概念說明

Linux內核Lockup就是linux內核占用CPU不放，Lockup分為兩種：soft lockup 和 hard lockup。

soft lockup是指CPU被內核代碼占據，以至于無法執行其它進程。檢測soft lockup的原理是給每個CPU分配一個定時執行的內核線程[watchdog/x]，

如果該線程在設定的期限內沒有得到執行的話就意味著發生了soft lockup，[watchdog/x]是SCHED_FIFO實時進程，優先級為最高的99，擁有優先運行的特權。

hard lockup比soft lockup更加嚴重，CPU不僅無法執行其它進程，而且不再響應中斷。檢測hard lockup的原理利用了PMU的NMI perf event，

因為NMI中斷是不可屏蔽的，在CPU不再響應中斷的情況下仍然可以得到執行，它再去檢查時鐘中斷的計數器hrtimer_interrupts是否在保持遞增，

如果停滯就意味著時鐘中斷未得到響應，也就是發生了hard lockup。

linux內核的代碼實現在kernel/watchdog.c中，

主體涉及到了3個東西：kernel線程，時鐘中斷，NMI中斷（不可屏蔽中斷）。

這3個東西具有不一樣的優先級，依次是kernel線程 < 時鐘中斷 < NMI中斷。

檢測機制

Linux kernel設計了一個檢測lockup的機制，稱為NMI Watchdog，是利用NMI中斷實現的，用NMI是因為lockup有可能發生在中斷被屏蔽的狀態下，這時唯一能把CPU搶下來的方法就是通過NMI，因為NMI中斷是不可屏蔽的。NMI Watchdog 中包含 soft lockup detector 和 hard lockup detector，2.6之后的內核的實現方法如下。

NMI Watchdog 的觸發機制包括兩部分：

1. 一個高精度計時器(hrtimer)，對應的中斷處理例程是kernel/watchdog.c: watchdog_timer_fn()，在該例程中：

要遞增計數器hrtimer_interrupts，這個計數器供hard lockup detector用于判斷CPU是否響應中斷；
要喚醒[watchdog/x]內核線程，該線程的任務是更新一個時間戳；
soft lock detector檢查時間戳，如果超過soft lockup threshold一直未更新，說明[watchdog/x]未得到運行機會，意味著CPU被霸占，也就是發生了soft lockup。

2.基于PMU的NMI perf event，當PMU的計數器溢出時會觸發NMI中斷，對應的中斷處理例程是 kernel/watchdog.c: watchdog_overflow_callback()，

hard lockup detector就在其中，它會檢查上述hrtimer的中斷次數(hrtimer_interrupts)是否在保持遞增，如果停滯則表明hrtimer中斷未得到響應，也就是發生了hard lockup。

參數設定

hrtimer的周期是：softlockup_thresh/5。

在2.6內核中：
softlockup_thresh的值等于內核參數kernel.watchdog_thresh，默認60秒；
而到3.10內核中：
內核參數kernel.watchdog_thresh名稱未變，但含義變成了hard lockup threshold，默認10秒；
soft lockup threshold則等于（2*kernel.watchdog_thresh），即默認20秒。

NMI perf event是基于PMU的，觸發周期（hard lockup threshold）在2.6內核里是固定的60秒，不可手工調整；在3.10內核里可以手工調整，

因為直接對應著內核參數kernel.watchdog_thresh，默認值10秒。

異常處理

檢測到 lockup 之后怎么辦？可以自動panic，也可輸出條信息就算完了，這是可以通過內核參數來定義的：

kernel.softlockup_panic: 決定了檢測到soft lockup時是否自動panic，缺省值是0；
kernel.nmi_watchdog: 定義是否開啟nmi watchdog、以及hard lockup是否導致panic，該內核參數的格式是”=[panic,][nopanic,][num]”.

參考：https://www.kernel.org/doc/Documentation/lockup-watchdogs.txt

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux 内核Lockup机制浅析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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