每次插入元素时，将top+1，并将元素存储在对应的位置上。
删除元素时，将top-1即可。
2. 链表实现：使用链表实现栈时，可以通过在链表头部插入和删除节点来模拟栈的操作。
链表的头节点表示栈顶，每次插入和删除元素时，只需要操作链表头节点即可。
栈的应用场景栈广泛应用于计算机领域的各个方面，特别是与递归有关的问题。
以下是一些栈的典型应用场景：1. 函数调用：在函数调用时，系统会将函数的返回地址、参数和局部变量等信息存储在栈中。
linux backtrace机制 -回复
linux backtrace机制-回复Linux Backtrace机制是一种用于调试和诊断操作系统内核和用户空间程序的技术。
它允许开发人员追踪程序执行期间的函数调用堆栈，从而帮助定位和分析潜在的错误和异常。
本文将一步一步地介绍Linux Backtrace 的原理、使用方法和实际应用。
首先，我们来了解一下Backtrace的概念。
Backtrace是指在程序运行时记录下函数的调用堆栈信息。
当程序发生错误或异常时，通过查看堆栈信息，可以得知程序执行到此处时，经过了哪些函数调用。
这对于程序员来说是非常有用的，因为它可以帮助他们理解程序的执行流程，从而更好地排查和修复错误。
Backtrace主要可以分为两种类型：用户空间的Backtrace和内核空间的Backtrace。
用户空间的Backtrace用于跟踪用户空间程序的函数调用堆栈，而内核空间的Backtrace则用于跟踪内核模块或驱动程序的函数调用堆栈。
本文将重点讨论用户空间的Backtrace机制。
在Linux系统中，我们可以使用一些工具和函数来实现Backtrace。
其中最常用的是GNU glibc库提供的backtrace()函数和backtrace_symbols()函数。
backtrace()函数用于获取当前线程的函数调用堆栈，并将其保存在一个指定大小的堆栈帧数组中。
backtrace_symbols()函数则用于将堆栈帧数组的内容转化为可读的字符串形式，以供打印和分析。
接下来，我们来看一下使用Backtrace的步骤。
第一步是引入相关的头文件。
在使用Backtrace时，我们需要包含<execinfo.h>头文件。
第二步是调用backtrace()函数。
backtrace()函数接受一个void参数和一个整数参数。
第一个参数是一个指针数组，用于保存函数调用堆栈的地址，第二个参数是一个整数，用于指定保存的最大帧数。
backtrace()函数会根据参数指定的帧数，将函数调用堆栈的地址保存在指针数组中。
Stack backtrace 的实现
Stack backtrace 的实现Stack backtrace栈回溯是指程序运行时打印出当前的调用栈。
在程序调试、运行异常时栈回溯显得非常有用。
那栈回溯是如何实现的呢？栈回溯的实现依赖编译器的特性，与特定的平台相关。
以linux内核实现arm栈回溯为例，通过向gcc传递选项-mapcs或-funwind-tables，可选择APCS或unwind的任一方式实现栈回溯。
Backtrace: [<80012540>] (dump_backtrace) from[<8001282c>] (show_stack+0x18/0x1c) r6:805e538c r5:00000006 r4:80532810 r3:00200140 [<80012814>] (show_stack) from [<8021f628>](dump_stack+0x24/0x28) [<8021f604>] (dump_stack) from [<80064c7c>](backtrace_regression_test+0x38/0xcc) [<80064c44>] (backtrace_regression_test) from [<800088a8>](do_one_initcall+0xe4/0x19c) r4:805ef30c r3:00000000 [<800087c4>] (do_one_initcall) from [<805becf4>] (kernel_init_freeable+0x18c/0x248) r10:805bc180r9:805be4dc r8:80624f80 r7:805e538c r6:805e538cr5:00000006 r4:805ef30c [<805beb68>](kernel_init_freeable) from [<80469ea4>](kernel_init+0x10/0x100) r10:00000000 r9:00000000r8:00000000 r7:00000000 r6:00000000 r5:80469e94r4:00000000 [<80469e94>] (kernel_init) from[<8000f078>] (ret_from_fork+0x14/0x3c) 以上是内核打印出的调用栈，在每一行打印了被调用者(callee)的地址和调用者(caller)调用它时的地址，还包括调用者函数体大小，调用点偏移和现场保存的寄存器。
Linux Call Trace原理分析
本文介绍了在Linux环境下根据EABI标准进行call trace调试的一般性原理。
本文所说的call trace是指程序出问题时能把当前的函数调用栈打印出来。
本文只介绍了得到函数调用栈的一般性原理，没有涉及Linux的core dump机制。
下面简单介绍powerpc环境中如何实现call trace。
内核态call trace内核态有三种出错情况，分别是bug,oops和panic。
bug属于轻微错误，比如在spin_lock期间调用了sleep，导致潜在的死锁问题，等等。
oops代表某一用户进程出现错误，需要杀死用户进程。
这时如果用户进程占用了某些信号锁，所以这些信号锁将永远不会得到释放，这会导致系统潜在的不稳定性。
panic是严重错误，代表整个系统崩溃。
OOPS先介绍下oops情况的处理。
Linux oops时，会进入traps.c中的die函数。
int die(const char*str,struct pt_regs*regs,long err)。
show_regs(regs);void show_regs(struct pt_regs*regs)函数中，会调用show_stack函数，这个函数会打印系统的内核态堆栈。
具体原理为：从寄存器里找到当前栈，在栈指针里会有上一级调用函数的栈指针，根据这个指针回溯到上一级的栈，依次类推。
在powerpc的EABI标准中，当前栈的栈底（注意是栈底，不是栈顶，即Frame Header的地址）指针保存在寄存器GPR1中。
在GPR1指向的栈空间，第一个DWORD为上一级调用函数的Frame Header指针（Back Chain Word），第二个DWORD是当前函数在上一级函数中的返回地址（LR Save Word）。
通过此种方式一级级向上回溯，完成整个call dump。
除了这种方法，内建函数__builtin_frame_address函数理论上也应该能用，虽然在内核中没有见到。
Linux内核架构和工作原理详解
Linux内核架构和工作原理详解作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
目前支持模块的动态装卸(裁剪)。
Linux内核就是基于这个策略实现的。
Linux 进程采用层次结构，每个进程都依赖于一个父进程。
内核启动init程序作为第一个进程。
该进程负责进一步的系统初始化操作。
init进程是进程树的根，所有的进程都直接或者间接起源于该进程。
virt/ ---- 提供虚拟机技术的支持。
Linux内核预备工作理解Linux内核最好预备的知识点：懂C语言懂一点操作系统的知识熟悉少量相关算法懂计算机体系结构Linux内核的特点：结合了unix操作系统的一些基础概念Linux内核的任务：1.从技术层面讲，内核是硬件与软件之间的一个中间层。
作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
2.从应用程序的层面讲，应用程序与硬件没有联系，只与内核有联系，内核是应用程序知道的层次中的最底层。
在实际工作中内核抽象了相关细节。
3.内核是一个资源管理程序。
负责将可用的共享资源(CPU时间、磁盘空间、网络连接等)分配得到各个系统进程。
4.内核就像一个库，提供了一组面向系统的命令。
系统调用对于应用程序来说，就像调用普通函数一样。
内核实现策略：1.微内核。
最基本的功能由中央内核（微内核）实现。
所有其他的功能都委托给一些独立进程，这些进程通过明确定义的通信接口与中心内核通信。
2.宏内核。
内核的所有代码，包括子系统（如内存管理、文件管理、设备驱动程序）都打包到一个文件中。
内核中的每一个函数都可以访问到内核中所有其他部分。
目前支持模块的动态装卸(裁剪)。
Linux内核就是基于这个策略实现的。
哪些地方用到了内核机制？1.进程（在cpu的虚拟内存中分配地址空间，各个进程的地址空间完全独立;同时执行的进程数最多不超过cpu数目）之间进行通信，需要使用特定的内核机制。
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一文详解Linux内核的栈回溯与妙用
1 前言
说起linux内核的栈回溯功能，我想这对每个Linux内核或驱动开发人员来说，太常见了。
如下演示的是linux内核崩溃的一个栈回溯打印，有了这个崩溃打印我们能很快定位到在内核哪个函数崩溃，大概在函数什么位置，大大简化了问题排查过程。
网上或多或少都能找到栈回溯的一些文章，但是讲的都并不完整，没有将内核栈回溯的功能用于实际的内核、应用程序调试，这是本篇文章的核心：尽可能引导读者将栈回溯的功能用于实际项目调试，栈回溯的功能很强大。
本文详细讲解了基于mips、arm架构linux内核栈回溯原理，通过不少例子，尽可能全面给读者展示各种栈回溯的原理，期望读者理解透彻栈回溯。
在这个基础上，讲解笔者近几年项目开发过程中使用linux内核栈回溯功能的几处重点应用。
1 当内核某处陷入死循环，有时运行sysrq的内核线程栈回溯功能可以排查，但并不适用所用情况，笔者实际项目遇到过。
最后是在系统定时钟中断函数，对死循环线程栈回溯20多级终于找到死循环的函数。
2 当应用程序段错误，内核捕捉到崩溃，对崩溃的应用空间进程/线程栈回溯，像内核栈回溯一样，打印应用段错误进程/线程的层层函数调用关系。
虽然运用core文件分析或者gdb也很简便排查应用崩溃问题，但是对于不容易复现、测试部偶先的、客户现场偶先的，这二者就很难发挥作用。
还有就是如果崩溃发生在C库中，CPU的pc和lr(arm架构)寄存器指向的函数指令在C库的用户空间，很难找到应用的代码哪里调用了C库的函数。
arm架构网上能找到应用层栈回溯的例子，但是编译较麻烦，代码并不容易理解，况且mips能在应用层实现吗？还是在内核实现应用程序栈回溯比较方便。
3 应用程序发生double free，运用内核的栈回溯功能，找到应用代码哪里发生了double free。
double free是C库层发现并截获该事件，然后向当前进程/线程发送SIGABRT进程终止信号，后续就是内核强制清理该进程/线程。
double free比应用程序段错误更麻烦，后。